拉胀泡沫材料力学性能
卢子兴
刘强
杨振宇
（北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191）
文摘总结了拉胀泡沫材料的制备工艺，综述了近年来国内外对其力学性能的实验研究和理论描述，重点探讨了基于不同变形机制的理论模型在预测拉胀泡沫材料的弹性性能方面的优劣以及拉胀泡沫材料的优越性能，并在此基础上展望了其潜在的应用。
关键调拉胀泡沫，负泊松比，普通泡沫
MechanicalPropertiesof AuxeticFoams
LuZixing
LiuQiang
YangZhenyu
(School of Aeronautics Science and Engineering, Beihang University, Beijing100191)
AbstractThemanufacture processes of auxetic foams are introduced,and the experimental researches and ana-lyzed models are also reviewed in this paper. The advantages of different analyzed models based on different deforma-tion mechanisms are discussed in predicting the elastic properties of auxetic foams. Based on the unique mechanical properties, some potential applications of auxetic foams are proposed finally. It is hoped that this paper can attract the interests of the relevant research workers in auxetic materials and promote domestic development in this field.
KeywordsAuxetic foams,NegativePoisson's ratio,Conventional foams 0引言
拉胀材料（auxeticmaterials）是近年来发展的一种新型材料，其具有负泊松比效应。与传统材料相比，拉胀材料在受压缩时，在垂直于受力方向上产生收缩，而在受拉伸时，在垂直于受力方向上则发生胀。根据经
典弹性理论，二维各向同性材料的极限泊松比为-1-1"].面三维各向同性材料的泊松比取值范围为-1-0.5[3]。尽管理论上存在可能，并且在自然界也发现过具有负泊松比效应的材料如黄铁矿(3)，但直到1987年 Lakes]利用工业热塑性开孔泡沫制得泊松比为-0.7的各向同性拉胀泡沫后，拉胀材料才真正地引起世人的关注。其制备的主要流程为：首先切取38mmx38mm× 110mm的普通聚氨酯泡沫试件.放人25mm×25mmx 75mm的铝制模具中进行三向压缩处理，在模具中将试件加热至其软化温度以上并保温超过10min，最后保持压缩状态并冷却至室温。随后，Lakes利用类似的方法先后制得了另外几种聚合物拉胀泡沫和金属拉胀泡沫[3]。通过电镜观测，Lakes认为上述的制备流程使拉胀泡沫产生了内凹的胞体结构，从而具有负泊松比（图1 和图2)。经过Lakes的研究后，许多关于拉胀材料的研究工作得到迅速开展。
收稿日期：20100920
(a)普通泡沫
(b)拉胀泡沫
聚氨酯普通泡沫和拉胀泡沫的电镜图(4) 图1
Fig. 1 SEM photogaphe df coventional and auxetic polyurethane foem
(a）普通泡沫
(b)拉胀泡沫
图2普通铜泡沫和拉胀铜泡沫的电镜图[3]
Fig.2SEM photographs of conventional and auxetic copper foam
由于上述的制备工艺会导致拉胀泡沫内部出现孔壁断裂的现象，削弱了其力学性能。于是后继研究者不断尝试改进拉胀泡沫的制备工艺，并取得了重要的成果。Chan和Evans(6)首先设计了新的制备方法，
基金项目：国家白然科学基金资助（10932001，11072015）
作者简介：卢子兴，1960年出生，教授，博士生导师，主要从事泡沫材料力学和复合材料结构强度研究。E=mail；luzixing@buaa.edu.cn
http://www.yhclgy.com宇航材料工艺2011年第1期万方数据
7