Structure and mechanical properties of ADC 12 Al foam–polymer interpenetrating phase composites with epoxy resin or silicone Translated title: Struktur und mechanische Eigenschaften von ADC 12 mit Kunstharz oder Silikondurchdrungenen Al-Schaum-Polymer-Materialien

Abstract

Metal foam is a high-porosity engineering material which has many outstanding properties such as lightness, high specific strength and stiffness, large energy absorption during impact and good thermal transportation. Impregnation of metal foams with polymers produces new types of composites such as interpenetrating phase composites (IPCs) and co-continuous composites, due to an interconnection on the macroscopic level of individual phases as a co-continuous 3-D network. The coexistence of the metal and polymer phases allows each to contribute its prominent properties to the composite. This novel composite material is a potential candidate for applications in the automotive and aerospace industries. The present study aims to develop two IPCs from open-cell Al foams of 20 ppi impregnated with silicone or epoxy resin. The compressive behavior and energy absorption characteristics of IPCs are also examined and compared. The results showed that although both IPCs have a similar foam structure with similar density, the disparities in the properties of impregnated polymers lead to distinct mechanical properties. The combination of the Al foam and polymers, both silicone and epoxy resin, yield stiffer IPCs than either of the two individual materials alone. Higher stiffness was found in IPCs with epoxy resin, owing to the brittle nature of the resin. Energy absorption capacity was also increased when compared with the original Al foam.

Kurzfassung

Metallschaum ist ein hochporöser Ingenieurwerkstoff, der viele herausragende Eigenschaften hat, wie zum Beispiel ein geringes Gewicht, eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit, eine hohe Energieabsorption unter Impakt-Beanspruchung und eine gute Wärmeleitfähigkeit. Die Imprägnierung von Metalschäumen mit Polymermaterialien führt zu einem neuen Typ von Kompositen, die so genannten Durchdringungsphasenkomposite (Interpenetrating Phase Composites (IPCs)) oder so genannte ko-kontinuierliche Komposite (co-continuous composite), und zwar aufgrund der Verbindung auf der makroskopischen Ebene indivdueller Phasen als ein kontinuierliches 3-D Netzwerk. Die Koexistenz der metallischen und der Polymer-Phasen erlaubt jeder, mit ihren herausragenden Eigenschaften zu dem Komposit beizutragen. Dieses neue Kompositmaterial ist ein potentieller Kandidat für die Anwendung in der Automobilindustrie und im Flugzeugbau. Die diesem Beitrag zugrundeliegende Studie zielt darauf, zwei ICPs aus offenzelligen Al-Schäumen aus 20 ppi zu entwickeln, die mit Silikon oder Epoxidharz imprägniert sind. Das Kompressionsverhalten und die Charakteristika der Energieabsorption der ICPs wurden ebenfalls untersucht und verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass, obwohl die ICPs eine ähnliche Schaumstruktur mit ähnlicher Dichte haben, dennoch führen die Ungleichheiten in den Eigenschaften der imprägnierten Polymere zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Die Kombination des Al-Schaumes und der Polymere, beide mit Silikon und Epoxidharz, führt zu steiferen ICPs al seines der beiden individuellen Materialien. Eine höhere Steifigkeit wurde für die ICPs mit Epoxidharz gefunden, die auf die spröde Natur des Harzes zurückzuführen ist. Die Energieabsorptionskapazität wurde im Vergleich zu dem ursprünglichen Aluminiumschaum ebenfalls erhöht.