原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/7/505570.shtm
記者7月27日從湖南大學獲悉，該校教授侯淑娟科研團隊報道了利用廢舊易拉罐為原料，通過一種簡單高效的制備方法，實現易拉罐與PU泡沫的復合，獲得了具有超高比吸能的能量吸收復合結構，該復合結構具有低成本、易制備、可持續等優點。
?
此為團隊制備的復合吸能材料在準靜態載荷下的變形模式。受訪者 供圖
相關研究近日發表在Composites Science and Technology上，論文第一作者為湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室博士生陳建波，通訊作者為侯淑娟。合作者還包括湖南大學副教授劉文洋、毛貽齊以及英國提賽德大學副教授Eric Li。
安全、環保、節能是汽車發展的三大主題。全球每年丟棄的易拉罐數量巨大，作為典型的薄壁構件，若能循環再利用，將其用于碰撞吸能結構設計，不僅可以延長易拉罐的使用周期，還可以滿足低碳制備的環保要求，同時也契合汽車發展的主題。固廢循環再利用的研究具有重要的環保意義與應用價值。
研究展示了延長易拉罐使用壽命與周期的技術路線圖和超高比吸能復合結構的制備過程。實驗結果顯示，泡沫密度影響著變形模式的轉換，不同的變形模式對能量吸收會產生重要影響。試樣中不同材料之間會產生耦合效應，能夠顯著地提高結構的能量吸收能力。
該研究選擇了在準靜態載荷下以Concertina pattern 發生屈曲的試樣作為代表性試樣，進行了動態沖擊實驗研究。由于易拉罐獨特的結構特征，結果顯示第一個動態塑性屈曲折疊波瓣均出現在罐身過渡區域，并以較低的沖擊力觸發結構產生漸進塑性屈曲。另一結果則展現了試樣在不同沖擊速度下詳細的壓潰過程，其能夠實現穩定的變形模式，褶皺波瓣規則，這對能量吸收非常有益。
另外，研究展示了沖擊后的試樣在不同方向視角下的變形模式，未發現折疊波瓣中出現斷裂等破壞現象，試樣能夠以Concertina-like pattern的穩定模式發生壓潰變形。該結果充分表明了易拉罐材料具有優異的韌性與抗沖擊性能，進一步證明了其在碰撞吸能領域的應用前景。
通過與其他典型吸能材料的性能對比，無論在比能量吸收還是在壓潰力效率方面，該復合結構都具有顯著的優勢，展現出優異的吸能特性。其比能量吸收性能優于其他典型能量吸收器件、管狀結構（金屬材料和纖維增強復合材料）、超材料以及先進生物材料等。
該研究充分證明了基于固廢材料制備的低成本復合結構具有超高比吸能與優異抗沖擊性能，由于其主體材料來自于廢舊易拉罐，該復合結構具備大規模制備的優勢，在碰撞吸能領域具有廣闊的應用前景。同時，該研究也為廢舊易拉罐的循環再利用提供了一種新途徑，對環境、工程和社會效益具有重要的積極影響。
研究得到了國家自然科學基金優青項目資助。
相關論文信息：