氣凝(ning)膠(jiao)在防爆減(jian)(jian)震(zhen)(zhen)方面的(de)應用(yong)是氣凝(ning)膠(jiao)新材料研究(jiu)中的(de)一個重大突破，實(shi)驗表明陜(shan)西盟創納米新材料股(gu)份有限(xian)公司生產的(de)氣凝(ning)膠(jiao)波阻(zu)(zu)梯(ti)度材料板具有很好(hao)的(de)防爆減(jian)(jian)震(zhen)(zhen)功(gong)能，8公斤TNT距離裝(zhuang)甲底部450mm，使用(yong)氣凝(ning)膠(jiao)波阻(zu)(zu)梯(ti)度材料對裝(zhuang)甲實(shi)施防護。裝(zhuang)甲未穿透，焊接部位無明顯撕裂，變形量與無防護材料相比減(jian)(jian)小了(le)14%。爆炸在車體產生的(de)加(jia)速度為98g，經過(guo)氣凝(ning)膠(jiao)波阻(zu)(zu)梯(ti)度板衰減(jian)(jian)后(hou)達到30.10g，相當于加(jia)速度衰減(jian)(jian)了(le)69.29%，而作用(yong)時間增加(jia)了(le)1.32ms。這一實(shi)驗結果奠定了(le)氣凝(ning)膠(jiao)在防爆減(jian)(jian)震(zhen)(zhen)方面應用(yong)的(de)實(shi)驗基礎。

為何這(zhe)種與鋼鐵相(xiang)比看似脆弱的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)卻有著(zhu)防爆(bao)減(jian)震的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)，本文試圖對這(zhe)一(yi)實(shi)驗結果做出定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)解(jie)釋，玻璃纖維和(he)碳纖維增(zeng)強的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)波(bo)(bo)阻梯(ti)度材(cai)料(liao)(liao)屬于(yu)多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料(liao)(liao)， 其顯著(zhu)特征在(zai)于(yu)內部(bu)(bu)存(cun)在(zai)大量(liang)孔(kong)(kong)(kong)隙, 在(zai)沖(chong)擊(ji)波(bo)(bo)作用(yong)下材(cai)料(liao)(liao)首先(xian)被(bei)(bei)壓(ya)縮(suo)致密。泡沫(mo)材(cai)料(liao)(liao)變形一(yi)般經歷三(san)個階段: 彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)段、屈服段、壓(ya)實(shi)段。首先(xian)孔(kong)(kong)(kong)壁發生彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)變形, 部(bu)(bu)分(fen)沖(chong)擊(ji)能(neng)量(liang)轉變為彈性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng), 同(tong)時氣(qi)(qi)隙被(bei)(bei)絕熱壓(ya)縮(suo)并吸(xi)收(shou)部(bu)(bu)分(fen)能(neng)量(liang); 繼而孔(kong)(kong)(kong)壁發生塑(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)塌縮(suo)或(huo)脆性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)破碎, 將部(bu)(bu)分(fen)沖(chong)擊(ji)能(neng)量(liang)轉變為塑(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng), 氣(qi)(qi)隙絕熱壓(ya)縮(suo)過(guo)程基本結束(shu)， 隨后被(bei)(bei)逐漸壓(ya)實(shi)直至(zhi)接(jie)近密實(shi)材(cai)料(liao)(liao)。一(yi)旦(dan)多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料(liao)(liao)被(bei)(bei)*致密, 沖(chong)擊(ji)波(bo)(bo)在(zai)其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)傳播(bo)行為與相(xiang)應密實(shi)材(cai)料(liao)(liao)基本相(xiang)同(tong)。這(zhe)時氣(qi)(qi)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)膠(jiao)(jiao)(jiao)體粒子(zi)(zi)高速碰撞, 膠(jiao)(jiao)(jiao)體粒子(zi)(zi)之(zhi)間的(de)(de)(de)碰撞力增(zeng)大, 也(ye)導致氣(qi)(qi)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)結構破壞。 孔(kong)(kong)(kong)壁受到的(de)(de)(de)橫向張(zhang)應力升高和(he)膠(jiao)(jiao)(jiao)體粒子(zi)(zi)之(zhi)間高速碰撞共同(tong)作用(yong), 導致氣(qi)(qi)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)在(zai)動態壓(ya)縮(suo)過(guo)程中(zhong)(zhong)出現“粉碎"的(de)(de)(de)現象(xiang)，表明(ming)沖(chong)擊(ji)波(bo)(bo)在(zai)多孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)傳播(bo)衰減(jian)效應很大程度上(shang)取(qu)決于(yu)致密過(guo)程各階段所吸(xi)收(shou)或(huo)耗散的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)。

而這種吸收(shou)和消(xiao)耗爆炸(zha)沖擊波能量可(ke)由(you)(you)(you)以下原(yuan)因(yin)來(lai)解釋(shi)：由(you)(you)(you)于(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)洞為(wei)納米(mi)級別，所以氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)滲透率極(ji)低。在(zai)爆炸(zha)高(gao)(gao)速沖擊過(guo)程中(zhong)(zhong)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)在(zai)瞬(shun)間(jian)(jian)(jian)(jian)難以逸(yi)(yi)出，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)以及(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)與孔(kong)(kong)壁(bi)(bi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)發(fa)生劇烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)。 空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)平均自由(you)(you)(you)程( 一個空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)與其它(ta)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)相繼碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)兩次之間(jian)(jian)(jian)(jian)所走路(lu)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均值(zhi)) 為(wei)70 nm，實驗使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均孔(kong)(kong)徑為(wei)16.9 nm.由(you)(you)(you)于(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠孔(kong)(kong)壁(bi)(bi)與孔(kong)(kong)內(nei)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離(li)要遠小(xiao)于(yu)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)平均自由(you)(you)(you)程, 并(bing)且(qie)氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)表面積(ji)極(ji)大(da)， 所以空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)與孔(kong)(kong)壁(bi)(bi)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)(gai)率要遠高(gao)(gao)于(yu)與空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)相互碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)(gai)率。在(zai)高(gao)(gao)速壓(ya)(ya)縮(suo)過(guo)程中(zhong)(zhong)，空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)與孔(kong)(kong)壁(bi)(bi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)要比(bi)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)速碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)更加劇烈(lie)。氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)與孔(kong)(kong)壁(bi)(bi)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)引起的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動阻力(li)(li)以及(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)中(zhong)(zhong)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)阻力(li)(li)會導致(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)內(nei)壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增大(da)，納米(mi)級孔(kong)(kong)洞中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)瞬(shun)間(jian)(jian)(jian)(jian)難以逸(yi)(yi)出，導致(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)內(nei)壓(ya)(ya)力(li)(li)增大(da)以及(ji)能量消(xiao)耗。材料(liao)變(bian)形(xing)越(yue)(yue)快(kuai)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)往外逸(yi)(yi)出越(yue)(yue)困難，孔(kong)(kong)洞內(nei)壓(ya)(ya)越(yue)(yue)高(gao)(gao)，消(xiao)耗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量越(yue)(yue)多。由(you)(you)(you)于(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)內(nei)部各(ge)個方向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)近(jin)似相等，所以氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)將軸向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)應(ying)力(li)(li)轉化為(wei)各(ge)個方向(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)，即氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)狀態發(fa)生改(gai)變(bian)。氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠內(nei)應(ying)力(li)(li)增大(da)到一定程度(du)導致(zhi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)凝膠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)爆炸(zha)并(bing)造成能量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)損失。材料(liao)變(bian)形(xing)越(yue)(yue)快(kuai)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)越(yue)(yue)高(gao)(gao), 消(xiao)耗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能量就越(yue)(yue)多。

在(zai)(zai)氣(qi)凝(ning)膠(jiao)爆(bao)炸(zha)過程中(zhong)會(hui)產生纖(xian)(xian)維拔出和纖(xian)(xian)維斷裂(lie)的(de)(de)現象, 同時也消耗(hao)了(le)(le)大(da)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)能量(liang)(liang)(liang)，纖(xian)(xian)維對氣(qi)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)增韌作(zuo)用導致氣(qi)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)爆(bao)炸(zha)需要(yao)更大(da)的(de)(de)內應(ying)力，從而(er)延緩了(le)(le)氣(qi)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)爆(bao)炸(zha)使氣(qi)凝(ning)膠(jiao)在(zai)(zai)爆(bao)炸(zha)時需要(yao)消耗(hao)更多的(de)(de)能量(liang)(liang)(liang)，這就使爆(bao)炸(zha)沖擊波的(de)(de)能量(liang)(liang)(liang)被大(da)量(liang)(liang)(liang)消耗(hao)從而(er)起到了(le)(le)裝甲防護作(zuo)用。