碳纤维表面改性及增强纤维板力学性能的研究

中密度纤维板具有静曲强度高、平面抗拉强度好等优点,广泛应用于家具制造等行业,但受力学性能的限制,其很少作为建筑结构材料使用。碳纤维作为增强相已被广泛应用于各类复合材料制备,经过表面改性处理的碳纤维表面活性官能团增多,表面能提高,有利于与基体材料的粘合,并进一步提升复合材料的性能。该研究对碳纤维进行了表面改性处理,并用其作为增强相来提高中密度纤维板的力学性能。实验结果表明,改性处理后,碳纤维表面出现沟槽,比表面积增加,用其作为增强相后,中密度纤维板的力学性能有明显提高。     

钨纤维增强铜基复合材料构造木基防弹板的机理研究

对防弹板的研究现状进行了论述,首次提出将钨纤维增强铜基复合材料与微米木纤维压制的板材通过胶接的方式进行复合制成装饰防弹板的理论。对钨纤维增强铜基复合材料的制备工艺进行了研究,并分别对制备的钨纤维增强铜基复合材料和微米木纤维板进行微观组织观察。发现钨纤维增强铜基复合材料界面结合良好,微米木纤维板中的纤维在胶接的作用下呈现有利于防弹的网状排布结构。随后对防弹板中的钨纤维增强铜基复合材料进行不同应变率条件下的压缩试验,结果显示钨纤维增强铜基复合材料具有明显的应变率敏感性,在1600s。压缩时材料的流动应力达到2350MPa,同时发现在动态压缩的过程中复合材料还出现了应变硬化和应变软化现象。研究结果表明钨纤维增强铜基复合材料具有出色的动态力学性能,利用钨纤维增强铜基复合材料构造木基装饰防弹板具有可行性。     

维尼纶纤维增强石膏基复合材料力学性能研究

研究了石膏基复合材料的结构、耐水机理和物理力学性能.结合弯曲载荷变形曲线,分析了维尼纶纤维增强石膏基复合材料的断裂机理;利用扫描电子显微镜,分析了复合材料界面性能.结果表明:石膏基复合材料实现了单一的结晶到晶胶共生的结构转变,材料的强度和耐水性得到改善;维尼纶纤维能提高复合材料的抗折强度、断裂能、断裂韧性和冲击韧度;维尼纶纤维增强石膏基复合材料断裂过程可分为3个阶段:基体断裂、纤维脱粘和纤维拔出;纤维和基体间界面结合强度较弱.     

木质素磺酸钙活性接枝改性制备高性能无胶纳米纤丝化复合材料

为解决复合材料的制备加工设备特殊、工艺流程繁琐及材料强度低等问题,以木质纤维为原料,通过机械胶膜法将木纤维和木质素磺酸钙有效地复合在一起,再通过热压得到高性能纳米纤丝化复合材料。借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析复合材料的形貌结构、化学组分的主要基团和元素,对无胶纤维板和纳米纤丝化复合材料的力学指标进行比较,以探索纳米纤丝化复合材料的机械性能。结果表明:木纤维机械胶磨会使木纤维分层分支,无胶热压纳米纤丝化复合材料呈层状结构;木质素磺酸钙与木纤维胶磨后能够有效地粘合在一起,增加表面活性;与无胶纤维板相比,纳米纤丝化复合材料的静曲强度、弹性模量、内结合强度均提高,比纯木纤维板分别提高213%、178%、263%,比胶磨纤维材料分别提高15%、14%、22%;而吸水厚度膨胀率分别降低了51%、22%。     

涂层对三维碳纤维编织体/Al2O3陶瓷复合材料性能的影响

从自制的SiO2和SiC涂层/三维碳纤维编织体出发,采用溶胶浸渍-原位分解法得到三维碳纤维编织体/涂层/Al2O3陶瓷复合材料.采用等温氧化失重、XRD、SEM、电子拉伸试验等测试手段研究了涂层对碳纤维编织体抗氧化性、复合材料力学性能的影响及复合材料的强韧化机理.结果表明:涂层可明显提高碳纤维编织体的抗氧化性能;梯度SiC涂层可明显改善纤维与陶瓷颗粒的界面结合性能,使复合材料的强度、断裂韧性和弹性模量分别增加5~10倍,材料的断裂呈层间紧密的复合断裂;裂纹扩展和断口分析表明,复合材料的强韧化机理为Cf的拔出、桥接和诱导裂纹偏转.     

聚丙烯腈基碳纤维增强木构件端面的工艺

以木构件端面为研究对象,通过物理增强试验法对其端面增强工艺进行研究.结果表明:在木构件端面复合粉状碳纤维可有效提高木构件端部的力学性能;采用非刚性施压方法可促使碳纤维与木构件端面的工艺复合;对木构件端面进行高温热处理可使木材端面获得200条·dm-2以上的分布较均匀的可见裂纹;内层0.5 mm、外层2 mm的碳纤维涂层的增强效果最好;水曲柳、落叶松、桦木木构件端部横向抗拉强度分别提高55%、46%和59%.     

木纤维基三元发泡复合材料制备工艺及性能研究

为了降低木基复合材料的密度而不改变材料的物理力学性能,以聚氨酯发泡技术与人造板工艺技术相结合制备木纤维基发泡复合材料,重点研究该材料的制备以及发泡对复合材料力学性能的影响。研究结果表明:发泡可以提高材料的物理力学性能。对试验数据经方差分析知,其最佳工艺条件为:聚合物组分配比为1:1,复合温度100℃,复合时间25 min。     

木质素基碳纤维力学性能的研究进展

木质素基碳纤维不仅拓宽了工业木质素剩余物的应用领域,而且降低了化工碳纤维的制造成本。为了更好的制备高力学性能木质素基碳纤维。对国内外木质素基碳纤维材料研究成果进行了归纳总结。对高力学性能碳纤维的形成机理、制备方法、微观结构进行分析和总结,然后从影响碳纤维力学性能的分子间成键种类、纤维聚集态、表面微孔、纤维直径等进行归纳,以期为今后高性能木质素基碳纤维制备和机理形成的研究提供参考。     

落叶松木构件碳纤维增强端部的握钉性能

为提高木构件端部握钉性能,采用粉状碳纤维对木构件端面进行增强,研究了增强端部握钉性能。结果表明：在木构件端面复合碳纤维可有效增强木构件端部的握钉性能;木构件内部木材截面面内力学性能优于端面,采用开口方法可在一定程度上提高木构件端部握钉力;木螺钉直径越大木构件端部握钉力越大,木构件增强端部宜选用较大直径螺钉;采用碳纤维增强端面的方法可使木构件薄弱的端面获得与径向木材同等水平的握钉力,可使木构件端部十字槽头木螺钉及六角头木螺钉握钉力分别提高了24.98％和28.11％。这对木构件连接设计及安全服役具有重要的指导意义。     

基于有限元建模的木质复合板宏微观力学性能分析

基于有限元理论,在Ansys环境下对碳纤维增强木质复合板建立微观单胞模型和宏观几何模型,并对二者进行力学性能的一阶模态仿真分析.结果表明,物理试验和仿真预测数据相吻合,验证了所建模型的有效性和可靠性,达到了依据复合材料的微观结构对宏观性能进行预测的目的,从而实现了复合材料力学性能的宏微观关联.     

竹材纤维增强材料的特性

着重考察不同竹龄、不同部位毛竹(Phgllochysheterocyclavar.pubscense)竹材剪切强度、抗弯强度和弹性模量的差异,并用电子扫描镜观测断面破坏特征。结果表明:竹材具有明显的纤维增强材料特性,采用纤维增强材料相关的标准进行测试是可行的;不同竹龄的竹材力学性能的变化是由纤维的成熟度引起;竹材力学性能与维管束呈正相关关系,竹材纵向力学性能的差异主要是单位面积维管束的数目差异引起;竹材径向力学性能的差异是由维管束分布和组织构造不同引起;竹材抗弯破坏主要发生在细胞壁的胞间层,破坏特征为单根维管束拔出型;竹材剪切破坏主要发生在次生壁并横穿细胞壁,破坏特征为维管束呈簇状拔出型,并且纤维束从基体中拔出后的表面具有明显的破坏迹象。     

竹柳枝丫材性能及重组木制造

竹柳Salix discolor作为一种速生木材在人造板的应用方面具有较大的潜力。运用扫描电子显微镜、红外吸收光谱仪对竹柳枝丫材的纤维形态、化学成分、胶接界面进行了分析, 并测定了竹柳枝丫材的接触角。结果表明:竹柳纤维的平均长度为0.781 mm, 壁腔比小于1, 是很好的纤维原料, 总纤维素含量高, 润湿性较好。在此基础上研究了重组木的密度和酚醛树脂胶黏剂的浸胶时间对板材性能的影响。结果表明:竹柳枝丫材重组木的密度为0.9 g·cm-3, 浸胶时间为20 s时制得的板材的性能最佳。     

短切碳纤维木质复合材料导电性能数值分析

采用施胶木材纤维作为主体材料,加入短切碳纤维制成具有导电性能的短切碳纤维木质复合材料(SCFRW),通过表面电阻率测量实验,得到SCFRW表面电阻率离散数据.数据分析结果显示,碳纤维的加入赋予了复合材料良好的导电特性,且表面电阻率与温度呈现出负效应关系.为了更直观描述SCFRW样板表面电阻率在17～80℃连续的变化规律...     

薄板木质材料剪切模量的动态检测

为实现薄板木质材料剪切模量的快捷检测,提出了一种悬臂梁自由振动的方法——悬振法,即通过测量试件在悬臂自由振动时的第一阶固有频率和衰减振动波形的对数减幅系数,来检测材料的剪切模量。利用自行研制的薄板类木质材料力学性能快速测量仪,对4种材质、6种规格的薄板木质材料试件进行了检测试验,且将测得的剪切模量与试件的弯曲弹性模量进行了相关性分析。结果表明:悬振法测得的剪切模量与材料弯曲弹性模量间存在非常显著的线性相关关系。      

以Cu颗粒强化导热的木质基复合相变储热材料性能研究

  目的  高导热的填料虽然能够提升木质基复合相变储热材料的储放热速率,但存在的易团聚现象无法使其均匀分散于材料内部。本研究旨在利用溶液还原法,由内而外地在轻木基体内原位生成单分散的金属铜颗粒,为提高木质基复合相变储热材料的储放热性能探索绿色、经济的道路。  方法  首先利用酸性亚氯酸钠溶液对轻木进行脱木素处理以提高其对相变材料的封装效率。然后利用CuSO₄溶液与抗坏血酸溶液在脱木素轻木内利用溶液还原法多次循环制备单分散金属Cu颗粒,并将反应完全后的轻木利用真空浸渍法与石蜡（PW）制备具有Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料。采用场发射电子显微镜（SEM）、红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、差式扫描量热仪（DSC）、导热系数测试仪和温度巡检仪对材料的微观、结晶、化学结构及储放热性能进行评价。  结果  轻木经脱木素处理后其对石蜡的封装效率从64.9%提升至了82.6%。经过抗坏血酸对Cu2+的还原作用,在轻木基体内原位制造出了Cu。然而循环次数过少,Cu不能均匀地分布在木材基体内,而过多的循环次数则会过量地影响轻木对相变材料的封装效果;其中3次的循环次数最为合适,以此所制备的复合相变储热材料导热系数提升了1.76倍,熔融与凝固潜热分别高达143.7、142.9 J/g,同时储热与放热时间分别缩短了23.7%与32.6%,展现出了更好的温度调节潜力。  结论  利用溶液还原法能够有效地在轻木基体内均匀制备金属Cu颗粒,并且以3次循环制备的Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料储放热性能较好。      

CFRP修复城市燃气管道焊缝缺陷的可行性

焊缝缺陷是城市燃气管道一种常见的缺陷类型,严重降低管道的承压能力,进而影响管道的安全运行.管道缺陷CFRP修复技术作为一种新型免焊管体修复技术,具有施工方法简单、无需动火、修复效果优异等特点.分析了CFRP修复城市燃气管道焊缝缺陷的可行性:依据力学理论计算结果,要抵抗焊缝完全开裂时管道断裂产生的轴向剪切力,焊缝的CFRP的单边铺设长度不小于287 mm;全尺寸爆破试验、压力波动试验以及模拟管道带压弯曲应力试验结果表明,修复后的管道可完全恢复承压能力,并具有优异的耐压力波动性能和抗弯曲应力性能.应用研究表明,CFRP修复技术存在局限性,无法修复缺陷程度超过80％及泄漏型的管道缺陷.     

MDI低密度纤维板制备工艺和性能研究

目的低密度纤维板具有质量轻、吸音降噪等优点,可广泛应用于非结构用途的家具制造、建筑装饰、包装、电器设备等领域。与中密度纤维板相比,低密度纤维板具有力学性能低的缺点,使用“三醛胶”制备的低密度纤维板,力学性能难以达到要求,且甲醛释放量较大。因此,本研究选用胶合强度高、无甲醛释放的异氰酸酯(MDI)为胶黏剂,制备性能较优的MDI低密度纤维板。方法以纤维含水率、细纤维质量分数和热压曲线为工艺参数,通过分析各参数对板材物理力学性能的影响,得出MDI低密度纤维板较优的制备工艺。结果提高纤维含水率,适当延长低压作用时间,可增加表芯层密度比,从而提高静曲强度和弹性模量,但内结合强度略有下降;增加粗纤维的质量分数可有效提高静曲强度和弹性模量,内结合强度降低,吸水厚度膨胀率略有增加。本研究得出的MDI低密度纤维板较优的制备工艺为:纤维含水率16%,热压曲线C,细纤维质量分数60%。通过保温系数和甲醛释放量测定,发现MDI低密度纤维板与同等密度的保温材料相比具有较好的保温性能,甲醛释放量较低。结论本研究中制备的MDI低密度纤维板各项性能均可以满足LY/T 1718—2017《低密度和超低密度纤维板》中干燥状态下使用的家具型低密度纤维板的性能要求,在家具制造、保温建筑材料等领域具有广泛的应用空间。      

白腐菌产漆酶活化木粉制备纤维板的力学性能

利用白腐菌产漆酶的特性,优化连续培养高活漆酶,使得大量培养漆酶成为可能。结果表明:在连续培养和直接培养两种情况下,第11天时漆酶的酶活最高;利用连续培养白腐菌得到的大量的粗漆酶来处理木粉,活化其木质素成分,使其能够替代一部分的脲醛树脂胶制备纤维板。静曲强度上升了18.95%,弹性模量上升了35.49%,内结合强度上升了44.11%。漆酶催化氧化了木质素,增加了木质纤维中化学键的数量,使木质纤维之间的胶结点增多。与此同时,经过漆酶处理的木粉增强了脲醛树脂胶黏剂在纤维表面的渗透和扩散能力,提高了纤维板的力学性能。