仿贝壳结构制备纤维增强的复合材料

模仿贝壳的层状结构,以环氧树脂作为基体,在树脂中添加了竹纤维和麻纤维,并对其力学性能进行了测试。结果表明：与环氧树脂材料相比,添加了竹纤维和麻纤维的环氧树脂复合材料的力学性能有所改善;竹纤维和麻纤维的增韧机制主要有裂纹滞止、微裂纹、界面剥离、纤维拔出、塑性桥连等,与具有弱界面的脆/塑复合材料增韧机制相似。     

竹纤维细胞水平的物理力学性能精细表征技术

竹纤维作为竹材最主要的承载单元,其物理力学性能对竹材以及竹纤维的利用有重要的意义。本文从竹纤维外观形态、单根纤维接触角、单根纤维力学性能、竹束纤维的物理力学性能、动态破坏过程、热稳定性等方面,介绍了目前从细胞水平上表征竹纤维性能的各种先进技术和方法。通过归纳和总结,为竹材在细胞水平上的深入研究和利用提供借鉴。     

竹纤维的利用

竹子是结构材料和纤维材料的理想原料。用竹纤维代替木纤维可用于制造经济墙板。此外,由于竹纤维是目前惟一的凉爽型纤维且具有绿色、环保等优良特性,现已是纺织行业纤维制衣研究与利用的热点。为此,综述了竹纤维的结构与性能、竹纤维的制备、竹纤维的的应用,指出了目前竹纤维研究中存在的问题,并对其应用前景进行了展望。     

新型竹纤维复合材料的研发

以备受关注的竹纤维及其新型复合材料为主线,从单根竹纤维到竹束纤维的制备、形貌和性能分析等方面简述了竹材的特性;在此基础上,以芯壳结构竹塑复合材料、竹束单板层积材、竹复合压力管为典型代表,从材料学和工艺学角度对其加工工艺、界面改性、结构设计、物理力学性能,以及中试应用情况进行了阐述与分析。最后从竹纤维的生长性状与物理力学性能关系、大尺寸竹质工程材料及构件开发、竹束单板类集装箱房屋组装技术、异型结构竹纤维复合材料的研发等方面,提出了竹纤维复合材料的未来重点发展方向。     

木纤维/岩棉纤维复合材料的研究

该文探讨了制造木纤维/岩棉纤维复合材料时,纤维长度、岩棉纤维用量、密度、施胶量、热压温度、热压时间等因素对复合材料力学性能的影响.研究结果表明:将岩棉纤维和木纤维混合,制造木纤维/岩棉纤维复合材料是可行的;木纤维长度、产品密度、岩棉纤维用量是影响复合板材力学性能和阻燃性能的主要因素;随着木纤维长度的增大,产品的静曲强度提高、内结合强度降低;随着密度的提高,产品的力学性能呈线性比例增大;随着岩棉纤维用量的加大,产品的力学性能呈线性比例降低、阻燃性能呈线性比例增大;在实验选定的参数范围内,施胶量、热压温度、热压时间对产品力学性能和阻燃性能的影响不明显.      

竹纤维增强聚丙烯复合材料的研究

研究了竹纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能、热学性能、加工性能,采用电镜扫描分析了复合材料的界面及其微观结构.用多元统计分析中的主成分分析法,合理地确定竹纤维增强聚丙烯复合材料多项性能指标兼优的最佳纤维含量.     

碳酸钙原位沉积对单根竹纤维拉伸性能的影响

采用离子溶液原位反应法,研究了不同反应温度下碳酸钙在竹纤维上的沉积情况及其对单根竹纤维拉伸性能的影响。结果表明:温度对附着在竹纤维表面的碳酸钙晶粒尺寸及形貌有明显影响,随着温度的升高,碳酸钙由分散性较好的不规则四面体单晶逐渐团聚生长为球形或椭球形;25℃下碳酸钙粒径较均匀,附着量最高,纳米碳酸钙颗粒填充了纤维上的微孔。所有附着碳酸钙的单根竹纤维拉伸性能均有所改善,这可能与填充的碳酸钙颗粒承受纤维孔隙传递的应力有关。CaCO3沉积情况对竹单根纤维力学性能的影响显著,25℃条件下改性慈竹纤维的拉伸强度和弹性模量最高,与未改性纤维相比,分别提高了30.50%和32.71%。     

木纤维/聚丙烯复合材料界面相容性及增韧改性的研究

为了改善木纤维与聚丙烯之间的界面相容性,提高木塑复合材的刚度和韧性,该文利用马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）及马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）对其进行增强和增韧改性.静态力学性能测试结果显示,分别添加适量的PP-g-MAH及SEBS-g-MAH后,复合材料的力学性能有了明显的提高.通过动态力学分析和扫描电子显微镜分析,证明了木纤维与聚丙烯之间的界面结合有了明显的改善,添加PP-g-MAH和SEBS-g-MAH增强了木纤维和聚丙烯基体之间的粘合性,使两相结合得更加紧密,进而提高了木塑复合材的力学性能.      

基于动态接触角分析的竹纤维表面能表征

针对天然竹纤维粗细不均、变异性大的特点,采用Whihelmy 力学法测定了竹纤维的平均润湿周长及动态接 触角,利用Owens-Wendt 法对11 种浸润速率下的纤维表面能、色散及极性分量进行了表征,并借助边际均值研究了 测试速率与动态接触角、表面能的关系。结果表明:采用30 根纤维的平均润湿周长来估算动态接触角的方法是可 行的,其相对误差较小。随着测试速率的增加,动态前进接触角符合先快速增加后逐渐稳定的分子动力学模型,而 表面能有非线性减小的趋势。测试速率设置为1 ~3 mm/ min 较合理,此时测得竹纤维表面能为41.71 ~43.61 mN/ m。浸润速率在11 个水平下测定的动态接触角边际均值可分成7 组子集,高浸润速率下测得的纤维接触角比低浸 润速率的显著提高。动态接触角和测试速率的相关程度有14.11%由测试液体的协同作用产生。竹纤维表面能与 动态前进接触角边际均值呈负相关线性关系。      

3种高含量植物纤维填充聚乳酸复合材料性能对比

[目的]为比较不同植物纤维对由其制备的聚乳酸(PLA)复合材料性能的影响，选用稻壳、芦苇秸秆、竹3种性能较优的植物纤维和PLA制备高含量植物纤维复合材料(植物纤维含量为50%)。[方法]对植物纤维进行成分分析，观察植物纤维/PLA复合材料的官能团、微观形貌，测定复合材料的力学性能、耐水性能和热稳定性。[结果]竹纤维/PLA复合材料具有最好的综合力学性能，其弯曲强度为91.37 MPa,比稻壳、芦苇秸秆纤维/聚乳酸复合材料分别高17.18%、40.33%;冲击强度为5.06 kJ·m^-2,比稻壳、芦苇秸秆纤维/聚乳酸复合材料高9.49%、53.56%。竹纤维/PLA复合材料的断面微观结构最致密，纤维与PLA结合最好。高含量植物纤维填充会降低复合材料的耐水性和热稳定性，而竹纤维/PLA复合材料能够保持较好的耐水性和耐热性。[结论]3种高含量植物纤维复合材料中，竹纤维复合材料具有最优的综合性能，为进一步拓宽聚乳酸复合材料的应用奠定了基础。     

碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征

为研究原位沉积对竹、杉木、黄麻3种植物纤维的表面改性效果,采用平压工艺制备了植物纤维增强聚丙烯复合材料,并通过SEM、原子力学显微镜、光学纤维接触角测量仪等方法分别表征了植物纤维的表面形貌、表面粗糙度、静态接触角、拉伸性能以及复合材料的断口形貌和力学性能。结果表明:CaCO3原位沉积改性对单根植物纤维的表面性能有显著影响,不仅提高了单根植物纤维的拉伸性能,还改善了植物纤维增强热塑性聚合物的界面性能,增强了复合材料的界面强度。原位沉积改性后,3种植物纤维表面均有CaCO3附着,杉木纤维的CaCO3上载量最高,达16.08%;竹纤维最低,为6.96%。改性竹纤维的表面粗糙度Rq值降低了32.95%,静态接触角增加了1.85%;改性杉木纤维的Rq值和静态接触角分别增加了42.51%、3.12%;改性黄麻纤维的Rq值增加了62.77%,静态接触角降低了0.4%。单根改性植物纤维的拉伸性能均有所提高,相同CaCO3原位沉积改性条件下,改性竹纤维的拉伸强度和弹性模量最大,分别为1 134.83 MPa、37.25 GPa。断口形貌SEM图中,改性植物纤维与聚丙烯结合紧密,复合材料的断裂主要以改性植物纤维的断裂为主,表明复合材料的界面性质得到改善。改性植物纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸性能得到提高,而且其弹性模量的变化趋势与改性植物纤维CaCO3附着量的变化趋势一致。改性杉木纤维增强聚丙烯复合材料弹性模量最大,为2.28 GPa;改性竹纤维增强聚丙烯复合材料拉伸强度最大,为54.04 MPa。      

竹材薄壁组织拉伸性能及其变异规律的研究

  目的  从力学角度看，竹材的薄壁组织扮演基体的角色，而因其几何形貌的限制，目前针对薄壁组织开展的力学方面的相关研究较少。探索薄壁组织的力学性能，尤其是基体材料属性的赋值，对竹材精细化仿真模型的建立起到关键作用，进而提高模拟分析结果的准确性。  方法  以毛竹材为研究对象，7组试样取自同一竹秆不同高度处节间，软化后切厚度为30和80 μm的弦切片，其中厚度为30 μm的切片用于测试薄壁细胞形态参数，厚度为80 μm的切片用于制作有效试验段仅含薄壁组织的拉伸试样，并在力学试验机上结合光学引伸计完成竹材薄壁组织的拉伸试验，计算分析其抗拉强度、弹性模量和失效应变。  结果  竹材薄壁细胞长、宽、腔径和双壁厚在竹秆高度方向上无明显的变异规律；薄壁组织的平均抗拉强度为13.08 MPa，抗拉弹性模量为830.86 MPa，失效应变为1.98%，三者在竹秆高度上的变异规律均不明显；竹材薄壁组织拉伸性能与薄壁细胞形态之间的线性相关性较低。对薄壁组织拉伸失效断口的分析表明其拉伸失效的实质是胞间层分离与细胞壁断裂，本试验采用的毛竹材薄壁组织的平均抗拉强度在13.08 ~ 34.82 MPa之间。  结论  试验方法与结果均可靠，试验结果将为全面而深入地了解竹材力学性能及其数学模型的建立提供重要的参考价值，另外本试验方法将为植物材料力学性能的相关研究提供参考。然而，为提高测量结果的准确性还需进一步的深入研究，竹材薄壁细胞组织构造在竹秆高度方向上的变异规律与其力学性能之间的关系仍需探索。      

竹塑复合材料及其在土工网中的应用

竹纤维用量对竹塑复合材料土工网的力学性能、加工性能和热学性能影响的实验结果表明：随竹纤维含量的增加,竹塑复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度及热变形温度都比基体材料有较显著的提高,而断裂伸长率和熔体流动速率则略有降低。综合考虑复合材料土工网的各项性能,采用主成分分析法确定竹纤维最佳含量为27％。27％竹纤维和10％玻璃纤维混合增强的竹塑复合材料土工网的拉伸强度可达到33．8kPa,伸长率为10．2％,竹塑复合材料土工网可广泛应用于土木工程建设领域。     

碱处理竹原纤维/不饱和聚酯复合材料的力学性能及界面表征

采用模压成型方法制备竹原纤维增强不饱和聚酯(UPE)复合材料,以1%、3%和5%Na OH溶液处理竹原纤维,以改善纤维与UPE树脂间的界面相容性。结果表明:碱处理竹原纤维显著提高了复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量;1%Na OH溶液处理竹原纤维得到的复合材料力学性能最佳。碱处理后纤维的傅里叶红外光谱(FT-IR)与X-射线光电子能谱(XPS)分析表明:碱处理可移除纤维表面木素、半纤维素以及杂质等,使竹原纤维的纤维素相对含量增加,纤维表面变得粗糙。复合材料拉伸断面扫描电镜(SEM)分析表明:碱处理纤维改善了竹原纤维与UPE树脂的界面粘结。     

竹质纤维-HDPE复合材料的力学和热性能研究

为评估造纸废弃竹屑增强高聚物制备竹塑复合材料的可行性,采用竹粉、竹屑、竹浆纤维、竹屑+ 竹浆纤维共 混4 种竹质纤维,分别以50%的质量比增强高密度聚乙烯(HDPE)制备竹质纤维-HDPE(竹塑)复合材料,并对比分 析了竹屑-HDPE 复合材料与其他3 种竹塑复合材料的力学和热性能。结果表明:与常规的竹粉-HDPE 复合材料相 比,竹屑-HDPE 复合材料有较好的拉伸性能,但是弯曲性能较差。其拉伸强度和模量分别比竹粉-HDPE 复合材料 提高了45.94%和114.09%;而弯曲强度和模量分别比竹粉-HDPE 复合材料降低了8.08% 和17.64%。竹屑- HDPE 复合材料有较好的热性能,与竹粉-HDPE 复合材料相比,其起始热分解温度提高了21.23 ℃,力学松弛峰 值温度提高了10.44 ℃。      

竹纤维结构及其性能研究

该文采用红外光谱（IR）、X-射线衍射（X-ray）、差示扫描量热（DSC）等方法对厚壁毛竹、唐竹、茶秆竹、黄金间碧玉竹、慈竹等竹材的化学组成、纤维形态、结晶结构、机械和热性能进行了研究。结果表明:竹材苯醇抽提物含量较木材高得多,木素含量 19.1%～25.3%,戊聚糖含量 14.9%～22.6%,纤维素含量除厚壁毛竹外均高于50%;慈竹纤维平均长度最长 (1.861 mm);竹材纤维的长宽比均大于木材,唐竹纤维的长宽比（142）最大。IR、X-ray分析表明,竹纤维结晶体属于纤维素I,茶秆竹纤维的结晶度最大;DSC热分析图谱可作为鉴别各种纤维材料的方法之一。此外,研究了蒸汽爆破处理前后慈竹成分的变化。经过处理后的慈竹,其纤维素含量从50.5%提高到69.2%,纤维素结晶度也有所增加,纤维断裂强度指标满足纺织材料要求,证明蒸汽爆破手段是开发竹纤维复合材料和服用竹纤维的一种有效预处理方法。      

木质素含量对木材单根纤维拉伸性能的影响

以杉木木材单根纤维为研究对象,采用3种化学方法不同程度地脱除木质素,在细胞水平上,探讨木质素对木材单根纤维拉伸力学性能的影响。结果表明：在干燥状态下,单根纤维的弹性模量随着木质素含量的减少而降低,但整体降低的程度不大,木质素几乎完全脱除时,单根纤维的弹性模量降低约7%;木质素对单根纤维的拉伸强度和断裂伸长率影响显著,都...     

天然长竹纤维的分离机理及其制备方法初探

该文阐述了目前天然长竹纤维的制备方法及存在的问题,介绍了作者提出的热机械耦合开纤方法. 该方法基于断裂力学理论,使竹材在热机械载荷协同作用下,利用竹子纤维和基体之间裂纹的扩展实现竹子纤维的分离.本文着重从宏观力学的角度分析了竹子开纤过程中,初始裂纹的生成及其扩展的行为以及相应的载荷条件,提出了用该方法实现竹子纤维分离的条件和主要影响参数.