FRP增强结构用集成材木梁胶合性能研究

FRP增强结构用集成材木梁可有效地提升梁体的抗弯强度,FRP与结构用集成材的复合首先要解决的是FRP与木材的胶合问题。本试验对比等离子体处理及羟甲基间苯二酚HMR改性处理工艺对FRP木材界面胶合性能的影响,并用胶层剥离率、剪切强度对胶合性能加以表征。试验结果表明,FRP增强结构用集成材木梁的胶合界面优化处理工艺为：FRP表面不处理,木材表面预先以2.5 m/min的送料速度进行射频功率为400 W的等离子体处理5次,然后以150 g/m2的涂胶量涂布HMR。试材的浸渍剥离率、煮沸剥离率、干剪强度、湿剪强度及木破率均满足结构用集成材国家标准GB/T 26899-2011中关于使用环境3的要求。     

碳纤维表面改性及碳纤维增强落叶松集成材的胶合性能

通过碳纤维表面改性来提高碳纤维/间苯二酚胶黏剂之间的黏结界面性能,从而提高碳纤维(CF)增强落叶松集成材(简称为CF/落叶松集成材)的胶合性能和力学性能。分别以低压等离子体和常压等离子体的方法对碳纤维布(CF)进行表面改性,研究了碳纤维表面等离子体处理及处理时间对CF/落叶松集成材胶合界面性能的影响,以及这两种改性方法对碳纤维表面性能和CF/落叶松集成材力学性能的影响。主要研究结果如下:1)确定了本试验条件下等离子处理的最佳工艺,低压等离子体处理时间为1 min,常压等离子体处理时间为10 s时,CF/落叶松集成材胶合性能最佳,静曲强度和弹性模量分别提高。经过处理的碳纤维表面产生刻蚀,表面含氧官能团明显增加。2)通过比较低压和常压等离子体处理碳纤维的效果以及对复合材料性能的影响可知,低压处理效果更好,但是常压处理可以达到改性效果且具有经济性、实际可操作性和可工业化生产等优点。     

不同胶黏剂不同树种结构用集成材胶合性能的研究

分别采用LX1-1、KR-134、S309和RF-C05 4种胶黏剂依次胶合欧洲云杉、欧洲赤松、兴安落叶松木材层板,制备成对应的结构用集成材。再依照GB/T26899—2011《结构用集成材》和GB/T 50005—2003《木结构设计规范》国家标准对制得的试样进行检测。实验结果表明,4种胶黏剂的胶合性能存在较大的差异:1)剥离率:4种胶黏剂在胶合欧洲云杉、赤松2种集成材时,浸渍剥离率均满足国标要求,但KR-134和RF-C05在第二次煮沸剥离率均未能满足国标。在胶合落叶松集成材时,LX1-1、KR-134在浸渍时剥离能满足国标要求,煮沸剥离未能满足国标要求,S309和RF-C05 2种剥离率均不满足国标。2)剪切强度和木破率:除S309落叶松集成材的湿剪强度和木破率均未能达到标准要求外,LX1-1、KR-134和RFC05胶合欧洲云杉、欧洲赤松和落叶松结构用集成材试样的湿剪强度均在3.9MPa以上,干剪强度均在5.9MPa以上,且木破率均大于75%,满足国标相关要求。3)LX1-1型异氰酸酯胶黏剂在胶合性能上优于其他3种胶黏剂,且兴安落叶松相比较其他2种木材,更加难以被胶粘。     

不同因素对竹/杨复合规格材性能影响

基于目前以规格竹条为单元制备竹集成材,存在单元尺寸小、出材率较低、劳动力成本高等问题,研究以无刻痕竹展平板为单元制备新型竹集成材,以有效改善生产效率,降低成本。以尺寸规格化的无刻痕竹展平板和杨木单板为原材料,制备展平竹-杨木-展平竹三层组坯结构的竹/杨复合规格材,运用单因素试验方法,探讨胶合界面方式、胶黏剂和杨木单板厚度三个因素对竹/杨复合规格材抗弯性能、胶合强度以及尺寸稳定性的影响。结果表明:以竹黄面-杨木-竹黄面胶合界面复合方式,采用脲醛树脂胶黏剂与2 mm厚杨木单板制备的竹/杨复合规格材整体性能较优。研究结论为今后新型竹集成材的制备奠定基础。     

等离子体改性热塑性树脂薄膜制备环保胶合板试验

为获得无甲醛释放的环保胶合板,将热塑性树脂薄膜(低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC))用作胶黏剂,并利用空气介质阻挡等离子体对热塑性树脂薄膜进行表面改性处理以提高薄膜与杨木单板的界面相容性,从而获得性能良好的环保胶合板。研究了等离子体处理对胶合板胶合性能的影响,并从等离子体处理对热塑性树脂薄膜表面化学组分及其对胶合板界面形貌的影响分析其胶合机理。结果表明:在等离子体处理功率为4.5 kW、处理时间为8 m/min的条件下处理热塑性树脂薄膜,胶合板的胶合强度得到显著提高,LLDPE/杨木胶合板的胶合强度从0.49 MPa增至0.81 MPa,PP/杨木胶合板的胶合强度从0.65 MPa提高到0.84 MPa,均达到Ⅱ类胶合板标准要求。其中用等离子体处理后PVC与杨木制备的胶合板能满足Ⅰ类胶合板的标准要求,胶合强度达到0.79 MPa。XPS分析表明,等离子体改性热塑性树脂薄膜的表面发生了氧化反应,引入了含氧官能团,提高了薄膜表面极性,有利于提高薄膜与杨木单板之间的相互作用,从而使得胶合板的界面胶合更为紧密,说明等离子体处理后树脂与杨木单板的相容性提高,树脂能在单板表面更好地附着。热塑性树脂薄膜与杨木单板制备的胶合板仅有极微量甲醛释放,其主要源于木材自身,远低于国家标准对人造板甲醛释放限量的要求。研究证明等离子体处理能明显改善热塑性树脂薄膜与杨木单板的界面相容性。     

粉状改性脲醛胶的胶合工艺及性能研究

粉状改性脲醛胶黏剂游离甲醛少、储存期长且胶合性能优良,近年来获得广泛应用。采用粉状改性脲醛胶黏剂,对柳杉木材进行层积胶合,以剪切强度、木破率、浸渍剥离率为检测指标,研究其实木胶合工艺及性能。试验结果表明:粉状改性脲醛胶黏剂具有较好的胶合性能,满足非结构集成材标准要求;综合生产成本和效率等因素,确定较优胶合工艺参数为单位压力0.7MPa、热压时间31min、涂胶量180g/m~2、胶合面纹理组合为"弦切面-弦切面"。     

节子对落叶松胶合木胶合性能的影响

采用水性高分子-异氰酸酯(API)胶黏剂对含有木节的兴安落叶松(Larix gmelinii)层板按照工程胶合木的胶合工艺进行常温加压胶合,探讨木节及其大小对兴安落叶松工程胶合木胶合性能的影响。通过对试件进行胶缝剪切强度试验和浸渍剥离与煮沸剥离试验,发现节子对胶缝常态剪切强度、木破率、浸渍剥离率和煮沸剥离率均有显著的影响,随着木节直径的增大其胶缝剪切强度和木破率可下降40%和67%以上,浸渍二次总剥离率和煮沸二次总剥离率可增大至16%和37%以上。研究表明:两胶合面中仅一面有小木节(占板宽1/7~1/6),只能用于室内结构用集成材,不能用于室外结构用集成材;只有尺寸小于木板宽度1/10的木节与无节面胶合才能满足室外用工程胶合木的要求。     

柳杉实木胶合工艺及性能研究

为开发柳杉非结构用集成材,以剪切强度、木破率、浸渍剥离率为考核指标,进行柳杉实木胶合工艺及性能的研究。结果表明:柳杉木材可用于非结构集成材的制备,较优的胶合工艺为:压力1.0 MPa、加压时间30min、涂胶量180g/m2,胶合时按"弦切面-弦切面"纹理组合,其性能指标可达到日本标准JAS SE-8的要求。     

改性玻璃纤维布增强落叶松复合材料的胶合性能

通过界面改性来提高玻璃纤维(GF)/落叶松复合材料的胶合界面性能,从而提高纤维增强木质复合材料的综合性能。比较了等离子体、硅烷、单宁、硅烷/单宁复合4种方法改性玻璃纤维表面对GF/落叶松复合材料胶合性能以及力学性能的影响。结果表明:本试验条件下,单宁处理时间为2 h,硅烷处理质量分数为1%,等离子体处理时间为40 s时,GF/落叶松复合材料的胶合性能最佳,复合材料静曲强度和弹性模量均有所提高;单宁能够部分取代硅烷偶联剂改性玻璃纤维,增强玻璃纤维/间苯二酚胶黏剂之间的结合;比较4种方法处理效果可知,等离子体处理效果最佳,单宁/硅烷复合偶联剂效果次之,然后是硅烷和单宁单独处理。     

结构用竹集成材物理力学性能研究

测定结构用竹集成材及其竹指接集成材的主要物理力学性能,并将测试结果与几种人工林单板层积材以及常见建筑用材种的相关性能进行比较.结果表明:竹集成材的水平剪切强度、静曲强度以及弹性模量等力学性能非常优越,浸渍剥离性能较差.     

常压等离子体处理对单板表面特性及豆胶胶合的影响

采用常压空气介质阻挡放电等离子体对杨木单板表面进行改性处理,利用自制纳米纤维素改性大豆蛋白胶黏剂制备胶合板,研究等离子体处理工艺对杨木单板表面润湿性能和杨木胶合板胶合性能的影响,以期提高胶合板性能、降低施胶量,并从等离子体处理对微观形貌和化学组分两方面的影响分析其机理。试验结果表明:常压等离子体处理后,胶液在单板表面的初始接触角和平衡角相比未处理单板最大分别下降12.4%和46.3%,润湿性能得到明显改善;在达到Ⅱ类胶合板胶合性能的前提下可降低一定的施胶量;改性单板表面粗糙度提高,含氧官能团含量增加,均有利于胶液在单板表面的润湿。综合胶合板性能与经济效益,选择较优处理工艺条件为处理功率4.5 kW、处理速率14 m/min和单面施胶量140 g/m~2。     

冷等离子体处理对实木复合地板基材胶合性能的影响

采用常压介质阻挡放电产生的冷等离子体对杨木、桉木和马尾松单板进行改性处理,随后将它们分别压制成多层实木复合地板用基材,研究处理功率、处理速率对不同原料基材胶合特性的影响。同时对不同基材单板分别采用对应的较优处理条件进行冷等离子体处理,研究单板表面润湿性和表面形貌变化。结果表明:常压冷等离子体处理有助于提高地板基材胶合强度,降低浸渍剥离率。其中,桉木经等离子体处理后性能提高最为明显,杨木次之,马尾松较不明显。考虑实际生产中需提高生产效率,降低能耗,对杨木可选用4.5 k W,14 m/min的处理条件;对桉木和马尾松均可选用4.5 k W,2 m/min的处理条件。     

超声对竹材表面性能和竹层积材胶合性能的影响

运用超声空化作用处理漂白和炭化竹材以期提高竹材表面性能,提高胶黏剂在竹材表面上的浸润性,进而提高竹层积材的胶合剪切强度。分析了不同超声处理工艺对竹材表面粗糙度和表面润湿性的影响;测试分析了超声处理竹片制成的竹层积材的胶合剪切强度变化。结果表明:超声空化作用能够提高竹材表面粗糙度、降低酚醛树脂胶在竹材表面的接触角,提高酚醛树脂在竹材表面浸润性。超声工艺参数对竹层积材胶合剪切强度的影响程度由大到小依次是温度、功率、时间,竹层积材胶合剪切强度表明:相比较于未处理的竹层积材,经最优超声工艺处理后的漂白竹层积材胶合剪切强度提升18%,炭化竹层积材胶合剪切强度提升12.5%,说明超声提高了竹材表面粗糙度和表面润湿性进而增强了竹材与酚醛胶黏剂的机械耦合作用。总体来看,漂白竹材表面粗糙度大于炭化竹材、润湿性弱于炭化竹材,漂白竹层积材胶合剪切强度大于炭化竹层积材。     

基于规格竹片的胶合界面研究现状及建议

胶合界面对竹质复合材料的整体性能起着非常关键的作用,在制备或使用过程中,胶合界面是应力应变传递的必经通道,是决定材料使用强度和使用寿命的关键因素。为提升和改进新开发的竹材弧形原态重组材料的胶合性能,从规格竹片表面特性和处理、竹材用胶黏剂改性处理及胶合界面表征等方面分析了胶合界面的研究现状,并结合存在的问题提出了建议。不同物理和化学方法处理后竹材表面润湿性的研究较多,且主要集中在矩形规格竹片,而胶黏剂改性研究对象和方法相对单一;现有规格竹单元多为矩形竹片,其胶合界面呈平面结构,而弧形竹片间的曲面胶合界面影响应力和应变的传递,胶合界面表征技术在微观尺度上较好地体现了界面微观特性,但未能体现界面的几何效应。因此,弧形曲面胶合界面的观测空间有待提升。此外,界面形态和微观力学性能的独立表征未能体现界面整体性能,应发展多维设备联用,实现多性能同步表征。     

等离子体处理对杨木单板层积材性能的影响

采用常压冷等离子体处理杨木单板制备非结构用单板层积材(LVL),研究处理功率、处理速率对单板层积材性能的影响。结果表明:常压冷等离子体处理能明显改善杨木LVL的胶合性能,当处理功率为4.5 k W、处理速率为2 m/min时LVL的浸渍剥离率降低了59.3%;常压冷等离子体改性可以明显影响杨木单板表面的物理化学性质,提高单板表面润湿性,当处理功率为6 k W、处理速率为8 m/min时脲醛树脂胶在杨木单板表面接触角的初始角下降25.4%、平衡角下降36.8%;红外光谱分析表明,杨木单板经常压冷等离子体处理后表面羰基数量有所增加,并产生少量的酮基,杨木表面的共轭羰基或羧基数量增加,C—O数量也有所增加。     

等离子体处理对高温干燥杨木单板表面性能的影响

单板在高温干燥条件下表面会发生钝化,表面活性下降,从而影响胶合性能。利用常压低温等离子体处理高温干燥杨木单板,以改善其表面特性,提高胶合性能。主要研究了等离子体处理功率和处理速率对高温干燥杨木单板表面特性及界面胶合性能的影响。研究结果表明:等离子体处理可明显提高单板表面的润湿性,当处理功率为4.5 k W、处理速率为2 m/min时,脲醛树脂胶和酚醛树脂胶在杨木单板表面的初始接触角和平衡接触角分别降低了18.2%,17.8%和40.4%,38.8%,脲醛树脂和酚醛树脂胶所制胶合板的胶合剪切强度分别增加了56.0%和51.5%。等离子体处理后脲醛树脂在高温干燥杨木单板所制胶合板的胶合界面中的渗透深度明显提高,胶合界面的平均渗透深度和有效渗透深度增幅分别为80.0%和61.9%。等离子体处理后,高温干燥杨木单板表面羰基数量有所增加。     

不同胶黏剂对俄罗斯落叶松木材胶合性能的影响研究

为验证进口俄罗斯落叶松木材胶合性能,选用4种具代表性的结构用室温固化胶黏剂,根据GB/T 26899—2011《结构用集成材》进行胶合性能试验,对俄罗斯落叶松及胶黏剂的胶合性能进行分析研究。结果表明:对于俄罗斯落叶松,单组份聚氨酯、双组份聚氨酯和水性高分子异氰酸酯3种胶黏剂的胶层剪切强度和胶层剥离率均满足标准要求,其中双组份聚氨酯和水性高分子异氰酸酯胶黏剂胶合性能优异,单组份聚氨酯胶黏剂胶合性能良好;间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂的胶合性能虽能达到标准要求,但不推荐作为结构用胶黏剂。     

竹集成材高频热压胶合工艺及性能研究

采用酚醛树脂胶黏剂,以竹条含水率、涂胶量为试验因子进行竹集成材的高频热压胶合试验,并对其物理力学性能进行检验.结果表明,竹集成材高频热压胶合技术是可行的.在本试验范围内,竹集成材的密度和胶合性能随涂胶量的增加而提高.通过分析试验数据,得出较优的高频热压胶合工艺条件为:涂胶量300 g/m2,竹条含水率12％,高频热压时间10 min.     

胶合竹片胶层开裂数值模拟研究

为了建立竹材胶合性有限元模型,分析胶合参数对胶合竹集成材性能的影响,为竹集成材数字化优化设计提供参考和指导。应用损伤内聚力单元模型分析胶合搭接竹片,建立竹材胶合开裂数值模型,研究胶接竹片在受载情况下滑剪破坏过程以及搭接长度对胶合竹片承载能力的影响。在位移载荷作用下,开始时胶合层的应力随着弹性变形位移的增加而增加,当达到一定值时胶层开始出现开裂,胶层破坏,且最大应力发生在靠近胶合层边界上;搭接竹片胶合能力随着搭接长度增大而增大。实验结果验证所建数学模型有效,对竹集成材进一步分析和应用提供理论技术支撑。     

竹展平板胶合性能研究

为促进竹材展平技术推广应用和新产品开发,选择毛竹展平板为研究对象,对比研究了毛竹展平板以竹青与竹青(O/O),竹青与竹黄(O/I),竹黄与竹黄(I/I)三种界面胶合时板材的拉伸和剪切强度以及浸渍剥离性能。研究结果表明:三种胶合材剪切强度O/O胶合时最大,O/I次之,I/I最小,且胶合强度均满足GB/T 9846—2015标准中Ⅰ类胶合板的强度要求;在Ⅱ类浸渍剥离试验中,三种胶合材胶层均未发生剥离,而在Ⅰ类浸渍剥离试验中,O/O和I/I胶层剥离长度平均值分别为36.16 mm和60.05 mm,O/I胶层虽未发生剥离,但测试样发生了回弹弯曲变形和开裂。浸渍剥离试验结果反映出现有工艺生产的毛竹展平板尺寸稳定性不佳。