结构用重组竹抗弯力学性能

通过对180个重组竹抗弯试件的测试,研究了重组竹的抗弯强度、抗弯弹性模量、荷载-位移曲线、破坏现象和概率分布,并将重组竹抗弯性能与3种典型竹、木结构材进行对比。结果表明,重组竹的抗弯试件经历了弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段等3个阶段;重组竹的抗弯强度和抗弯弹性模量的概率分布均服从正态分布;参照中国木材强度设计值计算方法,确定了重组竹抗弯强度和抗弯弹性模量的设计值指标,其设计值指标均显著大于其他3种材料。     

重组木与重组竹抗弯性能的比较

以杨木和毛竹为原料,制造了重组木和重组竹。对重组木和重组竹的抗弯弹性模量(MOE)和静曲强度(MOR)进行测试和分析。结果表明:密度在0.7g/cm3以上时,重组竹的抗弯弹性模量比重组木的性能好,弹性模量与密度呈线性相关;重组竹和重组木的静曲强度与密度间呈二次相关,重组竹密度在0.8g/cm3以下时,其静曲强度比重组木略低,密度在0.8g/cm3以上时,重组竹的静曲强度比重组竹的略高。将重组竹在低密度下的高弹性模量与杨木相对较高的静曲强度相结合,制造的木竹重组材可以制造出轻质高强的新型结构材料。     

重组竹家具角部L型构件力学性能研究

以重组竹板为基材,采用圆榫+白乳胶(聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂)、圆榫+黄胶(氯丁橡胶胶黏剂)、圆榫+三合一偏心连接件、两个三合一偏心连接件、螺钉+角码5种连接方式组成L型板式部件,通过测试其抗压和抗拉强度,对比分析不同连接方式对L型构件连接强度的影响。结果表明：螺钉+角码连接强度最好;圆榫具有较强的定位作用,但圆榫本身强度较低,影响了构件连接强度;白乳胶比黄胶更适合圆榫与重组竹的连接;三合一连接件抗压强度有限,不适合单独应用于重组竹构件的连接。     

毛竹材性差异对胶合竹层板应力分级的影响

通过测试不同杆高部位毛竹竹材的密度、抗弯强度及弹性模量,采用不同杆高部位的竹条制备胶合竹层板,并以抗弯弹性模量为指标对其进行分级,初步研究了不同杆高部位材性的差异对胶合竹层板分级的影响。结果表明,毛竹气干密度从基部至梢部呈现增大趋势,杆高3~9 m处密度增大趋势较缓,气干密度值相近。毛竹抗弯强度及弹性模量从基部至梢部呈现增大趋势,梢部性能最优,其中杆高1~5 m部位竹材性能接近,杆高5~9 m部位性能接近;胶合竹层板E-Rated级别与竹材抗弯强度及弹性模量密切相关,相对应E-Rated级别由低到高大致可分为4级。     

重组竹高温处理后物理力学性能研究

为探索高温处理对重组竹物理力学性能的影响,研究不同温度（110、170、230 ℃）和不同处理时间（1、2、3、4 h）对重组竹抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度和质量损失的影响。结果表明,重组竹的力学性能随着处理温度和时间的增加而逐渐降低。230 ℃高温下重组竹的物理力学性能降低较显著,恒温4 h后抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度及质量的残留率分别35%、20%、25%、10%、70%。高温后重组竹在自然冷却条件下的残余强度大于浸水冷却条件下的残余强度。     

降压工艺对竹重组材性能的影响

对竹重组材的热压工艺进行研究,分析了板材降压时间、排湿时间、降压压力、出板温度等工艺因素对板材的静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率等性能的影响,探讨竹重组材热压的较佳工艺参数.试验结果表明:竹重组材采用“V”型的降压方式,可以提高板材的质量,缩短热压周期,提高生产效率.竹重组材较佳工艺条件为降压时间23 min,排湿时间60 s,降压压力1.0 MPa,出板温度70℃.     

重组竹顺纹力学性能的代表性体积单位模型

重组竹的宏观力学性能与其微观组成材料性能息息相关,重组竹微观力学仿真模型是研究重组竹宏观力学性能的重要手段。通过重组竹顺纹拉压试验,得到重组竹的力学性能;利用电子显微镜拍摄单个纤维的微观形貌,计算出单个纤维的底面积;使用体式显微镜观察试件中纤维个数,从而计算纤维所占重组竹的体积比;根据混合定律计算纤维与基体的材料参数。采用微观力学理论建立纤维均匀分布和随机分布的重组竹代表性体积单位(RVE)模型,并探究不同纤维与基体组分材料参数、纤维体积比对代表性体积单元力学性能的影响。研究结果表明：重组竹RVE模型顺纹抗拉应力-应变曲线与试验结果比较吻合,顺纹抗压应力-应变曲线与试验结果有些差异,纤维体积分数、纤维弹性模量对顺纹弹性模量影响较大,纤维排列方式、基体弹性模量对顺纹弹性模量影响较小。     

重组竹/玻纤/PET泡沫复合多层结构保温板制备及性能评价

  目的  为了促进木质结构保温板(SIP)的可持续发展,引入具有优良力学性能及装饰效果的可再生重组竹,结合环保型粉状环氧树脂胶黏剂,制备了重组竹/结构保温板复合材料。  方法  通过差示扫描量热法(DSC法)、力学性能测试和导热系数测试研究粉状环氧树脂胶黏剂的固化特性及复合材料的结合强度、抗弯强度、导热系数及耐热水性。  结果  ①粉状环氧树脂胶黏剂的最佳固化条件为84 ℃开始发生固化反应,在116 ℃时充分固化,于180 ℃下体系完全固化。②当涂胶量为150 g·m?2,热压时间为15 min时,重组竹/结构保温板复合材料的结合强度和抗弯强度分别可达0.83和19.80 MPa,导热系数为0.054 2 W·m?1·K?1(25 ℃)。在80 ℃热水浸泡3 h后,复合材料的结合强度仍达0.15 MPa。  结论  获得综合性能优异且具有良好耐热水性的重组竹/结构保温板复合材料。图6表2参21     

毛竹竹篼顺横纹抗剪性能的试验

为了获得毛竹竹篼的顺横纹抗剪性能,以毛竹竹篼为试验材料,在微控电子万能试验机上进行抗剪试验。结果表明:竹篼含水率12%时,横纹V向抗剪强度均值为24.1 MPa、横纹H向抗剪强度均值为23.2 MPa、顺纹V向抗剪强度均值为12.4 MPa、顺纹H向抗剪强度均值为8.4 MPa。当竹篼含水率提高10%时,则顺纹V向抗剪强度降低约4%、顺纹H向抗剪强度降低约8%、横纹V向抗剪强度降低约7%、横纹H向抗剪强度降低约5%;当基本密度提高10%时,则顺纹V向抗剪强度提高约8%、顺纹H向抗剪强度提高约20%、横纹V向抗剪强度提高约15%、横纹H向抗剪强度提高约14%。竹篼含水率是影响竹篼抗剪性能的主要因素。竹子采伐后,竹篼在活性期间内,随着时间的推移和竹篼含水率的降低,竹篼的抗剪强度逐渐增大;当施加平行于厚度方向的载荷使竹篼维管束产生顺纹分离,竹篼最易被破坏。     

重组竹的耐冲击性能

探索竹/木复合材料在极端环境中(飓风、雹暴等)对冲击载荷的适应性,并在此基础上进行合理的结构设计。利用Instron 9250HV落锤冲击试验机对毛竹重组竹和竹木复合重组材进行了低速冲击试验,研究了密度和组坯形式对冲击性能和损伤模式的影响,并分析了组坯结构与吸能机制的关系。结果表明:高密度重组竹的耐冲击性能较好,纵横组坯的竹木复合重组材冲击性能优于同密度的重组竹。冲击损伤使重组竹沿纤维方向纵向开裂,导致材料整体失效;而竹木复合重组材的横纵结构抑制了裂纹的扩展,使缺陷仅发生在冲击点附近;落锤出射面表现为层状开裂,具有分层吸能的能量吸收机制。相同密度的竹木复合重组材可以更好地抵抗冲击破坏。     

3种阻燃剂对重组竹燃烧性能和物理力学性能的影响

以慈竹（Bambusa emeiensis）竹束为原料,选用磷酸二氢铵、聚磷酸铵和硼硼合剂3种阻燃剂处理竹束并制备阻燃重组竹,采用锥形量热仪测试了阻燃重组竹的燃烧性能,并分析了阻燃处理对重组竹物理力学性能的影响。结果表明,3种阻燃剂均能有效降低重组竹的热释放速率和热释放总量,延长点燃时间,其中SBX和APP能够大幅度降低发烟量和产烟速率。但是阻燃处理对重组竹的物理力学性能有不同程度的劣化,特别是吸水厚度膨胀率显著增加。3种阻燃剂中,MAP处理材抑制燃烧效果最好,对材料力学性质影响最小,热释放总量比未处理材下降了62.38%,MOE下降了0.78%,MOR下降了6.14%;SBX处理材的抑烟效果最好,发烟总量比未处理材降低了88%;APP处理材的引燃时间最长,为未处理材的3倍。     

竹束热处理对CS/APP自组装重组竹阻燃抑烟性能的影响

壳聚糖(CS)/聚磷酸铵(APP)层层自组装(LBL)是一种表面改性工艺,通过对竹束单元进行热处理,研究其对CS-TiO₂/APP自组装重组竹(BS)的阻燃抑烟性能的影响及协同关系。采用不同热处理温度(160、180℃)和处理时间(2、3、4 h)对竹束单元进行水蒸气保护的热处理,首先对不同的竹束特性进行研究,优选竹束热处理工艺条件,然后在竹束表面进行CS-TiO₂/APP自组装后制备重组竹,分析热处理对重组竹阻燃抑烟性能的影响及与LBL阻燃层的协同作用。结果表明,热处理后的竹束热稳定性提高,同时表面阻燃涂层增重率相比未热处理提高了27.0%,LBL后的极限氧指数较未热处理直接负载的提高了14.4%。综合不同热处理工艺下竹束的特性以及和负载LBL涂层的竹束阻燃效果,确定160℃下3 h为重组竹的热处理工艺条件。通过锥形量热测试,热处理后的BS(W-HT)重组竹较BS重组竹,燃烧热释放速率峰值pk-HRR降低了30.1%,产烟速率pk-SPR峰值降低了50.8%,热处理后的BS(W-HT)/CS-TiO₂/APP重组竹与B...     

毛竹销（钉）的高速旋转摩擦焊接性能研究

选取毛竹销钉替代木榫在1 500 r/min的情况下与榉木基材进行旋转摩擦焊接,对其抗拉强度和焊接机理进行研究。重点研究不同形状的预钻孔和不同榫径与孔径比值下的竹销钉焊接抗拉拔强度,并将其与木榫焊接和PVAc胶接的抗拉强度进行对比。结果表明:1）当采用恒定直径孔10/9、10/8、10/7、10/6 4种榫径/孔径比的焊接强度均高于PVAc胶接强度,但低于木荷榫和榉木榫的焊接强度,其中10/8的榫径/孔径比的焊接强度相对最高,达到了5.54 MPa;2）当采用渐变直径孔,竹销钉的焊接强度得到明显提高。其中10/8-6的榫径/渐变孔径比值取得了最高的焊接强度,达到6.42 MPa,比10/8比值的强度提高了15.6%,超过了木荷榫的焊接强度,但不及榉木榫的焊接强度;通过对竹销钉的焊接界面温度进行监测,发现焊接界面能在2 s内达到300℃以上的峰值高温,且维持了一定的高温时间（通常约2～3 s）,随后随着竹销停止旋转摩擦,温度逐步下降;不同的榫径与孔径比值下,焊接界面的升温速率、峰值温度和高温持续的时间不同,它们是产生强度差异的主要原因;SEM观察结果显示,竹销旋转摩擦焊接界面由竹销或基材中的胞间层物质软化、熔化和流动并与作为增强材料的竹纤维包裹,形成了犹如“钢筋水泥土”结构般的致密、连续和坚固的焊接界面;FTIR分析结果表明,摩擦产生的高温会导致竹销中半纤维素发生一定程度的降解,纤维素的降级十分有限,木质素发生一定程度的缩合反应,木质素的含量相对提高。试验结果表明,将竹销钉代替木榫用于木材的旋转摩擦焊接是可行的。     

木束、竹束的性能及混合比对竹木重组材性能的影响研究

利用马尾松、杉木木材加工余料和南方多产的小径杂竹淡竹、五月季竹为试验原材料,经碾压加工为纵向不断裂、横向松散而交错相连的木束、竹束,然后干燥、施胶、组坯、热压成竹木重组材,研究木束、竹束的性能及混合比对竹木重组材性能的影响。结果表明：竹束采用淡竹比采用五月季竹的重组材力学性能要高;竹束、木束混合比达到1：1时重组材的力学性能最高。     

竹木复合板水平剪切强度的研究

采用短梁法研究了竹木复合板的水平剪切强度。研究结果表明，竹木复合板试件的跨距是影响水平剪切强度测定的主要因素，水平剪切强度随跨距的增加而明显降低，合理的跨距为板厚的4倍；竹木复合板水平剪切强度的范围为3．2～11．1MPa。     

白桦单根的抗拉力学特性研究

为研究根系力学特性,对华北地区白桦(Betula platyphylla)进行单根拉伸,系统分析白桦根系材料的力学特性。结果表明:在同一标距、同一拉伸速率下,抗拉强度与直径存在着负相关关系,且表现为幂函数关系,极限延伸率与直径呈负相关关系,最大抗拉力与直径存在正相关关系;同一拉伸速率下,标距较小的单根有较小的弹性模量和较大的平均抗拉力、平均抗拉强度及平均极限延伸率;以400 mm/min和10 mm/min不同速率拉伸根系,根系在400 mm/min下大多为脆性断裂,易拉断破坏,拉伸速率的变化对抗拉强度和最大抗拉力的影响不显著。对白桦根系的应力应变曲线分析表明,根系直径较小时,随应变增加应力呈线性增大,表现出较好的线弹性关系,直径增大后,应力应变曲线递增缓慢,没有明显的线性区间。根据白桦应力应变曲线的特征,建立并拟合得出了白桦单根本构关系的经验模型,检验表明模型的拟合结果与试验数据基本吻合。     

毛竹微观构造特征与力学性质关系的研究

研究了毛竹的微纤丝角变化规律以及竹片强、刚度与纤维含量间的关系,并应用混合定律测定了纤维股和基本组织的强、刚度.结果表明,微纤丝角径向自内向外略有减小,纤维股面积比径向自内向外逐渐增大;从毛竹壁上沿径向分片切取的竹片强、刚度与其纤维含量成正比,关系为σ＝571.72νf 0.1689,E＝40.428νf-0.5438;毛竹纤维股的抗拉强度σf为562.5386 MPa、弹性模量Ef为39.2047 GPa.