竹编纹样数字化及参数化设计研究

竹编作为中国传统手工艺,历史十分悠久,然而在现代工业化社会中竹编行业却逐渐处于边缘化状态,将数字化技术与传统竹编工艺相结合,可为竹编实际应用提供新的思路。通过文献调查法对全国竹编进行调研,着重对浙江、福建和云南地区的竹编编织技法和纹样进行归纳总结,并提出建立竹编纹样数据库方法。结合家居中竹编应用特点使用Rhino结合Grasshopper插件探索出竹编纹样中最常见的十字编的纹样参数化建模的方法并设计出异形曲面的竹编灯具,竹编纹样参数化设计极大提高了竹编产品设计造型的可行性。竹编纹样的数字化及参数化设计不仅可以保护极具地域色彩的竹编纹样,也促进传统竹编纹样在数字化技术背景下创新性应用,从而为传统竹编产业的创新升级提供新方法与新途径。

碳酸钙原位合成改性杨木单板及胶合板性能研究

木材易燃的特性是限制其应用的重要原因,通过绿色环保的改性处理提升木材阻燃特性对其发展具有重要意义。通过将杨木单板先后真空浸渍于氯化钙和碳酸氢钠两种溶液中,在杨木单板内原位合成碳酸钙,探讨了0.5,1.0,1.5和2.0 mol/L浸渍液对杨木单板浸渍效果及性能的影响,选取最佳浸渍液浓度制备碳酸钙改性杨木胶合板并研究其性能。结果表明:通过不同浓度浸渍液处理的杨木单板细胞腔和细胞壁都能原位合成碳酸钙,1.0 mol/L浓度浸渍液处理后杨木单板的吸水率仅为未处理时的63.23%。碳酸氢钠浸渍时会减少杨木单板中的半纤维素与木质素,碳酸钙改性使杨木单板纤维素的结晶度有所降低。由于原位合成碳酸钙填补了杨木单板中的部分空隙,不同浓度浸渍液处理后的杨木单板拉伸强度均有所提升,当浓度为1.0 mol/L时,拉伸强度最高;并且在降低杨木单板热解质量损失率、提高残余质量分数方面,浸渍液浓度为1.0 mol/L时同样最佳。碳酸钙改性杨木胶合板与素板相比弯曲性能虽小幅降低,但添加改性杨木单板的胶合板能明显提升其阻燃性能。

云南地区竹编工艺特性研究

云南省竹林和竹种的分布是中国竹资源最丰富的地区之一,被称之为"世界竹类的故乡"。云南地区竹编工艺历史悠久、文化内涵丰富,是中国传统手工艺品的瑰宝,且被列入国家级非物质文化遗产。通过对云南地区傣族竹编、宜良竹编、绥江竹编3个代表性竹编工艺特性进行研究,总结云南地区竹编各自的特点以及它们的共性。

家居用疏水保温胶合板制备及性能研究

以二氧化硅(SiO_(2))气凝胶纳米颗粒为主要改性材料,乙醇(C_(2)H_(6)O)为分散剂,利用真空浸渍工艺改性杨木单板的疏水性和隔热性,并制备成为具有疏水保温性能的胶合板。采用无醛级大豆胶作为胶黏剂,将杨木(Populus)单板热压成为胶合板,测试胶合板的导热系数、疏水性能、力学性能以及浸渍剥离性能,研究不同组坯方式制备的胶合板在上述性能方面的差异。研究结果表明:采用SiO_(2)气凝胶纳米颗粒浸渍改性杨木单板制备的胶合板,其表面具有极佳的疏水性,改性处理后胶合板表面的水接触角最大达到134.05°,较未改性处理的胶合板(87.68°)提高了52.89%。改性胶合板的导热系数呈现不同的变化趋势,较未改性胶合板最大升高比例为7.69%、最大降低比例为23.08%。改性胶合板的力学性能也出现不同的变化趋势,静曲强度和弹性模量发生降低和升高。与未改性胶合板相比,改性胶合板的最大静曲强度由88.98 MPa提高到96.42 MPa,增大了8.36%;最小静曲强度为75.23 MPa,降低了15.45%。改性胶合板的最大弹性模量由6.69 GPa提高到7.18 GPa,增大了7.32%;最小弹性模量为5.73 GPa,降低了14.35%。改性胶合板通过采用Ⅲ类浸渍剥离试验,胶层均未产生剥离。利用SiO_(2)气凝胶改性杨木单板制备的胶合板具有很好的疏水和保温性能,同时具有较好的力学性能,可应用于室内墙板中,在室内装饰和建筑领域中具有广阔的应用前景。

纤维含量对VARTM制备竹纤维/环氧树脂复合材料性能影响

纤维含量是影响真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)技术制备高性能纤维复合材料的关键因素之一,通过考察竹纤维(BF)含量对VARTM成型过程中环氧树脂(EP)浸渍BF效果及BF/EP复合材料性能的影响,为竹纤维复合材料实际应用提供理论支撑。利用湿法层铺工艺将竹纤维束制作成竹纤维毡,再利用VARTM成型工艺制备出BF含量为0wt%、15wt%、25wt%、35wt%和45wt%的BF/EP复合材料。采用ESEM、超景深显微镜、力学试验机、TG、DMA对BF/EP复合材料的树脂浸渍纤维效果、吸水性、力学性能和耐热性能进行表征。研究结果表明:EP注射难度随BF含量增加而增大,BF/EP复合材料的吸水率随BF含量的增加逐步增加,35wt%时显著增加。随着BF含量的增加BF之间机械互锁性更强,能有效分散复合材料破坏应力,45wt%的BF/EP复合材料与15wt%相比弯曲强度、弯曲模量、剪切强度和冲击韧性分别提升了84%、64%、103%和101%。BF含量的增加使BF/EP复合材料在380℃之前热解速率加快,在此之后热解速率减缓,当BF含量多于35wt%时,BF/EP复合材料中的BF热分解剩余的无定形碳作为保护层能减少挥发性降解产物渗透到BF/EP复合材料中延缓热解反应。BF含量为45wt%时,致密的竹纤维毡能够限制树脂分子链段运动从而提高BF/EP复合材料的耐热性。当有高性能、低成本、使用场景为室内需求时可采用BF含量为45wt%制备BF/EP复合材料。

基于真空辅助树脂传递模塑成型不同纤维形态竹纤维复合材料性能研究

为探索不同形态竹纤维(BF)对真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)过程中环氧树脂(EP)浸渍纤维效果及BF/EP复合材料性能的影响,采用经机械碾压2次、3次、4次得到3种不同形态的BF(BF-2、BF-3和BF-4),通过湿法层铺工艺将BF制作成竹纤维毡(BFM),再利用VARTM制备出纤维含量为45wt%的复合材料BF-2/EP、BF-3/EP和BF-4/EP。采用ESEM、超景深显微镜、力学试验机、TG、DMA和Micro-CT对BF、BFM和BF/EP复合材料性能进行表征。研究结果表明:随纤维长度减小、纤维分离度增加,导致湿法层铺成型的BFM蓬松度降低,树脂注射难度增大,BFM-4在树脂注射时会发生纤维堆积,BF-3/EP复合材料吸水率最低。BF-2的长度较长、分离度低,虽保持了BF束自身结构与性能,但是与树脂界面结合性能差,长度与分离度适中的BF-3制备的复合材料力学性能最佳,弯曲强度、弹性模量、剪切强度和冲击韧性分别为97.90 MPa、7.2 GPa、17.01 MPa和8.11 kJ/m^(2)。BF加速了BF/EP复合材料的热解,BF-4/EP复合材料因BF-4中半纤维素含量少,热解温度有所提高。BF能够提升EP的刚性,BF-3与树脂界面结合最佳,孔隙体积占比仅为0.04%,BF-3/EP复合材料储能模量最大值高达5198 MPa。使用VARTM制备BF/EP复合材料时,BF尺寸与分离度是影响纤维与树脂界面结合性能和BF/EP复合材料性能的关键因素。