纳米SiO_(2)@TiO_(2)增强竹塑复合材料制备及托盘应用性能仿真分析

随着生物质复合材料性能研究的不断深入,其在农业工程中的应用也逐渐广泛。该研究旨在提升竹塑复合材料(bamboo-plastic composites,BPC)力学性能和耐老化性,以实现其托盘制品的环保和应用性。首先,该研究采用三种不同配比竹粉(bamboo fiber,BF)与高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)制备BPC,并进行力学性能测试确定BF与HDPE最优配比。通过SiO_(2)包覆TiO_(2)粒子(SiO_(2)@TiO_(2)),硅烷偶联剂KH550改性SiO_(2)@TiO_(2)制备KH550-ST,采用喷涂法用KH550-ST改性BPC55制备纳米增强竹塑复合材料(KH550-ST-BPC),并进行力学性能和耐光老化性能分析。运用ANSYS Workbench软件对改性前后的BPC一体式托盘进行有限元仿真分析,理论验证纳米改性BPC托盘的应用性能。结果表明,随着BF含量的增加,BPC的抗拉性能和抗弯性能均有所提高。在BF与HDPE质量比为5:5时(BPC55),BPC力学性能最优。相比于BPC55,KH550-ST-BPC55弯曲强度和弯曲模量分别提升了31.11%和52.27%,拉伸强度和拉伸模量分别提升11.86%和21.92%,KH550-ST-BPC55的耐光老化性能提升77.79%。通过有限元仿真,发现KH550-ST-BPC55制BPC托盘在额定荷载下堆码仿真产生的最大变形量降低27.36%,极限荷载下降低23.41%,即可有效的堆码工况下的承载能力。该研究可为纳米SiO_(2)@TiO_(2)增强竹塑复合材料做物流周转单元的应用提供参考。