轻薄型长竹原纤维/环氧树脂复合板材制备及性能

基于轻薄型环保复合材料的推广与应用,探索了纤维质量分数在45%~85%的高纤维含量以及板材厚度在0.6~1.4 mm的轻薄型长竹原纤维(BF,纤维长度≥100 mm)/环氧树脂(EP)热压复合板材的力学性能及吸水性能。结果表明,随着BF含量的增加,BF/EP复合板材的拉伸和弯曲性能呈现出先提高后降低的趋势,当BF质量分数在65%时,BF/EP复合板材的弯曲强度和弯曲弹性模量达到最大值,分别为272 MPa和30.245 GPa;BF/EP复合板材的吸水率随着BF含量的增加而增大,当BF质量分数从45%增至65%时,其吸水率增幅显著,当BF质量分数超过65%时,其吸水率增幅逐渐趋于平缓。随着板材厚度的增加,复合材料的拉伸性能和弯曲性能呈现出上升趋势,当板材厚度从0.6 mm增至1.2 mm时,拉伸性能和弯曲性能增幅显著;当板材厚度从1.2 mm增至1.4 mm时,拉伸性能和弯曲性能增幅减缓;随着板材厚度增加,其吸水率没有明显的增加或降低趋势。

长竹纤维/聚乳酸单向复合材料的制备及其性能

为了制备高性能的长竹纤维/聚乳酸复合材料,在复合材料层压工艺的基础上,提出并对比了PLA纤维包缠法、捻合法制备工艺。通过制备3种不同工艺的BF/PLA单向层合板,分析了不同制备方法对其力学性能及吸水性的影响。结果表明,捻合工艺制备的层合板综合性能最佳,拉伸强度为69.69 MPa,弯曲强度为61.28 MPa,与层压工艺相比,其拉伸强度提高了35.74%,弯曲强度提高了8.42%。与其他2种工艺相比,捻合工艺制备的样品的拉伸断面较为平整,竹纤维拔出明显减少,因此,该方法提高了长竹纤维与基体的界面强度。吸湿性实验表明,3种工艺制备的层合板的吸湿性均不符合Fick定律,但层压工艺的层合板的吸湿性较低,材料耐水性最佳。

不同竹材机械开纤条件及其纤维特性分析

竹纤维是竹材的高附加值产物,为了有效发挥各种竹材的优势,解决竹材加工利用中不同竹种存在差异、机械开纤时竹纤维难提取等问题,分析了竹材种类、初始含水率、软化方法对其机械开纤条件的影响和各竹种纤维的特性。采用碱液煮沸软化,研究了不同竹材在不同工艺参数条件下的开纤条件与纤维的特性。结果表明:①软化参数对丛生竹与混生竹的影响大于散生竹,丛生竹的软化效果较好,且纤维得率高。竹种纤维得率排序为:慈竹>硬头黄>苦竹>毛竹。慈竹新鲜试件经过机械碾压开纤后纤维得率最高,为65.47%。干燥毛竹纤维得率最低,为34.74%。②竹材的初始含水率越高,蒸煮软化后开纤效果越好。初始含水率为40%的慈竹纤维得率最高,较5%的竹材纤维得率提高了28.09%。初始含水率为5%的苦竹纤维得率最低,为38.21%。③新鲜竹材制取的纤维平均长度普遍大于干燥组,硬头黄与苦竹新鲜组与干燥组制取的纤维差距最大,毛竹新鲜组与干燥组制取的纤维差距最小。各干燥组竹种机械制取的纤维细度较新鲜组更均匀,各竹种细度主要分布在100~200μm区间。④毛竹机械开纤制取的纤维力学性能最优,竹材纤维的力学性能与竹种有关,竹材初始含水率对纤维的力学性能影响较小。可见不同竹材开纤条件与纤维特性存在显著差异,在对竹类资源进行开发利用时需扬长避短。

环氧树脂/长竹原纤维复合材料的制备及性能研究

通过热压工艺,探索长竹原纤维(BF,纤维长度≥100 mm)与环氧树脂(EP)在不同铺层结构和不同热压工艺条件下,对EP/BF复合材料力学性能的影响。研究在不同热压压力、热压温度、热压时间等情况下,EP/BF复合材料各项力学性能之间的差异。通过扫描电镜(SEM)对不同铺层结构的复合材料断面进行分析,深入探讨不同铺层结构的EP/BF复合材料在不同方向上的受力特点。结果表明:随着热压压力、热压温度和热压时间的增加,EP/BF复合材料的拉伸和弯曲性能皆呈现先增加后降低的趋势。热压压力为1.6 MPa、热压温度为90℃、热压时间为20 min时复合材料的力学性能达到最优,其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别为184、6 912、273、30 824 MPa。通过对比3种不同的铺层结构,单向纤维平行方向受力时单向复合板力学性能最优,与单向纤维垂直方向受力时双向非交织复合板力学性能更稳定,受到与纤维轴线呈45°方向的力时双向交织复合板更具有优势。