碳纤维增强复合材料加固木材界面黏结滑移模型研究

以12个粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)的木材试件为对象,考察黏结长度对黏结性能的影响,获得相应的局部黏结滑移曲线.由试验结果和理论分析可得出如下结论:CFRP与木材界面的剥离是从加载端向自由端逐渐发展的;黏结剪应力-滑移曲线基本上为两段式,由上升段和下降段组成,上升段呈现直线形式,下降段则为双曲线形.通过对实验结果进行Matlab编程拟合,得到了CFRP加固樟木顺纹黏结滑移本构模型,该模型与实验结果较吻合.

木材表面初始损伤对CFRP-木材界面粘结性能的影响

为了研究木材表面初始损伤对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-木材界面粘结性能的影响,以木材表面初始损伤率为变量,设计了4组(共12个)CFRP-木材双面剪切试件,分析了初始损伤对粘结界面破坏形态、荷载-应变曲线、应变分布曲线及界面承载力等力学性能的影响规律,探讨了木材初始损伤对界面力学性能的影响机制。试验结果表明:木材表面存在的初始损伤改变了CFRP-木材界面的破坏形态,随着损伤率的增加,剪切破坏面进入木材基体的深度逐渐变浅,界面的脆性破坏特征越显著;木材表面的初始损伤截断了木材纤维,破坏了木材表面的完整性,削弱了界面应力传递效率,增加了界面应力集中现象,使界面粘结承载力随着损伤率的增加而不断降低。本文通过对粘结界面微段的受力分析,推导了极限状态下界面应力分布计算表达式,建立了考虑木材表面初始损伤影响的CFRP-木材界面粘结承载力模型,界面粘结承载力预测模型的计算结果与试验结果的误差均小于6%,吻合较好。

利用傅里叶变换红外光谱分析高温对木材-胶粘剂界面性能的影响

胶合木层板间界面起传递应力的作用,是构件承载的重要参数,其高温胶合性能决定了构件的抗火性能。以兴安落叶松结构材,以及结构用间苯二酚-酚醛树脂胶粘剂(PRF)和三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂(MUF)为研究对象,研究了20~280℃中木材含水率、密度、顺纹弦向抗剪强度和木材-胶粘剂界面胶合性能等216个试件在高温中的物理力学性能变化规律,通过傅里叶变换红外光谱分析高温中胶粘剂官能团变化,揭示了高温对木材-胶粘剂界面性能的劣化机理。结果表明,20~150℃时,兴安落叶松主要发生由水分释放导致的木材密度降低等物理反应,木材颜色未发生明显变化;150~200℃时,木材热降解开始,密度下降速度变缓,木材颜色逐渐加深;温度继续升高时,木材热降解加剧,颜色急剧加深,木材密度损失快速增加;当温度升至280℃时,木材发生炭化、完全转化为黑色,密度降至常温的72.49%。高温对兴安落叶松顺纹弦向抗剪强度有明显的劣化作用;20℃时木材抗剪强度为9.654MPa,20~110℃时木材抗剪强度下降较快,150℃时降至常温的60.68%;150~280℃时,木材顺纹抗剪强度急剧下降,280℃时降至1.054MPa。木材-胶粘剂界面的高温性能与胶粘剂的耐热性能密切相关;常温时,兴安落叶松与PRF和MUF均有较好的胶合性能,其界面抗剪强度分别为9.071和9.619MPa,木破率均在80%以上;随着温度的升高,两种胶粘剂的界面抗剪强度均明显降低,木材-PRF界面较木材-MUF具有更好的耐高温性能。20~150℃时,两种胶粘剂界面抗剪强度劣化规律与木材抗剪强度相似,150℃时木材-PRF和木材-MUF的界面抗剪强度分别为常温的60.61%和60.92%,木破率均高于70%。150~280℃时,木材-PRF界面抗剪强度劣化规律仍与木材顺纹抗剪强度相似,280℃时降至0.774MPa;木材-MUF界面胶合性能受温度影响更大,220℃时其木破率为10%,280℃时界面抗剪强度降至0MPa。傅里叶变换红外光谱图中,20~150℃时PRF化学结构无明显变化;温度高于150℃时主要发生胶粘剂的进一步交联,以及醚键和亚甲基桥的断裂,PRF开始热解,但化学结构仍较完整;20~150℃时MUF的化学结构无明显变化,温度高于200℃时,羟甲基特征峰减弱、异氰酸酯基团产生,热降解剧烈,PRF较MUF具有更高的耐热性能。研究结果将为木结构工程合理选择原材料提供数据支撑,并为完善木结构抗火设计理论和方法提供依据。

杨木/酚醛树脂胶合界面相的荧光跟踪解析

运用图像处理技术,分析不同染色剂与染色工艺对杨木酚醛树脂胶合界面相荧光效果的影响,以研究胶合界面的最佳染色剂工艺,同时定量测定木材中的胶黏剂微观渗透及分布。三原色(RGB)分析结果表明使用质量分数为0.5%的甲苯胺蓝对杨木胶合界面染色30 min能够获得较好的染色效果,荧光跟踪技术能够有效地表征胶黏剂的渗透。随着与胶合界面距离的增大,胶黏剂宏观渗透面积百分比呈减少的趋势,而胶斑的数量和面积百分比呈增加趋势,距离胶线越远,渗透形成的胶斑面积越大,胶斑渗透面积百分比可达90%以上。

Interface Characteristics of Wood-hybrid Composites

In order to understand the current interface characteristics of wood-hybrid composites, this paper starts off from the concept of composite interface and general theory of interface form, then the inner-surface and microstructure of wood and the interface characteristics of composites, such as wood- inorganic, wood- plastic and wood- metal made by electroless plating technique, are concluded and discussed in detail. Meanwhile, on the basis of that, some points of view about how to develop the wood-hybrid composites interface research in the future are also proposed.