竹麻泡沫夹芯复合材料面板的制备及性能研究

摘要

玻璃纤维增强复合材料夹芯板具有轻质、高强的特点，被广泛应用在建筑方面，尤其是活动板房中，但是，玻璃纤维存在生产过程中能耗高、对人体产生危害、废弃后对环境构成污染等问题，这些都不能满足绿色环保的要求。近几年，天然纤维来源广泛、价格低廉、易分解的特点引起人们的关注，研究开发经济环保型复合材料，成为复合材料产业发展的一个新动向。因此，研究用天然纤维增强复合材料作为夹芯板面板是十分必要的。目前，虽然已有文献将竹材作为增强材料，但大多还是集中在竹纤维的研究，成本较高，不适用于生产民用材料，同时，竹子结构是不均匀的，有竹节的存在，容易劈裂，为避免竹材造成复合材料性能不稳定，本课题选用竹片、黄麻布作为混杂增强材料制备夹芯复合材料面板。
　　首先，本文对比了碱处理对竹片、黄麻布拉伸强度的影响，发现竹片经15％的稀碱液预处理20分钟后的拉伸弹性模量、拉伸强度分别提高50.5％、12.5％，黄麻布经5％的稀碱液预处理60分钟后拉伸强力略有提高，而断裂伸长率提高显著。然后设计了四种不同的铺层方案，并以真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺制造复合材料面板，测试各面板的拉伸性能以及弯曲性能发现，以了解碱处理对天然纤维增强复合材料界面的影响，结果发现仅对竹片和仅对黄麻布碱处理制得的复合材料板的拉伸性能有所提高，但在弯曲测试中伴有明显的分层现象，得到的弯曲负荷和弯曲强度均较小，甚至小于未处理竹片和黄麻布制成的复合材料板。对竹片以及黄麻布全面碱处理后制成的复合材料板拉伸强度、弯曲负荷和弯曲强度均最大，且在弯曲测试中无明显分层现象。同时，分别对面板的两面加载弯曲负荷时，得到的弯曲强度存在差异，说明铺层方式会影响复合材料板的性能。
　　其次，一步法和二步法是较常用的夹芯复合材料的成型工艺，但大多文献只使用其中一种方法，没有将两种成型工艺进行对比，这就无法确定两种成型工艺制备的产品差异性。本课题使用相同的增强材料，即经15％的稀碱液做预处理20分钟后竹片以及经5％的稀碱液预处理60分钟后的黄麻布，分别采用一步法和二步法制备竹麻增强夹芯复合材料，并分别测试这两种试样的拉伸剪切性能、夹芯板拉伸性能、面板弯曲性能以及芯材剪切性能，发现一步法制备的试样可承受的拉伸剪切强度比二步法制备的试样高出78.62％，拉伸性能、弯曲性能、剪切性能均比二步法试样高出一倍多。因此，一步法制备的试样面板与泡沫芯材胶接的效果较好、综合性能更优。
　　最后，采用一步法成型工艺制备竹片、黄麻增强复合材料夹芯结构和玻璃纤维布增强的复合材料夹芯结构，分析对比不同增强材料对夹芯结构的拉伸强度、面板弯曲强度、芯材剪切强度的影响，结果表明用竹麻增强的复合材料夹芯结构试样的拉伸强度、面板弯曲强度、芯材剪切强度可达到用玻璃纤维布增强复合材料夹芯结构试样的70.66％、73.86％、80.85％，但是，竹材、黄麻属于天然纤维，具有再生性，无毒，易分解，有助于环保，从而还可以解决困扰人类发展的环境问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 竹片、黄麻在复合材料中的应用

1．3 天然纤维的表面处理

1．4 混杂纤维复合材料

1．5 夹芯复合材料的特点

1．6 夹芯结构复合材料在建筑上的应用

1．7 研究意义

1．8 研究内容及方法

第二章 竹麻／乙烯基复合材料面板的制备及性能测试

2．1 真空助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺

2．2 主要的实验药品及仪器

2．3 增强体铺层设计

2．4 环氧乙烯基树脂及辅助材料

2．5 面板的制备及制备工艺参数

2．6 面板的性能测试

2．7 小结

第三章 制备工艺对泡沫夹芯复合材料性能的影响

3．1 泡沫夹芯复合材料的制备

3．2 不同工艺制备的夹芯复合材料性能测试

3．3 测试结果分析

3．4 小结

第四章 增强材料对泡沫夹芯复合材料性能的影响

4．1 制备不同增强材料增强的夹芯结构复合材料

4．2 性能测试及结果分析

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 存在问题与展望

参考文献

附录

致谢