竹纤维增强聚合物力学性能的实验研究

摘要

近二十年来，在多个国家已开展了对天然纤维增强复合材料的研究，研究的增强材料包括韧皮类纤维、茎类纤维、果实类纤维和叶类纤维等。相对于已广泛使用的玻璃纤维或碳纤维增强材料，天然纤维除了价格低廉外，还具有非常积极的环保意义。其中茎类纤维材料中的竹子片材在中国一千多年前就用来制作承载工具和容器。竹纤维具有非常优异的韧性和抗拉/弯/压强度，很适合做复合材料的增强相。 本文研究中选取了一种特殊的竹类—慈竹，实验研究了慈竹纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸和弯曲力学性能，其结果与玻璃纤维环氧树脂复合材料的相应性能进行了比较。研究工作具体包括：首先，根据增强材料的特点，设计制作了相应的试件模具，提出了单向竹纤维以及玻璃纤维增强聚合物试件的制作工艺；其次，实验研究了竹纤维增强聚合物的拉伸性能，并与玻璃纤维增强聚合物的拉伸性能进行了比较；再者，针对小载荷挠曲和屈曲实验，设计并制作了一套实验装置，验证了其精确度；最后，利用上述装置进行了本文研究中的弯曲和屈曲实验，研究了竹纤维增强聚合物的弯曲性能和屈曲性能，并与玻璃纤维增强聚合物的相应性能进行了比较。 研究结果表明竹纤维增强聚合物的拉伸模量要高于玻璃纤维增强的拉伸模量，而二者的拉伸强度相当。结果同时表明竹纤维增强聚合物的伸长率较低。通过弯曲和屈曲实验研究，表明竹纤维增强聚合物的弯曲模量弯曲强度都要明显低于玻璃纤维增强的相应值，但是其比弯曲模量和比弯曲强度和玻璃纤维增强聚合物的相当，同时表明两种纤维增强聚合物的失稳方向是随机的，二者的稳定性能相当。综合上述结果，表明竹纤维增强聚合物的力学性能和玻璃纤维增强聚合物的力学性能基本相当，有些性能甚至比玻璃纤维增强的性能更优异，它在结构工程领域可以选择作为钢、铝或玻璃钢的替代材料。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图目录、表目录

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

第二章基本理论和实验设计

第三章试件制作及其工艺过程

第四章拉伸性能实验与结果分析

第五章弯曲和屈曲性能实验与结果分析

第六章结论与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢