竹木复合层积材结构及其性能

运用复合材料力学层合板理论对竹木复合层积材进行结构设计与试验。结果表明：以高密度竹帘胶合板为强化面层,马尾松板材为芯层,采用特殊的二次热压生产工艺,研制出的竹木复合层积材物理、力学性能良好,能够满足铁路平车地板对强度、耐候性、耐磨性、握钉力等性能的特殊要求。     

竹木复合单板层积材中加捻竹束的预应力效应

根据纺织及复合材料理论给出了描述加捻竹束在竹木复合单板层积材中产生预应力的力学模型.通过试验对比了不配置竹束、配置不加捻竹束、配置加捻竹束3种单板层积材的水平剪切强度和弯曲性能.结果表明:3种单板层积材的水平剪切强度无显著差异.配置竹束使单板层积材弹性模量和静曲强度明显增加,弹性模量增加22.8%,静曲强度增加18.6%;配置加捻竹束的竹木复合单板层积材弹性模量的提高较为明显,较配置不加捻竹束的层积材弹性模量增加17.6%,静曲强度增加11.0%.竹木复合单板层积材中加捻竹束预应力的存在能改善板材的刚度和强度,其预应力效应表现为正效应.     

竹材增强杨木单板层积材冲击性能的研究

研究了在杨木单板层积材中加入竹材作为增强材料,以提高杨木单板层积材冲击性能.结果表明：将竹材加入杨木单板层积材,可以明显地改善杨木单板层积材的冲击韧性.当竹篾分别加入杨木单板层积材的上下次表层和中间部位时,其冲击韧性分别增强了30.4%和27.3%;总冲击能分别提高了31.7%和28.1%.裂纹形成能仅增长7.2%和12.8%;裂纹扩展能增长40.9%和43.4%;韧性指数值提高了27.2%和31.5%.     

结构对托盘用竹木复合层合板力学性能的影响

根据复合材料层合板理论设计出加入4种不同层数的毛竹片并且按不同铺层位置正交排列的竹木复合层合板,对各种层合板的最大荷载(Pmax)、弹性模量(MOE)、抗弯强度(MOR)和最大变形挠度(f)等进行了测试及分析.结果表明:在层合板的表层和底层加入竹片层可以大大提高层合板的最大荷载、弹性模量和抗弯强度等力学性能.同时采用主成分分析法确定了比强度的大小可以作为判断竹木复合层合板结构优劣的主要评价指标.     

刨花形态及定向角度对刨片层积材性能的影响

为优化刨片层积材(LSL)的生产工艺,提高刨片层积材性能,研究了速生杨木刨片层积材的刨花形态和刨花定向角度对其力学性能的影响。结果表明：刨花长度的增加有利于刨片层积材静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)的提高,但内结合强度略有下降;刨花宽度对LSL物理力学性能的影响较小;刨花厚度的增加使LSL物理力学性能下降。表层定向角对刨片层积材性能影响较大,顺纹方向上,表层定向角越小,层积材的MOR和MOE越大;芯层定向角度对刨片层积材性能影响较小。芯层随机铺装在一定程度上有利于层积材的内结合强度的提高。     

竹木复合层合板抗疲劳性能的实验研究

为了使竹木复合层合板能够更好地应用于公交车底板,对该产品进行了50万次动态弯曲、45 万次动态扭转和3 000 km可靠性路面疲劳试验测试,观测板材的力学损耗及受破坏情况,并且对经 疲劳试验后的产品进行了弯曲力学性能测试。结果表明：经过50万次弯曲试验后,板材的各项弯曲 力学性能保留率均在90 %以上;45万次扭转试验后各项弯曲力学性能保留率在85 %以上;模拟装载 进行3 000 km可靠性路面试验后各项弯曲力学性能保留率在80 %以上。     

季铵铜和铜唑预处理对马尾松单板层积材性能的影响

为拓展单板层积材(LVL)的应用领域,延长其使用寿命,通过季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)常压浸渍单板,研制防腐马尾松单板层积材(LVL),考察了防腐剂种类和载药量对LVL耐腐及物理力学性能的影响。结果表明:ACQ和CuAz预处理单板显著提高了马尾松LVL耐腐性,处理材达到强耐腐等级; 处理材的弹性模量和静曲强度达到GB/T 20241—2006标准规定的结构用LVL中120E至160E级别要求,剪切强度达到50V-43H级别要求,浸渍剥离率仅为0.1%～0.8%。与未处理材相比,处理材的弹性模量略有增加,剪切强度及部分处理材的静曲强度有所下降; 但处理材之间、处理材与对照材之间的力学性能均无显著差异。研究表明,ACQ和CuAz常压浸渍预处理单板是研制防腐马尾松LVL的一条有效途径。     

竹材增强单板层积材的动态与静态弯曲性能

研究了A、B两种不同结构的竹材增强单板层积材在1~500 mm/min的不同加载速度下的静曲强度及动态弯曲强度。结果表明:两种结构的静曲强度均随着加载速度的加快呈增加的趋势;加载速度较低时,A型结构的静曲强度比B型结构的大;加载速度超过150 mm/min后,B型结构的静曲强度大于A型结构的。两种结构的动态弯曲强度均比各自的静曲强度大,且A型结构的动态弯曲强度明显大于B型结构的。     

环境温湿度对竹材增强LVL力学性能的影响

在不同温湿度条件下,对竹材增强单板层积材(LVL)进行处理,分析了经过处理后竹材增强LVL力学性能的变化。结果表明:经过高温高湿处理后,竹材增强LVL的力学性能均出现了明显的衰减。其中,弹性模量(MOE)平均衰减30.7%,静曲强度(MOR)平均衰减38.3%,冲击韧性平均衰减11.7%;经过低温处理后,竹材增强LVL的弹性模量和静曲强度都有微弱增长的趋势,弹性模量平均增长率为2.5%,静曲强度平均增长率为5.4%,冲击韧性平均衰减率为37.9%;在高低温交变处理过程中,竹材增强LVL的弹性模量和静曲强度处于上下波动的状态,弹性模量衰减率或增长率在5%以内,静曲强度衰减率或增长率在10%以内,冲击韧性呈衰减趋势,平均衰减率为18.7%。     

复合纤维对混凝土抗裂性能的影响

由于复合纤维具有良好的力学性能,通过掺入一定比例的多壁碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维制备具有抗裂性能的混凝土,使用WA-1000B型液压式万能试验机和PTS-E0系统分别对试件的力学性能和抗裂性能进行测试,并结合混凝土综合抗裂模型,对掺加量为1.2~2.1 kg/m3的4组混凝土的力学性能和抗裂性能进行研究.实验结果表明:复合纤维的掺入可以提高水泥混凝土强度40%左右,同时减少了表面裂缝的出现,混凝土的力学性能和抗裂性能随着复合纤维掺加量的增加呈现增强趋势,但复合纤维的工程用量需要综合考虑.     

尺寸形貌对硅纳米锥阵列结构反射特性的影响

为了探讨不同尺度和形貌的硅纳米锥阵列结构表面的光学特性,采用基于纳米粒子自组装薄膜掩蔽的亚微米干法刻蚀工艺,在硅基材表面制备了纳米锥阵列结构,并对纳米锥阵列结构进行了形貌表征及光学测试。结果表明,采用SF6和C4F8混合气体,其体积流量分别为12sccm和27sccm,功率750 W,偏压25V时,可以获得光学减反射性能优异的纳米锥阵列结构。通过调节刻蚀时长获得形貌相似而尺寸不同的硅纳米锥阵列结构。200nm和400nm周期硅纳米锥阵列结构表面具有2%～3%的反射率,而800nm周期硅纳米锥阵列结构表面则接近于硅基材背面的反射率并高于10%,说明亚波长结构的减反射特性更加显著。从实验上揭示了尺寸形貌对硅纳米锥阵列结构反射特性的影响规律,为进一步研究光学器件方面的应用提供了参考。     

界面改性剂对木橡塑混合物料流变特性的影响

为研究偶联剂对木粉、废旧橡胶和塑料组成的木橡塑三元混合物料流动性能的影响,分别采用3%、5%、8%的马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)和0.5%、1%、3%、5%的橡胶专用硅烷偶联剂(Si69)对三元混合物料进行表面处理。结果表明:两种偶联剂对复合物料体系的流变特性均具有显著影响,且二者之间存在显著的交互作用; 单独使用MAPE,其质量分数在5%时混合物料的剪切应力和表观黏度值最小,加工性能最优; MAPE和Si69同时使用时,混合体系的流变性以MAPE质量分数和Si69质量分数均为3%的配合为最佳。     

冷结晶对杨木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

采用杨木纤维与聚乳酸(PLA)粉末共混压制成一种新型生物质复合材料,以不同升温方式对纯PLA板材及其复合材料进行冷结晶,并通过示差扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)和万能力学试验机等对其进行测试和表征。结果表明:通过冷结晶方法,纯PLA板材和复合材料的结晶度分别由6%和18.3%提高到50%左右,两者的密度和冲击强度没有发生明显变化; 但是复合材料弯曲强度和模量分别下降了约30%和16%,纯PLA板的弯曲强度也有一定程度的下降。通过SEM对复合材料微观结构进行表征,发现力学强度的下降是由于结晶后的PLA基体与木纤维之间的界面相容性变差造成的。通过POM观察冷结晶过程,发现纯PLA板及其复合材料形成大量的微小晶体,导致两者的透明性下降,因此,调控晶体结晶度有望成为改变PLA材料透明性能的新方法。     

化学处理对竹青、竹黄胶合性能的影响

利用NaOH对竹青和竹黄进行化学处理,并对处理前后所压制板材的相关性能进行对比.结果表明:处理过程中脂肪酸及脂肪类能发生皂化反应而生成脂肪酸钠盐,而且NaOH可以去除SiO2.处理后竹篾所压制的板材比未经处理所压制板材的弹性模量和静曲强度均有所增加,密度变化较小.无论Ⅰ类剥离率还是Ⅱ类剥离率都有较大的降低,表明化学处理后板内竹篾之间的胶合强度得到了提高,并且胶合性能对板材强度的提高要大于由于化学处理造成的强度损失.利用红外光谱对化学处理前后竹青、竹黄的化学成分进行分析,进一步证实,处理后竹青、竹黄的脂肪类物质减少,SiO2含量也同时减少.     

不同混纺比的竹浆/棉混纺纱线的力学性能研究

对不同混纺比例的竹浆／棉混纺纱线的力学性能进行了测试和分析．结果表明，随着混纺纱线中棉含量的增加，其混纺纱线的断裂伸长率呈下降趋势，断裂强力则随着混纺纱线的混纺比的变化出现一个极低值，其曲线呈下凹形；而随着竹浆／棉混纺纱线的混纺比的变化，其弹性恢复率几乎不变．     

竹束精细疏解与炭化处理对重组竹性能的影响

以去青留黄的竹片为原料,利用纤维原位可控分离技术,对竹片进行精细化疏解处理,再经浸胶、干燥后,采用热压法制备重组竹,并与普通的本色重组竹、低温炭化重组竹、高温炭化重组竹以及竹基纤维复合材料进行对比。结果表明:高温热处理是提高重组竹的耐水性能和尺寸稳定性的有效方法之一,其缺点是力学性能损失严重,静曲强度损失率达到45%; 与高温炭化处理相比,精细疏解加工工艺简单,加工的重组竹力学性能基本不损失,且能更有效地改善重组竹的耐水性能和尺寸稳定性; 与普通本色重组竹相比,采用精细化疏解竹束制备的重组竹,其吸水率降低75%,吸水厚度膨胀率降低67%,耐水性能和尺寸稳定性接近竹基纤维复合材料。     

稀土元素Ce对Ti-Ni形状记忆合金力学性能的影响

采用拉伸试验研究了稀土元素Ce对Ti—Ni合金力学性能的影响,通过扫描电镜对Ti—Ni—Ce合金的断口形貌进行观察。实验结果表明,添加稀土元素Ce使Ti—Ni合金的应力-应变行为有显著影响。在马氏体状态拉伸时,当x（Ce）低于0．5％时,合金的应力-应变曲线出现明显的屈服平台;而当％（Ce）超过1％时,合金的应力-应变曲线上无明显的屈服平台,以连续屈服和强烈的加工硬化为特征。随Ce加入量增加,合金的延伸率降低、脆性增大,断裂类型由微孔聚集型的韧性断裂逐渐转变为沿晶脆性断裂。因此,Ce的加入量不能超过1％,否则将损害Ti—Ni合金的使用性能。     

木粉/HDPE复合材料的力学性能与流动性能

用木粉与高密度聚乙烯(HDPE)复合制备了能代替木材的复合材料。考察了木粉含量、粒度、界面相容剂用量对复合材料力学性能、流动性的影响。结果表明,复合材料的弯曲强度随木粉含量的增加而提高,冲击强度随木粉含量的增加而下降;弯曲强度随木粉粒度减小显著降低,而冲击强度先有所升高而后降低;界面相容剂能有效改善材料的性能,其较佳用量约为5%(质量分数).     

汽车运材对人工林伐区林地土壤的影响

对杉阔混交人工林伐区汽车运材作业前后林地土壤理化性质变化进行了试验研究和定量分析。结果表明:运材后除土壤体积质量和结构体破坏率指标增大外,其余土壤理化性质指标均下降,而且表层土壤(0～20cm)所受影响较底层土壤(20～40cm)大;运材导致表层土壤体积质量增大050g/cm3,土壤结构体破坏率提高1882%,最大持水量下降1578%,总孔隙度减小670%;同时表层土壤有机质、全N、水解性N、全P、速效P、全K、速效K等指标含量分别下降2354g/kg、053g/kg、2652mg/kg、050g/kg、1176mg/kg、057g/kg和1319mg/kg. 此外,对运材作业造成土壤理化性质变化的原因进行了分析,并从森林生态采运角度出发,提出减少运材作业对林地土壤破坏的技术措施。