毛竹-楊木復(fù)合材料界面膠合性能及其影響因素研究.pdf

1、隨著我國(guó)木材資源供需矛盾不斷加大，政府出臺(tái)了一系列提倡木材節(jié)約代用的政策。竹木復(fù)合材料能夠充分發(fā)揮竹材和人工林木材優(yōu)勢(shì)，利用我國(guó)豐富的人工林資源，提高了人工林木材附加值。目前竹木復(fù)合材料研究多以產(chǎn)品研發(fā)、工藝性能為主，而對(duì)于其界面性能的研究較少。因此，本論文主要以漂白毛竹、碳化毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel ex H.de Lehaie)和楊木單板（Populus deltoids Bartr. CL.

2、‘zhonghan17’）為原料，以雙組分異氰酸酯乳液型膠粘劑（EPI）和三聚氰胺改性脲醛樹(shù)脂（UF）為膠粘劑，探討復(fù)合材料制備工藝、溫濕度環(huán)境對(duì)界面力學(xué)性能及其復(fù)合材料膠合強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的影響。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　1）研究了主要工藝參數(shù)對(duì)毛竹/楊木單板復(fù)合材料膠合性能的影響，并探討了單元材料表面性能以及復(fù)合材料界面膠粘劑滲透性能與復(fù)合材料膠合性能的關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，以EPI為膠粘劑的毛竹/楊木復(fù)合材料，

3、較優(yōu)涂膠量為250g/m2，壓板壓力為1.6MPa；以UF為膠粘劑的毛竹/楊木復(fù)合材料，較優(yōu)涂膠量為300g/m2，壓板壓力為1.2MPa，面粉添加量為0％。UF膠合竹木復(fù)合材料的膠合性能略高于EPI，但兩者差異不顯著。幾種復(fù)合材料膠合強(qiáng)度大小依次為：漂白竹材/漂白竹材＞碳化竹材/碳化竹材＞漂白竹材/楊木單板＞碳化竹材/楊木單板＞楊木單板。
　　分別采用接觸角測(cè)定儀、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)和紅外光譜儀測(cè)定了單元材料表面潤(rùn)濕性能

4、、表面活性和表面化學(xué)成份；通過(guò)熒光顯微鏡觀察了兩種膠粘劑在毛竹/楊木復(fù)合材料界面的滲透性能。研究結(jié)果表明材料表面潤(rùn)濕性能和膠粘劑在材料表面滲透性能對(duì)材料膠合性能的提高有一定作用，其中 EPI在楊木單板表面的滲透性能和UF在竹材表面的滲透性能與膠合強(qiáng)度關(guān)系更為密切。
　　2）通過(guò)數(shù)字散斑相關(guān)法和有限元方法研究了毛竹/楊木復(fù)合界面微觀應(yīng)力應(yīng)變分布情況，并探討與宏觀膠合性能間的關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，相對(duì)于EPI，UF膠合界面剪

5、切應(yīng)變和剝離應(yīng)變較小，相應(yīng)剪切應(yīng)力和剝離應(yīng)力較大，與 UF彈性模量大有關(guān)。不同基材復(fù)合材料最大應(yīng)力應(yīng)變?yōu)椋簵钅締伟?楊木單板>碳化竹材/碳化竹材>漂白竹材/漂白竹材，其中漂白竹材/楊木單板膠合試件各項(xiàng)最大應(yīng)力應(yīng)變介于漂白竹材/漂白竹材和楊木單板/楊木單板之間，說(shuō)明提高基材彈性模量可以降低界面各項(xiàng)應(yīng)變應(yīng)力值。
　　3）探討了水分和濕度對(duì)毛竹/楊木單板復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性和膠合性能的影響。
　　在溫度80℃，相對(duì)濕度分別為40%和

6、90%的周期濕度變化條件下，單元材料的尺寸變化以彈性變形為主。漂白竹材與楊木單板的尺寸變化幅度更為接近，碳化竹材的尺寸變化幅度較大；周期濕度變化條件下，漂白竹材/楊木單板和碳化竹材/楊木單板尺寸與單元材料中的竹材變化程度接近。EPI膠合材料三個(gè)方向尺寸變化大于UF膠合材料。
　　漂白竹材/楊木單板的膠合強(qiáng)度大于碳化竹材/楊木單板。UF膠合竹材/楊木單板膠合強(qiáng)度隨周期濕度增加呈降低趨勢(shì)；EPI膠合兩種竹材/楊木濕狀拉伸強(qiáng)度隨著處理周

7、期增加變化不大，甚至略有增加。
　　4）研究了溫度在80℃和室溫之間周期變化對(duì)毛竹/楊木復(fù)合材料及其單元材料尺寸變化和膠合強(qiáng)度的影響。
　　研究結(jié)果表明周期溫度變化條件下單元材料徑向尺寸>弦向>順紋方向。單元尺寸穩(wěn)定性楊木單板>碳化竹材>漂白竹材。復(fù)合材料在順紋方向和徑向上的尺寸整體呈降低趨勢(shì)，弦向的尺寸在開(kāi)始兩個(gè)熱處理周期中變化較大，后面三個(gè)周期中基本不變。EPI膠合復(fù)合材料順紋方向尺寸變化小于UF膠合材料，徑向和弦向的尺

8、寸變化大于UF膠合材料。復(fù)合材料濕狀拉伸強(qiáng)度受溫度影響均有不同程度的降低，但溫度周期對(duì)膠合強(qiáng)度影響差異不顯著。
　　5）采用有限元法模擬了碳化竹材/楊木單板復(fù)合材料在瞬態(tài)非等溫加熱條件下溫度、應(yīng)力應(yīng)變變化情況。
　　研究結(jié)果表明，在非等溫條件下，復(fù)合材料從加熱面到非加熱面溫度逐漸降低。復(fù)合材料的剝離應(yīng)變大于剪切應(yīng)變，最大剝離應(yīng)力大于剪切應(yīng)力。各項(xiàng)應(yīng)變和應(yīng)力均隨溫度的傳遞以某一值為中心呈階段性振蕩變化。非等溫加熱條件導(dǎo)致材料產(chǎn)