纖維尺寸及分布對(duì)WPCs力學(xué)性能的影響.pdf

1、木塑復(fù)合材料，簡稱木塑（wood-plastic composites，縮寫為WPCs），為生物質(zhì)-聚合物復(fù)合材料的俗稱，是一種由木質(zhì)纖維材料與聚合物材料復(fù)合而制成的復(fù)合材料。它是新型的高性能、高附加值環(huán)保材料，在環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要的作用。然而，抗蠕變性能差嚴(yán)重影響和制約了WPCs的拓展應(yīng)用。論文以楊木纖維增強(qiáng)高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合材料為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了纖維尺寸和分布對(duì)WPCs的力學(xué)性質(zhì)和抗蠕變性能的影響。

2、r>　　采用10～20目、20～40目、40～80目和80～120目四種木纖維及它們的混合纖維制備了七種木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，對(duì)其彎曲性能、沖擊強(qiáng)度、流變性能、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能、24h蠕變-24h回復(fù)性能和1000h蠕變性能等進(jìn)行分析，并引入數(shù)學(xué)模型擬合WPCs的蠕變-回復(fù)過程，取得如下結(jié)果:
　　(1)纖維的尺寸過大或者過小都不利于WPCs的彎曲強(qiáng)度和模量的提高，增強(qiáng)效果以20～40目纖維為佳，而80～120目木纖維增強(qiáng)HD

3、PE復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彈性模量均是最小值。四種目數(shù)木纖維混合增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的抗彎性能較好，長短不同，粗細(xì)不均的纖維搭配起來增強(qiáng)HDPE，既能填補(bǔ)纖維之間的間隙，又能擴(kuò)大與基質(zhì)的接觸面積，有助于提高材料界面的結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)力學(xué)性能。
　　(2)引入成分對(duì)彎曲力學(xué)性能的貢獻(xiàn)因子λ作為參數(shù)修正ROM模型，通過方差分析和配對(duì)樣本T檢驗(yàn)證明該模型預(yù)測(cè)木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的彎曲性能優(yōu)于三個(gè)傳統(tǒng)ROM模型，通過材料的斷裂強(qiáng)度驗(yàn)證了

4、該模型。
　　(3)24h蠕變-24h回復(fù)性能和1000h蠕變測(cè)試結(jié)果表明，單一目數(shù)木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料中抗蠕變性能最差的是80～120目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，該材料蠕變實(shí)驗(yàn)后彎曲性能值下降最大，不適合長期在負(fù)載的條件下工作。增加纖維長度有利于蠕變后彎曲性能的保留。在較小應(yīng)力水平下，40～80目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的抗蠕變性能最好;當(dāng)載荷超過材料彎曲極限載荷的30％時(shí)，20～40目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的抗蠕

5、變性能最好且受載荷的影響較小。
　　(4)混合目數(shù)木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的抗蠕變性能優(yōu)于單一目數(shù)木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，抗蠕變性能最好的是20～80目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，最差的是80～120目和10～20目混合木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料。材料在不同載荷水平蠕變后，回復(fù)率的變化不大(回復(fù)率范圍81.81％～85.58％)。
　　(5)分別利用Findley指數(shù)模型、兩參數(shù)指數(shù)模型和四元件Burgers模型來擬合

6、WPCs的24h蠕變曲線，經(jīng)過模型檢驗(yàn)和參數(shù)檢驗(yàn)，四元件Burgers模型擬合效果最好，可以應(yīng)用于熱壓成型的WPCs的蠕變性能的預(yù)測(cè)中。建立四元模型來模擬WPCs的回復(fù)過程，該回復(fù)模型模擬效果較好，可以應(yīng)用于熱壓成型WPCs的蠕變-回復(fù)性能的預(yù)測(cè)中。
　　(6)上層40～80目、下層20～40目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的彎曲性能值最大，其次是四種目數(shù)纖維混合均勻分布增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，而上層80～120目、下層10～20目木纖

7、維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的彎曲性能最差。長度相差大的纖維無論是分層分布還是均勻分布，用其增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的彎曲性能值都小于長度相近的木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，后者彈性應(yīng)變最小，蠕變速度較慢，24h應(yīng)變最小，蠕變后剩余彎曲性能值均最大。
　　(7)上層40～80目、下層20～40目木纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料最適合長期在載荷作用下工作。而含有短纖維（80～120目）的WPCs不適合長期在載荷作用下工作，短纖維含量越多，其抗蠕變性能

8、越差。不同目數(shù)纖維均勻混合分布的WPCs抗蠕變性能均優(yōu)于纖維分層分布的WPCs，且24h回復(fù)率也大于纖維分層分布的WPCs;不同目數(shù)纖維均勻混合分布的WPCs彈性應(yīng)變和24h應(yīng)變受加載力增加的影響較纖維分層分布的WPCs更敏感。
　　(8)分別利用Findley指數(shù)模型、兩參數(shù)指數(shù)模型和四元件Burgers模型來擬合疊層材料的24h蠕變曲線，并求出參數(shù)，經(jīng)過模型檢驗(yàn)和參數(shù)檢驗(yàn)，四元件Burgers模型擬合效果最好，可以應(yīng)用于疊層W