仿生輕量型玄武巖纖維增強木塑復(fù)合材料的開發(fā).pdf

1、本論文以前沿的仿生學(xué)為基礎(chǔ),通過多學(xué)科的交叉,在生物體輕量型設(shè)計手法的指引下,首次用新型生態(tài)的玄武巖纖維(BF)強化了新興環(huán)保的木塑復(fù)合材料(WPC),展開了新型生態(tài)復(fù)合材料(BF-WPC)的研究。本研究不僅充分利用了本研究室堅實的仿生研究基礎(chǔ)和學(xué)科交叉的優(yōu)勢,成功地為開發(fā)BF-WPC探明了道路;而且在研究過程中,還觀察到了前翅中新的微細(xì)結(jié)構(gòu),也提出了具有重要意義的一體化蜂窩板制備技術(shù)。
　　 (1)關(guān)于甲蟲前翅:對仿生的基礎(chǔ)—

2、—甲蟲前翅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了回顧與深化研究。首次觀察到了纖維呈現(xiàn)網(wǎng)狀交聯(lián)排布方式,驗證和繼承了本研究室提出的優(yōu)秀的“小柱-蜂窩”芯輕質(zhì)一體化結(jié)構(gòu)。根據(jù)甲蟲前翅斷面的纖維形狀及其分布,歸納出了生物體所采用“最大填充”和“最優(yōu)效果”兩種生物手法,為本仿生研究確定原則性的指導(dǎo)思想。
　　 (2)BF-WPC中的較佳BF長度及其含量的探明:在未添加任何助劑的前提下,用短切長度為3、6、9mm和12mmBF強化WPC;結(jié)果表明BF能起到明顯的強化

3、作用,在力學(xué)性能與BF含量之間存在最大值現(xiàn)象,并提出了“弱端面”的定性假說,較為圓滿地解釋了這一現(xiàn)象。至于較佳的短切BF長度及其含量范圍,當(dāng)短切BF長度為3mm時,“弱端面”最多;BF長度為12mm、含量為30％時,容易造成纖維分布不均;結(jié)果表明,BF長度為6mm、含量為18-24％時,其力學(xué)性能提高的幅度達(dá)到最大。就其原因,很可能是BF短切長度為6mm時,“弱端面”為3mm時的一半,而短切BF‘的長度也正好是12mm的一半。此時兼有兩

4、者的長處,從而取得了最佳的增強效果。
　　 (3)較佳增容劑含量的探明:用BF含量為18％和24％、長度為6mm時對WPC的實驗表明,均在增容劑馬來酸酐接枝高密度聚乙烯(MAPE)含量在6-10％區(qū)間內(nèi)取得最大值。從試樣斷面形態(tài)上看,未添加MAPE時BF表面光滑,添加一定量MAPE時BF表面模糊,形成特別的界面層,有效地增強纖維與WPC之間的結(jié)合力,從而提高力學(xué)性能。
　　 (4)對于網(wǎng)格纖維增強的BF-WPC:證實了生