毛竹-楊木復合材料界面膠合性能及其影響因素研究.pdf

1、隨著我國木材資源供需矛盾不斷加大，政府出臺了一系列提倡木材節(jié)約代用的政策。竹木復合材料能夠充分發(fā)揮竹材和人工林木材優(yōu)勢，利用我國豐富的人工林資源，提高了人工林木材附加值。目前竹木復合材料研究多以產(chǎn)品研發(fā)、工藝性能為主，而對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脂（UF）為膠粘劑，探討復合材料制備工藝、溫濕度環(huán)境對界面力學性能及其復合材料膠合強度和尺寸穩(wěn)定性的影響。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1）研究了主要工藝參數(shù)對毛竹/楊木單板復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合材料界面膠粘劑滲透性能與復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膠合竹木復合材料的膠合性能略高于EPI，但兩者差異不顯著。幾種復合材料膠合強度大小依次為：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。
　　分別采用接觸角測定儀、X射線光電子能譜(XPS)和紅外光譜儀測定了單元材料表面潤濕性能

4、、表面活性和表面化學成份；通過熒光顯微鏡觀察了兩種膠粘劑在毛竹/楊木復合材料界面的滲透性能。研究結(jié)果表明材料表面潤濕性能和膠粘劑在材料表面滲透性能對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度關(guān)系更為密切。
　　2）通過數(shù)字散斑相關(guān)法和有限元方法研究了毛竹/楊木復合界面微觀應力應變分布情況，并探討與宏觀膠合性能間的關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，相對于EPI，UF膠合界面剪

5、切應變和剝離應變較小，相應剪切應力和剝離應力較大，與 UF彈性模量大有關(guān)。不同基材復合材料最大應力應變?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最大應力應變介于漂白竹材/漂白竹材和楊木單板/楊木單板之間，說明提高基材彈性模量可以降低界面各項應變應力值。
　　3）探討了水分和濕度對毛竹/楊木單板復合材料尺寸穩(wěn)定性和膠合性能的影響。
　　在溫度80℃，相對濕度分別為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/楊木單板的膠合強度大于碳化竹材/楊木單板。UF膠合竹材/楊木單板膠合強度隨周期濕度增加呈降低趨勢；EPI膠合兩種竹材/楊木濕狀拉伸強度隨著處理周

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毛竹/楊木復合材料及其單元材料尺寸變化和膠合強度的影響。
　　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。復合材料在順紋方向和徑向上的尺寸整體呈降低趨勢，弦向的尺寸在開始兩個熱處理周期中變化較大，后面三個周期中基本不變。EPI膠合復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。復合材料濕狀拉伸強度受溫度影響均有不同程度的降低，但溫度周期對膠合強度影響差異不顯著。
　　5）采用有限元法模擬了碳化竹材/楊木單板復合材料在瞬態(tài)非等溫加熱條件下溫度、應力應變變化情況。
　　研究結(jié)果表明，在非等溫條件下，復合材料從加熱面到非加熱面溫度逐漸降低。復合材料的剝離應變大于剪切應變，最大剝離應力大于剪切應力。各項應變和應力均隨溫度的傳遞以某一值為中心呈階段性振蕩變化。非等溫加熱條件導致材料產(chǎn)