竹原纖維微觀結構表征及斷裂強度的統(tǒng)計分析.pdf

1、利用天然竹原纖維高強度、低伸長、可再生性而開發(fā)出的纖維增強復合材料，具有比強度、比模量較高以及可降解等優(yōu)點，顯示出了能與工程塑料相媲美的力學性能。但是由于脆性材料的強度具有較大分散性，同時植物纖維性能受生長環(huán)境影響明顯，纖維的力學行為將直接影響到復合材料的損傷演化和破壞過程。因此，開展對竹原纖維拉伸破壞行為的研究，將有助于提升對這類增強復合材料變形與破壞機理的認識水平。
　　本文首先對對竹原纖維的多尺度結構進行了探索性研究，分別利

2、用光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)對竹原纖維的表面形態(tài)以及橫、縱截面、斷裂面的微觀結構進行了分析。研究發(fā)現(xiàn):源于閃爆制備的工藝過程，竹原纖維表面覆蓋了大量的木質素;對橫、縱截面的觀察發(fā)現(xiàn)由于自然生長的特點，竹原纖維實際由許多大小不一的單纖維通過木質素、脂質等成分沿軸向相互粘接構成，并且在徑向這些單纖維呈五邊形或六邊形排列成蜂窩狀結構;此外，TEM觀察表明單纖維擁有至少4層以上更為復雜的多層次結構，并由大量螺旋纏繞的纖維

3、素微纖增強木質素-半纖維素基體構成。因此，單纖維的這種分布排列方式將對纖維拉伸強度的分散性產(chǎn)生重要影響。其次，為了研究組織結構和尺寸大小對纖維強度的影響，本文對竹原纖維進行了大量的拉伸試驗。在第三章內(nèi)主要介紹了實驗步驟和實驗內(nèi)容，對拉伸測試過程的測量參數(shù)和直徑測量方法進行了詳細說明，所有竹原纖維均為準靜態(tài)拉伸測試。應力應變曲線表明竹原纖維斷裂無明顯屈服，屬脆性斷裂機制，但其楊氏模量和斷裂伸長率隨測試尺寸不同而有顯著的差異;在第四章中主要

4、討論了竹原纖維沿軸向的尺寸效應，針對直徑為200±20μm，長度分別為20、30、40、50、60mm的五組竹原纖維進行了拉伸測試，每組為50個樣本，得到纖維強度的統(tǒng)計特征?；赪eak-link理論，建立修正的Weibull分布函數(shù)模型，即指數(shù)模型。分別采用基于長度L的傳統(tǒng)線性模型和指數(shù)模型對纖維沿長度方向的尺寸效應進行了預測。結果表明，與實驗數(shù)據(jù)相比，指數(shù)模型的預測水平優(yōu)于線性模型。最后討論了竹原纖維強度的直徑依賴性，主要內(nèi)容包括：

5、⑴將夾持長度固定在20 mm，為擴大直徑差異，分別測量了直徑為196.6、317.3、398.4、508.8、584.3μm五組竹原纖維的強度，其中每組試驗為50個樣本?；趩我蛩胤讲罘治龇椒?One-way ANOVA)，研究結果發(fā)現(xiàn)直徑對竹原纖維強度有顯著性影響；⑵為了表征竹原纖維沿徑向的尺寸效應，相似地分別采用基于體積V的傳統(tǒng)線性模型和指數(shù)模型分別對纖維強度的直徑效應進行了預測，結果表明指數(shù)模型沿徑向的預測水平仍優(yōu)于線性模型；⑶為