全文总字数：14208字
连续竹纤维增强环氧复合材料的机械，吸水和界面强度
摘 要
这项研究旨在研究连续竹纤维增强环氧复合材料的机械，吸水和界面强度。未经处理和经碱处理的竹纤维都是是通过切割天然竹杆制备而成的。通过实验测量了竹纤维的基本特性，例如密度，当量直径和拉伸性能。竹纤维增强环氧树脂（BF / EP）复合材料是通过树脂传递模塑（RTM）工艺制造的，所得纤维体积分数约为42％。研究发现竹纤维的强度会随着碱处理而降低。然而，碱处理的竹纤维增强的环氧复合材料比未处理的复合材料具有更好的拉伸强度。据信未经处理的竹纤维与环氧树脂的界面结合较弱，这已通过随后的界面强度测试得到了证实。我们还研究了竹纤维的尺寸对BF / EP复合材料拉伸性能的影响。结果表明，随着竹纤维直径的减小，复合材料的拉伸强度和杨氏模量增加。关于湿热老化测试，BF / EP复合材料对水分吸收高度敏感，水分对BF / EP复合材料的机械性能有不利影响。
关键词：竹纤维 竹纤维复合材料 碱处理 界面剪切应力
- 介绍
纤维增强聚合物（FRP）是使用最广泛的复合材料。据文献记载，玻璃纤维增强复合材料于1940年代开始在该行业中进行批量生产。后来，碳纤维增强复合材料出现，在国防和航空航天工业中发挥了重要作用。近年来，环保意识逐渐成为主流，同时化石燃料也逐渐枯竭[1]。诸如碳纤维和玻璃纤维之类的常用合成纤维在自然环境中不容易分解并且容易遭受环境污染的问题。因此，绿色复合材料和可生物降解材料的开发引起了很多关注。在2010年代，约315,000吨的天然纤维被制成复合材料，占包括玻璃纤维，碳纤维和天然纤维在内的全部增强材料的13％。据估计，到2020年代它将增加到约830,000吨[2-3]。在天然纤维增强领域，近年来使用了大量的植物纤维增强聚合物复合材料。常用的植物纤维包括香蕉，剑麻，棉花，竹子和木材[4-8]。这些植物纤维的优点是密度低，隔热性和机械性能好，成本低，耐用,具有可持续性和生物降解性等性能[9-11]。
竹是开发天然纤维复合材料的合适选择。它生长迅速，每天可达几厘米，并具有出色的机械性能[12]。竹纤维的提取方法很多，如脱胶，蒸汽爆炸，碱处理和疏解等[13-16]。 所有的提取方法都会直接影响纤维的质量和强度。
竹是一种天然的蜂窝状纤维增强复合材料。纤维束被实质细胞包围。纤维束由导管，韧皮部和大量纤维组成。薄壁组织细胞是由木质素，纤维素和半纤维素组成的木质化壁。在整个竹秆中，纤维和薄壁组织分别占40％和50％[17]。纤维束中纤维的细胞结构在中间有一个小孔，从内到外被多层结构围绕，该多层结构由次壁和主壁组成。这些细胞壁由纤维素，半纤维素，多糖和戊糖组成。纤维之间的主壁外还有一个中间层。在纤维束之间的主壁外还有一个中间层。该层的主要成分是木质素，其含量超过90％[18]。使用扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM）和邹（Zou）等人[19,20]的纳米压痕技术研究了竹纤维的细胞壁结构和力学性能。研究表明，竹纤维细胞壁由鹅卵石状的纳米尺寸的多边形纤维素颗粒组成，其尺寸约为21–198 nm。对于具有纳米颗粒结构的竹纤维，测得的硬度为0.44plusmn;0.09 GPa，弹性模量为10.4plusmn;1.8 GPa。 纤维素，木质素和半纤维素约占植物细胞壁的95％[21]。尽管木质素具有将纤维粘合在一起的功能，但它是一种复杂的化合物，与聚合物树脂的界面粘合性较差[22,23]。然而，木质素可以在纤维提取过程中溶解在氢氧化钠溶液中[24]。 实验结果表明，适当的表面处理可以有效去除木质素和半纤维素[25,26]，从而得到与未进行碱处理的界面相比更为优良的界面[27-30]。
在使用中，复合材料通常会暴露在湿气中。当复合材料吸收水分时，水和聚合物相互作用（水解）或影响基质与纤维之间的粘合力，从而导致复合材料的湿热老化，这会对复合材料的机械性能产生不利影响[31–33] ]。与玻璃纤维不同，天然纤维吸收水分的显著趋势是制约生物复合材料的最大因素[24]。因此，研究竹纤维增强复合材料的湿热老化现象具有重要意义。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
