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竹增强复合材料公路防撞护栏的开发与研究
| 论文题名： | 竹增强复合材料公路防撞护栏的开发与研究 |
| 关键词： | 公路防撞护栏;竹增强复合材料;力学性能;界面改性;铺层结构 |
| 摘要： | 随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益突出，金属公路防撞护栏引起的寿命低、防撞性能差以及对人伤害大等缺点已经不能满足人们对公路安全的要求，而竹复合材料中的竹材作为一种清洁、可再生能源，同时其防撞性能好，力学强度大且来源广泛，这也为人类研发新型防撞护栏奠定了一定的基础。本课题由相关企业提出，对竹复合材料公路防撞护栏的性能进行研究开发，以达到目前公路防撞护栏对其金属原料Q-235B钢的冲击性能要求。由于竹材的亲水性较好致使其与树脂的界面粘结性能较差，进而导致其制品的冲击性能下降，因此，课题的研究重点是改善竹材与树脂间的界面性能，同时选择竹复合材料中竹材的最佳铺层结构，进而研究竹复合材料的冲击性能。 课题中，通过天然竹材的力学性能测试来确定原料选取部位，通过碱和硅烷偶联剂处理竹片，研究表面改性对竹片拉伸强度以及竹条与树脂之间界面性能的影响，通过单因子实验方案确定最佳改性方式;通过对比分析确定成型工艺与复合材料体系中各组分的体积分数;通过研究单向、正交以及斜交三种铺层结构复合材料的界面性能而确定最佳的铺层结构，之后对其冲击性能进行研究并进行验证;利用扫描电镜(SEM)对最终制得的防撞护栏材料的缺口冲击断面进行防撞机理分析。 结果表明:竹材上部的力学性能要好于中部和下部;随着碱浓度的提高，竹片的抗拉强度有先上升后下降的趋势，碱浓度为15％时竹片的抗拉性能较佳;当硅烷偶联剂浓度为1％时，竹片的抗拉强度损伤最少;通过分析对比碱处理、偶联剂处理及两者混合处理可知，采用混合处理的方法与单独使用碱处理和偶联剂处理相比，其界面改性效果最好;与竹片未作表面处理而制成的复合材料的试样相比，经过碱（浓度为15％）处理与硅烷偶联剂（浓度为1.0％）处理过的竹条制备的单向、正交以及斜交试样的剪切强度分别提高了82.74％、90.78％、123.76％，弯曲强度分别提高了31.95％、46.72％、29.58％，冲击韧性分别提高了25.62％、29.74％、28.61％。通过对三种铺层结构复合材料的剪切、弯曲以及冲击性能分析可知:单向复合材料的剪切、弯曲、冲击性能均较大，故本课题中的竹复合材料公路防撞护栏为单向铺层结构;就单向复合材料而言，其冲击韧性并没有随着竹片铺层数的增加而显著增加，反而其冲击吸收功却显著增加，当竹片铺层为15层时，其冲击吸收功为13.55J，在主要性能上能满足公路防撞护栏的对其原料Q-235B钢的标准要求;材料的防撞机理表现为竹纤维抽拔断裂、基体断裂、纤维/基体界面脱粘以及剪切分层，正是由于这些因素的综合作用，使得材料更好的吸收碰撞能量。 |
| 作者： | 栗洪彬 |
| 专业： | 纺织工程 |
| 导师： | 李炜;罗永康;奚国防 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东华大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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