採用硅烷偶聯劑結合乳液型漿料上漿的方法對纖維進行表面處理，使用四種規格的玄武岩纖維布，將玄武岩纖維布熱壓在木質複合材料一面，得到的玄武岩布增強木質複合材料。下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:採用真空輔助成型工藝(VARI)製備連續玄武岩纖維增強木材複合材料，透過測試其力學性能，分析了平紋6×6、平紋9×9、斜紋6×6、斜紋9×9等四種不同類型玄武岩織物的增強效果，結果顯示平紋6×6玄武岩纖維布增強木材複合材料的綜合力學性能最優。
關鍵詞:玄武岩纖維布;複合材料;機械性能
採用高性能纖維來改善木材性能的纖維增強樹脂(FiberReinforcedPolymer/Plastic，簡稱FRP)木材複合材料，能夠有效提高木材的強度、剛度、尺寸穩定性、耐久性、耐腐蝕性等性能，在土木工程、舊建築的加固修補等方面得到廣泛應用[1-4]，但FRP用於提升速生林尺寸穩定性、強度的研究相對較少[5]。目前國內外使用的增強纖維材料多以玻璃纖維、碳纖維爲主[6，7]。與傳統的高性能纖維相比，玄武岩纖維具有均衡的理化性能，如耐高溫、耐燒蝕、耐酸鹼、較好的熱穩定性能，且價格適中，綠色無污染，因而玄武岩纖維增強複合材料(BasaltFiberReinforcedPolymer/Plastic，簡稱BFRP)在工程領域越加得到推廣[8-10]。本文利用夾層複合材料的製備原理，分別以組織爲平紋和斜紋、經緯密爲6×6和9×9的四種不同類型的玄武岩纖維布爲增強材料，24mm厚的速生林樟子鬆板爲基材，採用真空輔助成型工藝(VacuumAssistedResinInfusion，簡稱VARI)一次成型來製備BFRP/木材複合材料[11-13]。透過分析織物的組織和經緯密對複合材料力學性能的影響，旨在探索一種新型的玄武岩連續纖維增強樹脂/木材複合材料，拓寬其在實際應用中的領域。
一、實驗部分
1.1主要原材料
環氧樹脂GCC135、W93固化劑，江蘇崑山綠循化工公司;偶聯劑:硅烷偶聯劑KH550，揚州立達樹脂有限公司。所用木材爲樟子鬆，尺寸爲500mm×200mm×24mm，密度爲0.481g/cm3，市售。試驗前需表面處理，以使木材表面平整無雜質，待乾燥後密封備用。玄武岩織物:自行織造，所用纖維單絲直徑爲9μm，紗線細度爲264tex，由浙江石金玄武岩纖維有限公司提供，參考標準GB/T76903-2001，採用IN-STRON3369型萬能電子強力儀對玄武岩紗線進行強伸性測試，拉伸速度爲100mm/min，圓弧式夾具的鉗口隔距爲700mm，試樣測試10次，取得玄武岩長絲抗拉強度的平均值爲10.11MPa，其拉伸斷裂曲線見圖1。試驗所用織物有四種，織物組織爲平紋和斜紋[14]，如圖2與圖3所示。織物經緯密(每釐米內紗線的根數)爲6×6和9×9。VARI成型工藝輔助料爲PET薄膜、導流網、脫模布、分離隔膜、螺旋管、真空管、注膠管、密封膠帶等，均由上海瀝高科技有限公司生產。
1.2主要儀器設備
真空泵:2XZ-2型，上海滬京工業泵廠;IN-STRON5582萬能試驗機，美國英斯特朗公司;擺錘式衝擊試驗機:JB-300B型，濟南時代試金試驗機有限公司。
1.3試樣製備
1.3.1玄武岩纖維布表面處理將玄武岩纖維布放於馬弗爐中250℃處理30min，然後用500ml、2mol/L鹽酸溶液浸漬2h，取出後用蒸餾水沖洗三次，然後置於120℃烘箱中60min。然後將纖維布浸漬於1%濃度KH550硅烷偶聯劑中15min，取出後置於120℃烘箱中60min，處理完成後將纖維布放於密封的實驗袋中備用[15]。1.3.2玄武岩連續纖維增強木材複合材料的製備按照500mm×200mm尺寸裁剪經過表面處理的玄武岩織物，然後在鋪好脫模布的模具上將裁剪好的織物和樟子鬆板進行鋪裝組配成預製件。樟子鬆的上下兩面各鋪設一層相同種類的織物，織物的纖維走向應保持一致。使用VARI成型工藝輔助料將組配好的預製件圍成密封系統，自下而上的鋪設分別是分離隔膜→預製件→脫模布→導流網→螺旋管，最後再蓋上真空袋薄膜，四周用密封膠帶密封。之後開啓真空泵抽真空，保證密封完全。按質量比100∶30調配環氧樹脂GCC135和W93固化劑，待攪拌均勻後，開啓注膠管和真空泵，灌注樹脂。待浸漬完全，室溫下固化3～4h後脫模。表1爲五種試樣的編號及試驗的種類。
1.4參照標準
(1)拉伸性能測定:根據GB/T1938—2009木材順紋抗拉強度測試方法對試樣進行拉伸性能檢測。(2)彎曲性能測定:根據GB/T1936.1—2009木材抗彎強度測試方法對試樣進行彎曲性能檢測。(3)壓縮性能測定:根據GB/T1935—2009木材順紋抗壓強度試驗方法對試樣進行壓縮性能檢測。(4)衝擊性能測定:根據GB/T1940—2009木材衝擊韌性試驗方法對試樣進行衝擊性能檢測。
二、結果與討論
2.1拉伸性能
表2爲不同種類織物增強木材複合材料的拉伸強度。透過表2可知，採用BFRP增強的複合板材的拉伸強度均高於未增強的樟子松原木複合板材，BFRP能夠有效地起到增強效果。與未增強的試樣A相比，試樣B、C、D、E的拉伸強度分別提高了26.52%、18.2%、9.47%、14.25%。這是由於高性能的BFRP本身具有較高強度、較高模量，用BFRP增強樟子鬆能有效提高木材可以承受的最大載荷，改變其拉伸模量以及斷裂伸長。從增強效果來看，經緯密爲9×9織物的增強效果不如經緯密爲6×6的織物。這是因爲對於經緯密爲9×9的織物，織物相對較厚，一定程度上影響了樹脂浸透織物，使纖維與樹脂間不能充分浸潤，降低了複合效果。斜紋9×9織物比平紋9×9織物有更多的孔隙，樹脂可以更容易地進入這些孔隙，更好地與纖維結合，因此斜紋9×9織物增強複合板的拉伸強度比平紋9×9織物增強複合板的大。對於經緯密爲6×6的織物，織物密度適中，較薄、較稀疏，樹脂液可以完全進入經緯紗交織的空隙中充分浸潤纖維，纖維與樹脂的相容性良好，因而增強效果較好。在此情況下，平紋織物相較斜紋織物，有更多的交織點，受到拉伸時，這些粘合着樹脂的交織點能夠有效阻止裂紋的產生和拓展，以上作用導致了平紋6×6織物增強複合板拉伸強度比斜紋6×6織物增強複合板拉伸強度高。
2.2彎曲性能
表3爲不同種類織物增強木材複合材料的彎曲強度。透過表3可知，採用BFRP增強的複合板材的彎曲強度均高於未增強的樟子松原木複合板材，BFRP能夠有效地起到增強效果。與未增強的試樣A相比，試樣B、C、D、E的彎曲強度分別提高了24%、24.58%、24.12%、23.90%，因而試驗中斜紋6×6織物增強效果最好。BFRP本身具有較高的彎曲強度，複合BFRP後，樟子鬆複合板材的彎曲強度得到很大程度上的提高。從試驗結果來看，織物種類對於複合材料的彎曲強度增強效果差別不大。本文彎曲試驗的主要破壞形式爲彎曲受拉破壞，織物增強複合板試樣底部的BFRP發生斷裂，試樣頂部的BFRP僅發生褶皺，破壞較小，很少出現被拉斷現象。這是由於BFRP的彎曲極限應變大於木材的彎曲極限應變，因而試樣頂部的BFRP對彎曲強度貢獻小，這是織物種類對複合板彎曲強度影響小的'主要原因。
2.3壓縮性能
表4爲不同種類織物增強木材複合材料的壓縮強度。透過表4可知，採用BFRP增強的複合板材的壓縮強度均高於未增強的樟子松原木複合板材，但BFRP起到的增強效果不是很明顯。與未增強的試樣A相比，試樣B、C、D、E的壓縮強度分別提高了10.68%、8.40%、8.94%、9.77%，試驗中平紋6×6增強效果最好，織物種類對複合板壓縮強度影響效果差別不大。試樣受壓縮時，BFRP抗壓剛度大，能有效地抑制木材端部受壓產生的橫向變形，因而可以提高複合木材的壓縮強度。試樣在受到破壞時，也會有剝離現象產生，但其BFRP的表面粘有木屑，表明真空輔助成型工藝下，BFRP與木材的粘合性是可靠的。
2.4衝擊性能
表5爲不同種類織物增強木材複合材料的衝擊韌性。透過表5可知，採用BFRP增強的複合板材的耐衝擊性能均高於未增強的樟子松原木複合板材，BFRP能夠有效地起到增強效果。與未增強的試樣A相比，試樣B、C、D、E的衝擊韌性分別提高了68.46%、51.68%、38.93%、44.07%，因而試驗中平紋6×6織物增強效果最好。BFRP與樹脂及樟子鬆板材間良好的相容性直接導致與其他組相比，平紋6×6織物的衝擊增強效果優勢較爲明顯。試驗中，試樣A受到衝擊時斷裂成兩部分，而BFRP增強的複合板材試樣受衝擊一側的BFRP只產生褶皺而沒有斷裂，另一側BFRP產生斷裂，這是由於受到木材彎曲斷裂時的衝擊，產生應力集中造成的。
三、結論
本文采用真空輔助成型工藝一次成型來製備BFRP/木材複合材料，透過分析四種不同類型BFRP/木材複合材料的力學性能，得出以下結論:(1)平紋6×6織物增強，拉伸強度最高提升了26.52%，壓縮強度最高提升了10.68%，衝擊韌性最高提升了68.46%，織物種類對複合板壓縮強度影響效果差別不大;(2)斜紋6×6織物增強，彎曲強度最高提升了24.58%，但織物種類對彎曲強度影響較小;(3)BFRP對樟子松原木複合板材的壓縮強度起到的增強效果不明顯，對受壓木材加強，需慎用或開展專門研究。
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