BFRP的制作工艺.doc

竹纤维复合材料（BFRP）的制作工艺常规的复合材料是纤维与基体共同承受荷载，纤维的作用是增强基体的强度由于纤维价格远高于基体，所以目前很多复合材料的纤维含量并不太高尽管如此，复合材料还是一种价格昂贵的材料，难以大量应用于民用工业竹纤维复合材料是以竹材为主要原料，经过物理化学处理和机械切削加工成纤维，按需要编织成不同几何形态的构造单元，然后用树脂等将其粘结成形纤维的原材料是竹材，价格十分低廉，具有推广应用的价值目前在众多的竹纤维复合材料产品研制与开发利用中，竹纤维增强翅料(BFRP)是比较成熟的一种BFRP是以竹纤维为增强材料，以树脂(如环氧树脂、不饱和聚脂树脂以及乙烯基树脂等)为基体的复合材料增强纤维为主要受力成分；树脂是将纤维粘结成整体，即能使纤维整体受力，又能保护纤维免受机械破损或化学腐蚀这种新型材料在工程中的应用研究，国外已作了大量工作，并取得了许有益的成果；近年来国内也开展了一些探讨性的研究，以及尝试性的应用与小范围推广竹纤维是一种生物材料，在生产、制作过程没有环境污染以此为加强材料，可以避免其他有机纤维带来负作用我国竹资源十分丰富，年产量占世界总产量的1/3，约1.5亿t但目前竹材用作工程材料，仅限于生产工艺品、简易家具、地板等，没有充分利用这一资源以竹代木、以竹代塑，在我国有着非常重要的意义，充分开发竹材的用途，提高其利用价值，已被国家确定为重点发展的技术另外以塑代钢是世界性发展趋势，开发高性能，低成本的大型塑料制品，是塑料行业技术发展方向之一研制BFRP能利用丰富的天然资源，开辟结构材料的新品种，又有利于环境保护、生态平衡及节约能源，具有深远的社会意义和经济效益因此如何利用BFRP的特点，充分发挥优势，是一个非常有前景的研究领域1.BFRP基本组份目前应用较多的BFRP，如板材、管材等，主要的组份材料是加工成纤维状的竹材和成形固化后起着基体作用的胶粘剂。竹材本身就是一种天然的纤维增强复合材料，非均质结构，并未形成层，生长期间没有横向增大；各类细胞与竹茎纵向平行排列竹材的化学成分主要有纤维素、半纤维素、木质素及多缩戊糖，这三大部分占有95以上的比例竹材的平均抗拉强度在200 MPa，大约是木材的2倍；平均抗压强度为50 MPa，与木材相差无几；静弯曲平均强度为180 MPa；顺纹抗剪强度20 MPa与密度一样，竹材强度与竹种产地、竹龄、竹材的含水量有关；另外竹材的不同生长部位对抗拉强度也有一定的影响，如竹节间的抗拉强度较节部高竹材的平均弹性模量为顺纹抗拉12 GPa；顺纹抗压6 GPa；静弯曲接近10GPh在目前常用的竹材人造板、管的生产中，常用的竹纤维是挑选材质相对均匀的竹段，机械加工成长细大于50的竹丝，经人工或机械编织成竹席或竹帘再使用各种胶粘剂将其固定成为工程所需要的构件形状环氧树脂是应用最较广泛的胶粘剂，其他纤维增强复合材料大多都使用环氧树脂当前一些先进的复合材料，如有玻璃纤维、碳纤维等增加环氧树脂，用途非常广泛甲醛类合成树脂胶粘剂，包括脲醛树脂胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂和三聚氰胺树脂胶粘剂这类胶粘剂分子量低、润湿性好、含有活性反应基团，能与竹材产生良好的粘结作用；还具有良好的耐水性和耐化学药剂腐蚀性，是一类性能良好的胶粘剂此外这类胶粘剂非常便宜，比环氧树脂等材料的价格要低得多2.BFRP的制作方法制作BFRP的方法有两大类一类是仿照常规复合材料的热压法；另一类是渐进式树脂渗入法热压复合法是将编织成形的竹纤维经碾压展开，树脂均匀地包裹竹纤维，逐层铺在模子内，经热压固化这类工艺较适用于环氧树脂为基体的复合材料，环氧树脂粘度较大，与竹纤维粘结力强，在热压固化过程中能充分填充纤维之间的空隙，而且能很好地保护纤维，是制作复合材料最常用的方法目前BFRP板材等大多使用这种工艺渗入法是将成形的竹纤维置于容器中，把树脂喷洒在纤维上使之表面湿润并均匀渗透竹细胞内外空间，当基体开始有固化迹象时置于60以上的的温度环境中完全固化这种工艺可以制作非标准型材料，不足之处是由于没有加压，树脂与纤维的粘结不充分，致使材料的性能不稳定以甲醛类合成树脂胶粘剂为基体的BFRP制作大多可用这类方法，因为基体稠度小，易于流动，固化时间短，从而成形容易制作管材之类的轴对称型构件时还可以通过模具的旋转，施加离心力，起到热压作用，提高材料的均匀性和强度指标，这是一种较新的生产工艺在本文研究工作所使用的试验材料中，以环氧树脂为基体的板材试件是通过热压法制成；以脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺树脂为基体的管材试件是通过渗入法制成这两种方法都存在着提高竹纤维与基体的粘结力的问题，即如何处理竹纤维的表面因为竹材的成份非常复杂，且吸水性很强，糖份含量也多水、糖是影响纤维与基体粘结的主要因素之一，因此竹材的除水、除糖是关键环节在国内通常采用的方法是碱洗、中和水洗、石灰水浸泡等等，这些方法处理起来周期较长，清洗困难，消耗水量大本文试验采用高压蒸煮法，在34个大气压下，纤维于沸腾水中蒸煮半小时；清洗后用清水蒸煮半小时；清洗干净后再用中性洗涤剂，浸泡二十分钟左右；清净放入真空干燥箱内，在80、760 mmI-Ig下烘干脱水3 h备用为了使竹子表面不与聚合物中单体发生作用，同时也为了彻底隔离竹子中的水分，我们对竹子表面还使用多种表面改性剂进行改性其中有改性剂A2、B一1已酰化，酚醛胶，尼龙胶及环氧胶等，使纤维与基体界面接触能力加强。3. BFRP应用前景研究结果表明BFRP的性能良好，经济效益明显发展BFRP的生产，可充分利用我国的竹材资源，解决农村竹材没有销路的问题特别是BFRP的具有一定的强度，可以作为许多土建工程的主、次承力构件；耐腐性比钢材好，可以应用于交通运输、建筑行业、管道、家具等领域本文围绕BFRP大口径管材的有关内容所做的工作，显示了BFRP管材在输水管道中的应用与开发是值得进行研究与探讨的当然要提高BFRP的质量和性能，进一步扩大应用范围，还有一些重要的技术问题有待解决(1)由于竹结构比较致密，浸润性较差，对树脂等胶粘剂的吸附性不强，因此需要对竹纤维进行一定的表面处理，改善浸润性，同时对竹纤维不会损伤(2)为了提高BFRP的质量，降低成本价格，应严格控制胶粘剂的用量，以能把纤维完全粘结即可这就要求胶的粘度不能过大，否则会影响胶渗透组织致密的竹材中；也不能太小，会出现固化慢、有胶溢出(3)由于竹材