玻璃纖維增強(qiáng)楊木單板復(fù)合層板結(jié)構(gòu)與工藝研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)用集成材和單板層積材是制備現(xiàn)代木建筑承載木構(gòu)件的主要材料。層板是集成材的構(gòu)成單元，通常由實(shí)木板材加工而成，為了滿足結(jié)構(gòu)用集成材承載能力的需要，要求層板尤其是最外層板具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，并符合相應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)。由于我國(guó)適用于結(jié)構(gòu)用集成材的天然林木材資源匱乏，故以人工林木材為原料，采取復(fù)合增強(qiáng)技術(shù)開發(fā)工程結(jié)構(gòu)材料，對(duì)于解決木結(jié)構(gòu)用材的需求，緩解優(yōu)質(zhì)木材短缺的矛盾，促進(jìn)人工林的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以楊木單板為基材

2、，玻璃纖維布為增強(qiáng)材料，按照單板層積材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備玻璃纖維布增強(qiáng)楊木單板復(fù)合層板。主要研究?jī)?nèi)容包括:結(jié)構(gòu)用復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)分析玻璃纖維布在層板中的鋪放位置及層數(shù)對(duì)層板性能的影響，為優(yōu)化復(fù)合材料層板的結(jié)構(gòu)提供依據(jù);玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合層板的制備工藝和性能，分別采取單因子和多因子正交表進(jìn)行熱壓膠合制板試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)因子的極差與方差分析研究玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合層板制備的優(yōu)化工藝;以復(fù)合材料力學(xué)層合板的剛度與強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，建立玻璃纖

3、維布增強(qiáng)楊木單板復(fù)合層板的剛度預(yù)測(cè)模型，對(duì)復(fù)合層板的多種試驗(yàn)結(jié)構(gòu)加以檢驗(yàn)，對(duì)比實(shí)測(cè)值考察擬合性能，研究復(fù)合材料層板的增強(qiáng)機(jī)理。研究結(jié)果如下:
　　 (1)玻璃纖維布在板坯中的鋪放位置對(duì)復(fù)合材料層板的靜曲強(qiáng)度(MOR)和彈性模量(MOE)的增強(qiáng)效果影響顯著。在最外層單板內(nèi)各鋪放1層玻璃纖維布的層板，其MOR和MOE值比在芯層單板上下各鋪放1層玻璃纖維布的復(fù)合層板分別增加32.63％和23.67％。玻璃纖維布對(duì)MOR的增強(qiáng)效果優(yōu)于對(duì)

4、MOE的增強(qiáng)效果。
　　 (2)相對(duì)于未鋪放玻璃纖維布的層板，隨著鋪放玻璃纖維布層數(shù)的增加，復(fù)合材料層板的MOR和MOE均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在整個(gè)層板中從外到內(nèi)對(duì)稱各鋪放2層、4層、6層和8層玻璃纖維布時(shí)，復(fù)合層板的MOR分別提高了43.5％、47.4％、51.7％和55.1％，MOE分別分別提高了29.5％、31.0％、33.5％和35.7％。鋪放2層玻璃纖維布時(shí)復(fù)合材料層板的MOR和MOE顯著提高，而玻璃纖維布從4層到8層的增加

5、過程中MOR和MOE的增加幅度并不明顯。
　　 (3)硅烷偶聯(lián)劑用于玻璃纖維的表面處理，可顯著改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合層板的強(qiáng)度。隨著偶聯(lián)劑濃度的增加，按照同一熱壓工藝制備的由15層順紋單板、上下各鋪放玻璃纖維布3層的復(fù)合層板，其MOR和MOE也隨之逐漸增大。
　　 (4)采取由15層順紋單板，上下分別鋪放玻璃纖維布3層的組坯結(jié)構(gòu)，按L9(34)正交表進(jìn)行熱壓膠合制板試驗(yàn)，利用試驗(yàn)因子的極差與方

6、差方法分析表明:在試驗(yàn)因子水平范圍內(nèi)熱壓工藝對(duì)復(fù)合層板的密度、垂直加載下抗彎性能、平行加載下的抗彎性能及水平剪切強(qiáng)度影響的顯著性不同，但熱壓壓力的影響均極顯著，熱壓溫度除對(duì)平行加載下的彈性模量和垂直加載下的水平剪切強(qiáng)度以外，影響均高度顯著或極顯著。
　　 (5)綜合分析表明，試驗(yàn)制作的玻璃纖維布增強(qiáng)楊木單板復(fù)合層板與結(jié)構(gòu)用單板層積材相比，強(qiáng)度性能均超過了GB/T20241-2006結(jié)構(gòu)用單板層積材最高級(jí)別180E優(yōu)等品規(guī)定的指標(biāo)

7、值要求。與結(jié)構(gòu)用集成材層板相比，性能均超過了GB/T26899-2011結(jié)構(gòu)用集成材中目測(cè)分等層板強(qiáng)度性能中最高級(jí)別SZ1樹種群層板等級(jí)Ⅰd的MOR和MOE要求，甚至達(dá)到日本集成材農(nóng)林標(biāo)準(zhǔn)（2007年9月25日農(nóng)林水產(chǎn)省告示第1152號(hào)）A樹種群（阿必東）1等層板強(qiáng)度的指標(biāo)要求。
　　 同時(shí)，經(jīng)Ⅰ類浸漬剝離試驗(yàn)，層板各層均未發(fā)生剝離現(xiàn)象，表明復(fù)合層板具有優(yōu)良的膠合耐久性。
　　 (6)以復(fù)合材料力學(xué)層合板的剛度與強(qiáng)度理論

8、為基礎(chǔ)，建立的玻璃纖維增強(qiáng)楊木單板復(fù)合層板的剛度預(yù)測(cè)模型，對(duì)6種按玻璃纖維布鋪放位置和5種按玻璃纖維布層數(shù)及鋪放位置分別組成的對(duì)稱復(fù)合層板，按預(yù)測(cè)模型公式計(jì)算的順紋MOE表明，其預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)制備的玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合層板MOE實(shí)測(cè)值擬合效果良好，預(yù)測(cè)精度較高。
　　 玻璃纖維布鋪放位置不同對(duì)復(fù)合層板MOE貢獻(xiàn)率不同。在復(fù)合層板中從外到內(nèi)對(duì)稱各鋪放1層玻璃纖維布時(shí)，對(duì)復(fù)合層板MOE的貢獻(xiàn)率依次為A型25.58％、B型14.76％、C