仿生輕量型玄武巖纖維增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的開(kāi)發(fā).pdf

1、本論文以前沿的仿生學(xué)為基礎(chǔ),通過(guò)多學(xué)科的交叉,在生物體輕量型設(shè)計(jì)手法的指引下,首次用新型生態(tài)的玄武巖纖維(BF)強(qiáng)化了新興環(huán)保的木塑復(fù)合材料(WPC),展開(kāi)了新型生態(tài)復(fù)合材料(BF-WPC)的研究。本研究不僅充分利用了本研究室堅(jiān)實(shí)的仿生研究基礎(chǔ)和學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì),成功地為開(kāi)發(fā)BF-WPC探明了道路;而且在研究過(guò)程中,還觀察到了前翅中新的微細(xì)結(jié)構(gòu),也提出了具有重要意義的一體化蜂窩板制備技術(shù)。
　　 (1)關(guān)于甲蟲(chóng)前翅:對(duì)仿生的基礎(chǔ)—

2、—甲蟲(chóng)前翅結(jié)構(gòu)進(jìn)行了回顧與深化研究。首次觀察到了纖維呈現(xiàn)網(wǎng)狀交聯(lián)排布方式,驗(yàn)證和繼承了本研究室提出的優(yōu)秀的“小柱-蜂窩”芯輕質(zhì)一體化結(jié)構(gòu)。根據(jù)甲蟲(chóng)前翅斷面的纖維形狀及其分布,歸納出了生物體所采用“最大填充”和“最優(yōu)效果”兩種生物手法,為本仿生研究確定原則性的指導(dǎo)思想。
　　 (2)BF-WPC中的較佳BF長(zhǎng)度及其含量的探明:在未添加任何助劑的前提下,用短切長(zhǎng)度為3、6、9mm和12mmBF強(qiáng)化WPC;結(jié)果表明BF能起到明顯的強(qiáng)化

3、作用,在力學(xué)性能與BF含量之間存在最大值現(xiàn)象,并提出了“弱端面”的定性假說(shuō),較為圓滿地解釋了這一現(xiàn)象。至于較佳的短切BF長(zhǎng)度及其含量范圍,當(dāng)短切BF長(zhǎng)度為3mm時(shí),“弱端面”最多;BF長(zhǎng)度為12mm、含量為30％時(shí),容易造成纖維分布不均;結(jié)果表明,BF長(zhǎng)度為6mm、含量為18-24％時(shí),其力學(xué)性能提高的幅度達(dá)到最大。就其原因,很可能是BF短切長(zhǎng)度為6mm時(shí),“弱端面”為3mm時(shí)的一半,而短切BF‘的長(zhǎng)度也正好是12mm的一半。此時(shí)兼有兩

4、者的長(zhǎng)處,從而取得了最佳的增強(qiáng)效果。
　　 (3)較佳增容劑含量的探明:用BF含量為18％和24％、長(zhǎng)度為6mm時(shí)對(duì)WPC的實(shí)驗(yàn)表明,均在增容劑馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯(MAPE)含量在6-10％區(qū)間內(nèi)取得最大值。從試樣斷面形態(tài)上看,未添加MAPE時(shí)BF表面光滑,添加一定量MAPE時(shí)BF表面模糊,形成特別的界面層,有效地增強(qiáng)纖維與WPC之間的結(jié)合力,從而提高力學(xué)性能。
　　 (4)對(duì)于網(wǎng)格纖維增強(qiáng)的BF-WPC:證實(shí)了生