玻璃纖維增強楊木單板復(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)的強度等級。由于我國適用于結(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)合增強技術(shù)開發(fā)工程結(jié)構(gòu)材料，對于解決木結(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)實意義。
　　 本文以楊木單板為基材

2、，玻璃纖維布為增強材料，按照單板層積材的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備玻璃纖維布增強楊木單板復(fù)合層板。主要研究內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)用復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，試驗分析玻璃纖維布在層板中的鋪放位置及層數(shù)對層板性能的影響，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，通過對試驗因子的極差與方差分析研究玻璃纖維布增強復(fù)合層板制備的優(yōu)化工藝;以復(fù)合材料力學(xué)層合板的剛度與強度理論為基礎(chǔ)，建立玻璃纖

3、維布增強楊木單板復(fù)合層板的剛度預(yù)測模型，對復(fù)合層板的多種試驗結(jié)構(gòu)加以檢驗，對比實測值考察擬合性能，研究復(fù)合材料層板的增強機理。研究結(jié)果如下:
　　 (1)玻璃纖維布在板坯中的鋪放位置對復(fù)合材料層板的靜曲強度(MOR)和彈性模量(MOE)的增強效果影響顯著。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MOR的增強效果優(yōu)于對

4、MOE的增強效果。
　　 (2)相對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。在整個層板中從外到內(nèi)對稱各鋪放2層、4層、6層和8層玻璃纖維布時，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，提高玻璃纖維增強復(fù)合層板的強度。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，利用試驗因子的極差與方

6、差方法分析表明:在試驗因子水平范圍內(nèi)熱壓工藝對復(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，熱壓溫度除對平行加載下的彈性模量和垂直加載下的水平剪切強度以外，影響均高度顯著或極顯著。
　　 (5)綜合分析表明，試驗制作的玻璃纖維布增強楊木單板復(fù)合層板與結(jié)構(gòu)用單板層積材相比，強度性能均超過了GB/T20241-2006結(jié)構(gòu)用單板層積材最高級別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)用集成材中目測分等層板強度性能中最高級別SZ1樹種群層板等級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）A樹種群（阿必東）1等層板強度的指標(biāo)要求。
　　 同時，經(jīng)Ⅰ類浸漬剝離試驗，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)層合板的剛度與強度理論

8、為基礎(chǔ)，建立的玻璃纖維增強楊木單板復(fù)合層板的剛度預(yù)測模型，對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稱復(fù)合層板，按預(yù)測模型公式計算的順紋MOE表明，其預(yù)測值與試驗制備的玻璃纖維布增強復(fù)合層板MOE實測值擬合效果良好，預(yù)測精度較高。
　　 玻璃纖維布鋪放位置不同對復(fù)合層板MOE貢獻(xiàn)率不同。在復(fù)合層板中從外到內(nèi)對稱各鋪放1層玻璃纖維布時，對復(fù)合層板MOE的貢獻(xiàn)率依次為A型25.58％、B型14.76％、C