仿生輕量型玄武巖纖維增強木塑復合材料的開發(fā).pdf

1、本論文以前沿的仿生學為基礎,通過多學科的交叉,在生物體輕量型設計手法的指引下,首次用新型生態(tài)的玄武巖纖維(BF)強化了新興環(huán)保的木塑復合材料(WPC),展開了新型生態(tài)復合材料(BF-WPC)的研究。本研究不僅充分利用了本研究室堅實的仿生研究基礎和學科交叉的優(yōu)勢,成功地為開發(fā)BF-WPC探明了道路;而且在研究過程中,還觀察到了前翅中新的微細結構,也提出了具有重要意義的一體化蜂窩板制備技術。
　　 (1)關于甲蟲前翅:對仿生的基礎—

2、—甲蟲前翅結構進行了回顧與深化研究。首次觀察到了纖維呈現網狀交聯(lián)排布方式,驗證和繼承了本研究室提出的優(yōu)秀的“小柱-蜂窩”芯輕質一體化結構。根據甲蟲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思想。
　　 (2)BF-WPC中的較佳BF長度及其含量的探明:在未添加任何助劑的前提下,用短切長度為3、6、9mm和12mmBF強化WPC;結果表明BF能起到明顯的強化

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

4、者的長處,從而取得了最佳的增強效果。
　　 (3)較佳增容劑含量的探明:用BF含量為18％和24％、長度為6mm時對WPC的實驗表明,均在增容劑馬來酸酐接枝高密度聚乙烯(MAPE)含量在6-10％區(qū)間內取得最大值。從試樣斷面形態(tài)上看,未添加MAPE時BF表面光滑,添加一定量MAPE時BF表面模糊,形成特別的界面層,有效地增強纖維與WPC之間的結合力,從而提高力學性能。
　　 (4)對于網格纖維增強的BF-WPC:證實了生