竹子具有生長快、培育周期短、一次栽培可永續(xù)利用等特點。竹材強度高、韌性好，其抗拉強度約為人工林木材的2倍。從宏觀水平上看，竹材以中空、多節(jié)、具有一定尖削度的中空錐形殼體多節(jié)結(jié)構(gòu)存在; 從組織水平上看，竹材又是一種以竹纖維為增強相、薄壁細胞為基質(zhì)相的天然纖維增強復(fù)合材料，維管束密度沿徑向非均勻分布使其具有功能梯度材料的特點。竹材獨特的結(jié)構(gòu)賦予其輕質(zhì)、高強、高韌、高彎曲延展性等優(yōu)異特性。竹纖維是竹材的主要組成部分和承載單元，被廣泛應(yīng)用于制漿造紙、日用制品、高檔竹編工藝品、紡織用品、發(fā)泡填充材料、竹基纖維高性能復(fù)合材料及竹質(zhì)工程材料等領(lǐng)域。
為了有效發(fā)揮竹纖維優(yōu)勢和充分利用竹漿造紙加工剩余物，采用芯殼結(jié)構(gòu)來提高復(fù)合材料的使用性能如耐水性、耐磨性、抗彎和抗蠕變性能，減少材料的制造成本。同時研究竹子從生長初期、竹筍、成熟材直到衰退過程中竹纖維的發(fā)育、木質(zhì)化形成及老化過程與物理力學(xué)性能的關(guān)系，探究不同時期竹纖維性狀與各項材性指標(biāo)的表達，為不同階段竹纖維的有效利用提供基礎(chǔ)理論支持。
研究人員對芯殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料進行靜態(tài)彎曲測試，發(fā)現(xiàn)其階梯型破壞模式明顯，殼層材料性能越高，越有助于延緩破壞的發(fā)生。同時，芯殼結(jié)構(gòu)竹塑復(fù)合材料彎曲性能優(yōu)于均質(zhì)結(jié)構(gòu)竹塑復(fù)合材料，并且將力學(xué)性能較好的竹漿纖維放置表層，能有效地提高復(fù)合材料的彎曲性能。在殼層設(shè)計3種材料: 純高密度聚乙烯復(fù)合材料(CS－HDPE)、5%白泥增強高密度聚乙烯復(fù)合材料(CS－WC)、5%竹漿纖維增強高密度聚乙烯復(fù)合材料(CS－BPF)，其復(fù)合材料彎曲強度和模量從大到小順序為CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC，剪切強度從大到小順序為CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC。結(jié)果表明: 表層HDPE與芯層材料熔融結(jié)合性能更好，加入馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE) 能改善竹漿纖維與表層HDPE的界面相容性。因此，芯殼結(jié)構(gòu)對擴展竹屑—HDPE復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。以竹束纖維為原料，采用擠出、模壓等技術(shù)加工竹纖維復(fù)合材料，制造能夠滿足力學(xué)和結(jié)構(gòu)性能要求的新型高質(zhì)化構(gòu)件，應(yīng)用于管道柱體、轎車外殼、高鐵內(nèi)飾等領(lǐng)域。
摘編自：《新型竹纖維復(fù)合材料的研發(fā)》
