竹原纖維微觀結構表征及斷裂強度的統(tǒng)計分析.pdf

1、利用天然竹原纖維高強度、低伸長、可再生性而開發(fā)出的纖維增強復合材料，具有比強度、比模量較高以及可降解等優(yōu)點，顯示出了能與工程塑料相媲美的力學性能。但是由于脆性材料的強度具有較大分散性，同時植物纖維性能受生長環(huán)境影響明顯，纖維的力學行為將直接影響到復合材料的損傷演化和破壞過程。因此，開展對竹原纖維拉伸破壞行為的研究，將有助于提升對這類增強復合材料變形與破壞機理的認識水平。
　　本文首先對對竹原纖維的多尺度結構進行了探索性研究，分別利

2、用光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)對竹原纖維的表面形態(tài)以及橫、縱截面、斷裂面的微觀結構進行了分析。研究發(fā)現:源于閃爆制備的工藝過程，竹原纖維表面覆蓋了大量的木質素;對橫、縱截面的觀察發(fā)現由于自然生長的特點，竹原纖維實際由許多大小不一的單纖維通過木質素、脂質等成分沿軸向相互粘接構成，并且在徑向這些單纖維呈五邊形或六邊形排列成蜂窩狀結構;此外，TEM觀察表明單纖維擁有至少4層以上更為復雜的多層次結構，并由大量螺旋纏繞的纖維

3、素微纖增強木質素-半纖維素基體構成。因此，單纖維的這種分布排列方式將對纖維拉伸強度的分散性產生重要影響。其次，為了研究組織結構和尺寸大小對纖維強度的影響，本文對竹原纖維進行了大量的拉伸試驗。在第三章內主要介紹了實驗步驟和實驗內容，對拉伸測試過程的測量參數和直徑測量方法進行了詳細說明，所有竹原纖維均為準靜態(tài)拉伸測試。應力應變曲線表明竹原纖維斷裂無明顯屈服，屬脆性斷裂機制，但其楊氏模量和斷裂伸長率隨測試尺寸不同而有顯著的差異;在第四章中主要

4、討論了竹原纖維沿軸向的尺寸效應，針對直徑為200±20μm，長度分別為20、30、40、50、60mm的五組竹原纖維進行了拉伸測試，每組為50個樣本，得到纖維強度的統(tǒng)計特征?；赪eak-link理論，建立修正的Weibull分布函數模型，即指數模型。分別采用基于長度L的傳統(tǒng)線性模型和指數模型對纖維沿長度方向的尺寸效應進行了預測。結果表明，與實驗數據相比，指數模型的預測水平優(yōu)于線性模型。最后討論了竹原纖維強度的直徑依賴性，主要內容包括：

5、⑴將夾持長度固定在20 mm，為擴大直徑差異，分別測量了直徑為196.6、317.3、398.4、508.8、584.3μm五組竹原纖維的強度，其中每組試驗為50個樣本。基于單因素方差分析方法(One-way ANOVA)，研究結果發(fā)現直徑對竹原纖維強度有顯著性影響；⑵為了表征竹原纖維沿徑向的尺寸效應，相似地分別采用基于體積V的傳統(tǒng)線性模型和指數模型分別對纖維強度的直徑效應進行了預測，結果表明指數模型沿徑向的預測水平仍優(yōu)于線性模型；⑶為