生物质纤维性状及分布对生物质纤维/聚合物复合材料蠕变的作用机制

本项目基于世界生物质纤维/聚合物复合材（NFPC）制品使用中遇到的共同问题- - 蠕变而开展应用基础研究。从该复合材料的重要组分生物质纤维的长度、形态、化学性质、分布及复合材结构形式等内在影响因素入手，借助现代测试、观察、分析仪器和数理分析手段，通过短期和长期蠕变-恢复测试、纤维性状和材料破坏过程原位分析，阐明在复合材料蠕变产生、发展过程中内部组成要素对外部载荷的响应规律和影响方式，从而为控制蠕变提供可靠的基础理论依据、为生产工艺提供有效的改进措施、为产品性能预测提供准确适用的数理模型。.研究将在木塑复合材料变形理论方面起到填补空白和前沿引导作用，对世界木塑复合材行业发展具有重要影响；对有效利用多种生物质资源、合理处理废旧塑料具有重要意义。预计发表论高水平论文3-5篇，获得专利1-2项，培养青年科技骨干1-2人和博、硕研究生3-4人。

研究围绕项目任务书，主要取得了以下研究结果：.1）麻纤维比较柔软，没有粘接紧固到一起时不具有刚度，无法为HDPE提供抗变形特性。当麻纤维含量为75%时，HDPE已经很难包覆麻纤维，复合材抵抗变形的能力变得极差。与麻纤维/HDPE复合材相比，木纤维复合材的抗蠕变能力呈现出极大优势。 .2） 在长时间较大载荷的作用下，长纤维的增强效果较好，但是纤维过长会使其与基体之间的结合作用变差，导致抗蠕变性能下降。短纤维（80-120目）含量越多复合材的抗蠕变性能越差。.3） 室温下木粉含量对复合材料应变的影响是明显的，在一定范围内木粉含量增多有利于提高复合材抗蠕变性能。由于热塑性塑料基质对温度的依赖性较强，随着温度升高复合材料的蠕变应变增大，但相对湿度几乎不产生影响。.4） 与不同尺寸纤维均匀混合相比，纤维分层分布时复合材的弹性变形对应力水平变化更敏感，纤维均匀混合的木塑复合材料其最大载荷、弯曲强度、弹性模量和断裂强度都比纤维分层分布的显著提高。.5） 五种不同截面木塑地板的抗蠕变能力优劣顺序为：矩形中空型≈圆形中空型＞实心型＞圆形开口型＞矩形开口型。开口型木塑复合地板上下结构不对称，形心向上偏移较大，导致其惯性矩和抗弯截面系数减小。从强度方面考虑，中空型截面设计最合理。.6） Burgers模型、十元件力学模型和Findley幂律模型对木塑复合材蠕变变形的拟合程度都较高。但Burgers模型在第一阶段（减速蠕变阶段）的重合效果较差，十元件模型和Findley幂律模型预测曲线大约在35h左右与测量曲线出现分离趋势。预测曲线低估了木塑复合材料地板的蠕变变形。.7） 根据时温等效理论，基于不同温度下短时蠕变应变测试数据，通过Burger 方程计算出蠕变各阶段的粘度系数和弹性模量。借助差示扫描测量计算出不同复合材料的活化能，并推导出曲线的移动系数，从而获得材料在常温下的长期蠕变柔量主曲线。经计算得出，10-20目纤维增强复合材在40%应力水平下的蠕变破坏时间为1年，80-120目的仅为11天。较大纤维提供了更多安全保障。.在研期间课题组人员获得国家科学技术进步二等奖1项，林业青年科技奖1项；发表文章9篇(含录用2篇)，获得发明专利3项，实用新型2项；培养博士研究生1人，硕士研究生3人。