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    应用于自行车车架的竹/环氧复合材料

    时间：2020-11-06 08:02:22　来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 柠檬阅读网手机站

     

     

    白雪君，忻  伟，王  彪

    （东华大学，上海 201620）

    摘要：我国竹材资源相当丰富。采用竹/塑复合材料制作的自行车车架有着质轻、高强度、易加工、耐蚀的优点。采用新型的竹/环氧复合材料来制作自行车车架无疑是一个很大胆的尝试。对环保和可持续发展有着极其重要的意义。文章将对影响竹/环氧复合材料力学性能的几个因素做分析和讨论。

    关键词：毛竹；
    环氧树脂；
    自行车车架；
    热固化；
    浸渍

    中图分类号：     U463.32              文献标识码：A        文章编号：1674-0432(2010)-08-0078-2

     

    0 前言

    自行车架——自行车的灵魂。决定一辆自行车的性能好坏与否，车架无疑占到了主导地位。目前，可以制造自行车车架的材料主要有以下几种：钢、铝合金、钛合金、镁合金、钪合金，碳纤维等等。一般市场上出现的车架主要有钢、铝合金、钛合金，碳纤维。钪合金和镁合金是最近的新兴材料，比较少见。但现在竹子居然也能用作自行车车架材料了，其材料特性甚至能媲美黑金—碳纤维。

    1 材料与方法

    1.1 材料来源

    我们选用我国分布最广，产量最大的毛竹作为自行车车架用的竹/塑复合材料的竹材。其出产地为湖南省桃花县。毛竹年龄四至五年。四年成材的毛竹具有良好的物理力学性能，可与高密度的阔叶材相媲美。静曲强度、弹性模量、抗拉强度是一般木材的2倍。竹材密度为0.789g/cm3，顺向抗拉强度达到201.7Mpa，抗压强度达到74.2Mpa。

    1.2 仪器设备

    木工电刨，热压机，鼓风干燥箱，电子天平（0.001g）等。

    1.3 试样处理

    我们事先将毛竹劈开去青皮，用沸水煮60分钟后加工成长条后干燥。干燥后与加工成960mm×19.6mm×6mm的竹条备用。

    浸渍用环氧树脂型号E-51（618），固化剂型号5784，促进剂苯酚。树脂固化剂配比1:0.5。每百克调配好的树脂加入丙酮稀释剂10g促进剂1.5g。

    1.4 试验方法

    将事先处理好的竹条劈成3mm和2mm厚的的薄片若干，将其浸渍于调配好的环氧树脂胶液中30分钟后取出，覆以聚乙烯薄膜，以40KN的压力，使竹材表面树脂胶液渗入竹片纤维细胞内，120℃的环境温度下加压1小时，固化后保压并随压机加热板冷却至室温，得到2合和3合的竹/环氧树脂复合片材若干。

    截取适当长度，通过万能制样机制得所需弯曲、冲击、拉伸和层间剪切样条各3组。这三组样条的含水量分别是含水0.2%、含水7.5%和含水45%的。每组6根，共计72根。

    2 结果分析

    2.1 接触角测试实验结果

    在竹材表面滴下蒸馏水，液体在固体表面上的接触角与固-气界面自由能γSG、固-液界面自由能γSL及液体的表面张力γLG之间的关系，服从杨氏润湿方程：γSG-γSL＝γLGcosθ此方程可看作在固、液、气三相交界处，三个界面张力之间平衡的结果。接触角的大小，可以反映液体对固体表面的润湿情况，接触角愈小，润湿得愈好。所以竹材是比较亲水的，这样非常适合环氧树脂对其的浸润。

     

    2.2 冲击强度测试实验结果

    冲击2合

     

    冲击3合

     

    2.3 弯曲强度测试结果

    弯曲2合

     

    弯曲3合

     

    2.4 拉伸强度测试结果

    拉伸2合

     

    拉伸3合

     

    2.5 层间剪切强度测试结果

    层剪2合

     

    层剪3合

     

    3 讨论

    我们通过测试数据发现，竹材的含水量，对复合后型材的总体力学性能影响很大，含水量过高将导致树脂无法充分浸渍如竹材中而使竹片材界面发生滑移。在保持竹材含水量7.5%不变的情况下，随着复合竹材层数的增加，树脂与竹材的复合效果得到提升，各项力学性能均有显著的提高，尤其是复合后的竹/环氧复合材料层间剪切性能，复合层数为3层的竹/环氧复合材料的剪切应力超过复合层数为2层的竹/环氧复合材料2倍还要多。这无疑是两者复合效应的良好体现。

    4 结论

    上述各项测试结果表明：含水量在7.5%的竹材复合后的力学性能是最高的，复合层数的增加对复合后竹材的性能也有很大的影响。将竹/环氧复合材料应用于自行车车架是一个很独特的尝试，复合后的竹材在各项力学性能上均可达到自行车车架的技术标准。建议控制复合前竹材的含水量在5-8%之间，竹材与环氧的层数控制在3-7层，即复合后材料的含胶量不低于20%，这样可以达到作为应用于自行车车架的复合材料的最佳效果。

     

    参考文献

    [1] 郑睿贤.毛竹工业利用分析[J].竹子研究汇刊, 1998,17(3):1-9.

    [2] http://zh.wikipedia.org,2009-4-30.

    [3] 陈玲,江泽慧,黄晓东,等.2种风电叶片竹木复合材料原材料树脂浸渍量研究[J].西北林学院学报,2008,23(6):170-172.

     

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