FRP增强木质复合.ppt
6 FRP增强木质复合材料,6.1 概述 纤维增强聚合物基（FIBER-REINFORCED POLYMER 简称FRP）-木质复合材料是纤维增强聚合物作为增强物增强木材所获得的性能优越的先进工程木质复合材料。,特征,强度或刚度的提高。降低材料力学性能的变异性，允许更大的设计值。使得低等材质树种和速生材可用于工程产品。减小木构件的尺寸，降低其重量。增加产品的韧性、适用性和耐疲劳性能。提高材料的耐久性和尺寸稳定性。,6.2 纤维增强聚合物,常用高性能纤维 主要有三种：玻璃纤维、碳/石墨纤维以及合成纤维（卡夫拉纤维、芳纶纤维）。新材料：玄武岩纤维,常用FRP增强纤维的性能,玄武岩连续纤维与其他纤维物理性能,玄武岩连续纤维与几种玻璃纤维组分,玄武岩连续纤维和玻璃纤维在不同介质中煮沸后的质量损失率,6.2.2 聚合物基体（树脂）,聚酯树脂乙烯树脂环氧树脂酚醛树脂聚氨酯,常用树脂的相关性能,6.2.3 FRP制造,FRP加工方法可以分为两类：敞口铸型工艺和闭合铸型工艺。对于敞口铸型工艺，产品在单侧模具中成型，常用的有手糊成型技术和喷射成型技术。闭合铸型工艺包括纤维缠绕成型技术、拉挤成型技术、模压成型技术、热压罐成型技术、RTM成型技术和挤出成型技术。2.4 FRP标准,树脂含量与拉伸强度的关系,树脂含量对玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料拉伸性能的影响,树脂含量与拉伸模量的关系,6.3 FRP增强工程木质复合材料制造,1）FRP增强工程木质复合材料制造要点：胶合 结合耐久性 偶联剂 材料性能评价方法,2）胶接机理,机械理论吸附和表面反映静电内部扩散,3)木材胶接注意事项,木材是一个多孔性材料木材也是各向异性的木材表面化学（成分）不同木材会干缩湿涨,4)根据来源和当地的环境，木材通常干燥到512,5)FRP胶接注意事项,胶接主FRP板是无孔材料要依靠化学键FRP的尺寸稳定性要好的多表面处理很重要（物理的、化学的手段）,6)有关木材与FRP的胶接机理,机械理论化学反应（共价键、酸碱、氢键、范德华力）,BFRP拉伸断面的SEM观察,图 a不饱和聚酯拉伸断面 图 b 酚醛树脂拉伸断面 图c 环氧FRP拉伸断面,图a UN BFRP纤维表面 图B Pf BFRP纤维表面 图C Ex BFRP纤维表面,7)FRP与木材胶接的关键问题,增强体的类型（E玻璃纤维还是碳纤维）胶的耐久性和成本表面处理和胶的固化操作都是可行的胶接或者织物润湿是有效的防腐剂和化学处理对木材性能的影响环境和长期承载的影响,8)木材增强方法,手工涂抹树脂浸渍(SCRIMP)COMPRIS连续成型拉挤成型（酚醛玻纤，乙烯酯玻纤，聚氨酯玻纤）碳纤维酚醛复合材料（日本开发）,9)手工涂抹,最简单而且使用最广适用于修补和特殊的操作足够的研究手段 可能对于商用的FRP/木材复合材料的加工不太实际,10)真空封闭式,可以生产相对大的、高质量低成本的复合材料生产方式非常多样对于部分质量，工人的技术很重要,11)海用复合树脂灌输模压工艺 SCRIMPTPI复合材料（公司）拥有专利,RTM、VARI和真空封闭式混合物灌输是通过使用一种表面高渗透的材料达到穿透整个厚度的效果SCRIMP方法可以用来制作大尺寸且空隙含量低的产品,12)连续层压,应用于当前的木质复合 材料生产工艺相对容易各种各样的体系，包括 热塑性和热固性的树脂,13)拉挤成型应用于当前的集成材和LVL生产工艺相对容易,14)拉挤成型复合材料示意图,15)碳纤维/苯酚复合单板,单向PAN碳纤维 新颖的酚醛树脂基体 酚醛树脂和浸渍纸形成三明治结构,16)胶合质量检测,剪切测试（木块）ASTM905 循环分层测试 ASTM2559 1类模型破坏测试DCB ASTM D3433，D14胶粘剂委员会ASTM D5528，D30复合材料委员会 单剪测试（疲劳破坏）,17)ASTM905 剪切测试,18)ASTM2559 分层测试,19)木材/FRP界面疲劳性质（两种模型）,20)胶粘剂,酚类胶粘剂 间苯二酚甲醛 苯酚改性间苯二酚甲醛环氧树脂异氰酸类 聚氨酯乙烯酯聚酯,21)偶联剂,偶联剂对于环氧、聚 酯、聚氨酯、乙烯酯 胶接木材的耐久性有 很大的改善作用。偶联剂已经用来生产 性能很好的室外的FRP复合材料，这些复合材料是用各种树脂直接将各种FRP粘到木材上去的,22)木材/FRP胶接性能评价的方法论,目标：在相关的性能范围内，确定一整套简单而完整的材料的刚度、强度、韧性和耐久性的测试方法 为改进材料性能规范提供必要的数据和建议,23)长期的性能表现,FRP增强体和FRP/木材胶接界面：环境木材防腐剂和处理压力由于疲劳载荷引起的应力循环和持续载荷引起的蠕变,24)环境,耐水 耐干燥、耐热 结冰解冻循环 模拟室外暴露（UV紫外线）浸泡干燥循环,25)木材防腐剂和处理压力,油溶性煤杂芬油含铜环烷酸盐水溶性CCA（大的结构材会产生大的尺寸变化）,26)长期的性能表现指标,FRP的物理力学性能：玻璃化温度纵向和横向的拉伸强度纵向和横向的弹性模量外观上层间的剪切强度纵向压缩强度,27)FRP/木材界面性能：,外观上的剪切强度 压缩载荷 拉伸载荷韧性破裂,6.4 FRP增强工程木质复合材料开发与应用,6.4.1 FRP增强集成材（Glulam）6.4.2 FRP增强结构人造板 6.4.3 FRP增强LVL和工字梁 FRP其他工程木质产品 FRP修复木结构,FRP-集成材（Glulam）,木材聚合体复合材料FRPglulam表面加强板挤压木塑复合材料贴面板材,北京林业大学BFRP增强结构用集成材开发,生产试验材料及产品,图31.Ep-BFRP/结构用集成材组坯示意图,L9(34)正交试验表竹材类型：1代表展开竹板材；2代表弦向横拼竹板材；3代表径向横拼竹板材。,竹板处理,图34.剪切试件破坏形式,a.木材间的剪切破坏,b.具有一定木破率,c.BFRP/木材界面破坏,图3.1试件湿态 图3.2试件干燥后,ASTM D2559三次循环处理后，BFRP/木材界面形态，木材/木材界面剥离形态：,木材/木材,BFRP/木材,木材/木材,BFRP/木材,剪切试验,竹材破坏率45%FRP破坏率40%剪切强度14.2MPa,竹材破坏率0FRP破坏率75%剪切强度10.6MPa,竹材破坏率7%FRP破坏率25%剪切强度5.4MPa,浸渍剥离,煮沸剥离,竹-BFRP胶层干态剪切强度与三种因子的关系,竹-BFRP胶层平均煮沸剥离率与三种因子的关系,
