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新型木塑复合材料断裂及断裂机理的研究

作　者: 许小君
导　师: 李大纲
学　校: 南京林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 木塑复合材料断裂韧性断裂机理低温处理脆性断裂
分类号: TS653
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本论文对以稻壳为填料的木塑复合材料(50%稻壳,50%废旧PE)进行了拉伸、压缩、三点弯曲、握钉力、硬度、冲击和吸水率等试验,分析了该材料的一般力学和物理材性;通过采用了单边裂纹拉伸试验、双边裂纹拉伸试验和单边裂纹三点弯曲试验对该材料常温下平面应变断裂韧性进行了试验和分析,测得该材料的平面应变断裂韧性,并对该材料常温下平面应变断裂韧性测试方法提出了建议;通过对该材料经-20°C 低温处理后的单边裂纹三点弯曲试验分析了低温对其抗弯能力和断裂韧性的影响;针对木塑复合材料的断口(裂纹走向和断裂面)分析了该材料的断裂机理。　通过对木塑复合材料的拉伸、压缩、弯曲、握钉力、硬度、冲击和吸水率等试验,测得了该材料的力学和物理材性,为该材料的利用和进一步研究提供了依据:　a) 该木塑复合材料为脆性材料,其拉伸、压缩弹性模量几乎相同; b)　弯曲时中性层不偏移,故弯曲正应力计算可以采用公式σ= My / Iz。　通过木塑复合材料的单边裂纹拉伸试验、双边裂纹拉伸试验和单边裂纹三点弯曲试验测得了该材料的平面应变断裂韧性,并对该材料常温下平面应变断裂韧性测定方法提出了建议:　a) 木塑复合材料的平面应变断裂韧性为1137.16KN ? m?3 2;　b) 用单边裂纹三点弯曲试验来测量此类木塑复合材料的平面应变断裂韧性时,所用试样的a W 应取0.5,厚度应取在16.5～18.5mm 范围内。　通过对经-20°C 低温处理后木塑复合材料作单边裂纹三点弯曲试验分析了低温对其抗弯能力和断裂韧性的影响:　a) 木塑复合材料的承载能力(抗弯)和断裂韧性都随着低温(-20°C)处理时间增加而降低;　b) 短时间的低温(-20°C)处理使木塑复合材料的承载能力(抗弯)和断裂韧性都有一定的提高。　针对对木塑复合材料的断口(裂纹走向和断裂面)分析了该材料的断裂机理:　a) 木塑复合材料主要因为填充物(稻壳)与基体的结合面是弱界面而导致填充物与基体分离,最终断裂;　b) 木塑复合材料在断裂过程中总体上表现为脆性。　在试验分析的基础上,认为木塑复合材料要进一步扩展其用途,能多方面代替其他现有材料,如木材,还需要提高其抗弯强度和断裂韧性以及降低密度,这可以通过改进工艺,从加强基材与填料之间的结合力、增加填充物的纤维含量或改变其形态来提高填充物的长细比、减轻填充物的集聚现象以及采用发泡技术等几方面入手。

全文目录

1 绪论  7-11
  1.1 木塑复合材料的概述  7-9
    1.1.1 木塑复合材料的定义、特点和用途  7
    1.1.2 木塑复合材料的研究历史、现状  7-8
    1.1.3 木塑复合材料的生产工艺和流程  8-9
  1.2 本课题的来源与意义  9-11
2 木塑复合材料基本材料性质测试和分析  11-23
  2.1 拉伸性能试验  11-12
    2.1.1 拉伸性能基本概念定义  11
    2.1.2 拉伸应力-应变曲线及相关点定义  11
    2.1.3 拉伸试验  11-12
  2.2 压缩性能试验  12-17
    2.2.1 压缩性能基本概念定义  12-13
    2.2.2 压缩应力-应变曲线及相关点定义  13
    2.2.3 压缩试验  13-17
  2.3 弯曲性能试验  17-21
  2.4 其他物理性能试验及物理力学性能与其他材料的比较  21-22
  2.5 小结  22-23
3 断裂理论基础  23-32
  3.1 断裂力学基本概念  23
  3.2 断裂力学的研究对象及裂纹分类  23
  3.3 Griffith 理论和 Orowan 理论  23-24
  3.4 线弹性断裂力学之应力强度因子断裂理论  24-31
    3.4.1 应力强度因子 KI 的表达公式的推导  25-29
    3.4.2 利用边界配置法确定单边裂纹三点弯曲试样和轴向拉伸试样的强度因子计算公式  29-31
  3.5 小结  31-32
4 常温下断裂韧性试验和分析  32-48
  4.1 带贯穿裂纹有限宽板条的断裂韧性试验  32-47
    4.1.1 单边裂纹板条的拉伸断裂韧性试验  32-35
    4.1.2 双边裂纹板条的拉伸断裂韧性试验  35-38
    4.1.3 单边裂纹试样的三点弯曲断裂韧性试验  38-47
  4.2 小结  47-48
5 低温处理后断裂韧性分析  48-52
  5.1 试样示意图及相关尺寸参数、试验设备及条件  48
  5.2 试验数据及图表和试验分析  48-51
  5.3 小结  51-52
6 断裂机理分析  52-60
  6.1 断裂的基本概念  52
  6.2 断裂的分类  52-54
  6.3 聚合物的断裂  54
  6.4 木塑复合材料的断裂  54-59
  6.5 小结  59-60
7 结论和展望  60-61
参考文献  61-66

新型木塑复合材料断裂及断裂机理的研究

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