竹增强复合材料公路防撞护栏的开发与研究

【摘要】随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益突出,金属公路防撞护栏引起的寿命低、防撞性能差以及对人伤害大等缺点已经不能满足人们对公路安全的要求,而竹复合材料中的竹材作为一种清洁、可再生能源,同时其防撞性能好,力学强度大且来源广泛,这也为人类研发新型防撞护栏奠定了一定的基础。本课题由相关企业提出,对竹复合材料公路防撞护栏的性能进行研究开发,以达到目前公路防撞护栏对其金属原料Q-235B钢的冲击性能要求。由于竹材的亲水性较好致使其与树脂的界面粘结性能较差,进而导致其制品的冲击性能下降,因此,课题的研究重点是改善竹材与树脂间的界面性能,同时选择竹复合材料中竹材的最佳铺层结构,进而研究竹复合材料的冲击性能。课题中,通过天然竹材的力学性能测试来确定原料选取部位,通过碱和硅烷偶联剂处理竹片,研究表面改性对竹片拉伸强度以及竹条与树脂之间界面性能的影响,通过单因子实验方案确定最佳改性方式；通过对比分析确定成型工艺与复合材料体系中各组分的体积分数；通过研究单向、正交以及斜交三种铺层结构复合材料的界面性能而确定最佳的铺层结构,之后对其冲击性能进行研究并进行验证；利用扫描电镜(SEM)对最终制得的防撞护栏材料的缺口冲击断面进行防撞机理分析。结果表明：竹材上部的力学性能要好于中部和下部；随着碱浓度的提高,竹片的抗拉强度有先上升后下降的趋势,碱浓度为15%时竹片的抗拉性能较佳；当硅烷偶联剂浓度为1%时,竹片的抗拉强度损伤最少；通过分析对比碱处理、偶联剂处理及两者混合处理可知,采用混合处理的方法与单独使用碱处理和偶联剂处理相比,其界面改性效果最好；与竹片未作表面处理而制成的复合材料的试样相比,经过碱(浓度为15%)处理与硅烷偶联剂(浓度为1.0%)处理过的竹条制备的单向、正交以及斜交试样的剪切强度分别提高了82.74%、90.78%、123.76%,弯曲强度分别提高了31.95%、46.72%、29.58%,冲击韧性分别提高了25.62%、29.74%、28.61%。通过对三种铺层结构复合材料的剪切、弯曲以及冲击性能分析可知：单向复合材料的剪切、弯曲、冲击性能均较大,故本课题中的竹复合材料公路防撞护栏为单向铺层结构；就单向复合材料而言,其冲击韧性并没有随着竹片铺层数的增加而显著增加,反而其冲击吸收功却显著增加,当竹片铺层为15层时,其冲击吸收功为13.55J,在主要性能上能满足公路防撞护栏的对其原料Q-235B钢的标准要求；材料的防撞机理表现为竹纤维抽拔断裂、基体断裂、纤维／基体界面脱粘以及剪切分层,正是由于这些因素的综合作用,使得材料更好的吸收碰撞能量。
【作者】栗洪彬；
【导师】李炜；罗永康；奚国防；
【作者基本信息】东华大学，纺织工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】竹片；复合材料防撞护栏；界面改性；铺层结构；冲击性能；防撞机理；

【参考文献】
[1]罗丽丽.次贷危机后对金融监管的反思及对策研究[D].沈阳师范大学,政治经济学,2014,硕士.
[2]曾凡全.政府投资项目可行性研究报告的质量控制研究[D].北京交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[3]朱沪生.上海城市轨道交通网络化建设的实践和对策[J].城市轨道交通研究.2006(12)
[4]卞修金.基于文化空间保护的历史街区更新评价与研究[D].北方工业大学,建筑设计及其理论,2014,硕士.
[5]杨思涵.跨国网络购物纠纷解决机制研究[D].上海大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[6]邹萍.对当下实验水墨状态与发展趋势的思考[D].云南师范大学,美术学,2013,硕士.
[7]汪洋.南移刺参摄食和代谢生理的初步研究[D].宁波大学,水产养殖,2013,硕士.
[8]聂军.论供应链环境下的库存管理[D].对外经济贸易大学,国际贸易,2004,硕士.
[9]蒋招凤.基于Logit模型的财务报告内部控制失效识别[D].浙江工商大学,会计学,2013,硕士.
[10]向明友.“外国语言文学”学术成果的科学计量学分析[J].中国外语,2014,03:34-40.
[11]刘迎迎.适配体—纳米金毛细管电泳化学发光超灵敏检测[D].信阳师范学院,分析化学,2014,硕士.
[12]王琼.构建“四位一体”教学模式努力提高课堂教学质量——关于探索《数据结构》课堂教学模式的几点思考[J].湖北广播电视大学学报,2005,S1:108-112.
[13]王文龙.组加密传输虚拟专用网的设计与实现[D].华中科技大学,软件工程,2013,硕士.
[14]赵帅杰.中国共产党培养造就青年干部面临的问题及对策研究[D].西南大学,社会思潮与思想政治教育,2014,硕士.
[15]崔同飞.论山水写生对创作的影响[D].河北师范大学,美术学,2014,硕士.
[16]李琳.共轭凸轮共轭度建模及轮廓优化研究[D].吉林大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[17]吴巍巍,胡志军,范顺武,徐文斌,方向前,赵凤东.慢性腰痛对脊旁多裂肌萎缩影响的临床研究[J].中国骨伤,2014,03:207-212.
[18]黎娜.吉林省居民不安全驾驶行为现状及其影响因素分析[D].吉林大学,流行病与卫生统计学,2014,硕士.
[19]段锦.加味玉液汤治疗老年2型糖尿病（气阴两虚兼血瘀证）的临床观察[D].云南中医学院,中西医结合临床内科（专业学位）,2012,硕士.
[20]周书云.民间儿歌特征研究[D].湘潭大学,中国古代文学,2003,硕士.
[21]谢伟峰.湖南地区工业转型升级的测度及金融支持研究[D].中南大学,管理科学与工程,2014,博士.
[22]李敏.城市社区托老所建筑及环境设计初探[D].北京建筑大学,建筑学,2013,硕士.
[23]赵倩.Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的异质结构、掺杂、自组装的精确调控及光电性能研究[D].北京理工大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[24]吴长虹.阳光翠园营销策略研究[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[25]窦俊君.基于业务整合的嘉都集团组织变革研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[26]孙启铭.电击死大鼠心脏S100A1、iNOS、Fn蛋白变化的研究[D].河北医科大学,法医学,2014,硕士.
[27]肖锐.县域社会管理综合治理创新[D].安徽大学,法学理论,2014,硕士.
[28]高家玮.A房地产公司石狮X项目营销策略研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[29]陈艳琴.焊缝缺陷边缘检测实验平台设计与实现[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[30]吕鹏纲.中科院西部科研院科技人才激励机制研究[D].兰州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[31]杨扬.我国商业银行个人理财业务法律规制研究[D].河北经贸大学,经济法学,2014,硕士.
[32]曾兆权.射频等离子体辅助分子束外延（rf-MBE）制备高质量ZnO薄膜研究[D].曲阜师范大学,物理电子学,2004,硕士.
[33]李清杰,李正军,高选正.近场平面扫描“诊断”技术的探讨[J].空间电子技术.2001(Z1)
[34]吴晗.下一代网络防火墙的互联应用协议分析[D].北京交通大学,2014.
[35]曹晓军.第26届男篮亚锦赛中外后卫队员进攻能力的比较研究[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[36]魏雅丽.基于稀疏表示的图像去噪方法研究[D].天津理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[37]王晓峰.蓄电池充放电一体系统的研究[D].北京交通大学,2007.
[38]王珏.仿螃蟹机器人步行运动平稳控制及仿真分析[D].华东理工大学,车辆工程,2014,硕士.
[39]周小涵.参龟保肝升白蛋白丸对大鼠实验性肝硬化的影响及其机制研究[D].吉林大学,药理学,2013,硕士.
[40]黄伟.量子霍尔效应与非对易物理[D].中国科学技术大学,2009.
[41]郑小青,冯苗,詹红兵.石墨烯纳米带[J].化学进展,2012,12:2320-2329.
[42]杨永红.登革Ⅱ型病毒EDⅢ与登革病毒受体蛋白的鉴定及功能评价[D].南方医科大学,病原生物学,2014,博士.
[43]李海龙.居住环境景观设计中的吉祥寓意研究[D].苏州大学,设计艺术学,2013,硕士.
[44]董文军.耐压泄漏安全测试及关键技术的研究[D].广东工业大学,检测技术与自动化装置,2004,硕士.
[45]曹卫京.采用综合复用设备建设人民法院“三网合一”专用信息网[J].电信网技术.2004(02)
[46]张淑娟.DP590冷轧汽车板成形性能评价与数值模拟[D].东北大学,材料加工工程,2011,硕士.
[47]李强.面向特定目标的检测与定位方法研究与实现[D].北方工业大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[48]叶佳文.加减柴芍六君汤治疗肝郁脾虚型反流性食管炎的临床研究[D].广州中医药大学,中医内科学（专业学位）,2014,博士.
[49]朱进步.中国男篮进攻能力分析与对策研究[D].东北师范大学,体育（专业学位）,2012,硕士.
[50]何嘉.论社会化因素对儿童画的影响[D].云南师范大学,国画工笔人物,2013,硕士.