竹子具有生長快、培育周期短、一次栽培可永續(xù)利用等特點。竹材強度高、韌性好，其抗拉強度約為人工林木材的2倍。從宏觀水平上看，竹材以中空、多節(jié)、具有一定尖削度的中空錐形殼體多節(jié)結構存在; 從組織水平上看，竹材又是一種以竹纖維為增強相、薄壁細胞為基質相的天然纖維增強復合材料，維管束密度沿徑向非均勻分布使其具有功能梯度材料的特點。竹材獨特的結構賦予其輕質、高強、高韌、高彎曲延展性等優(yōu)異特性。竹纖維是竹材的主要組成部分和承載單元，被廣泛應用于制漿造紙、日用制品、高檔竹編工藝品、紡織用品、發(fā)泡填充材料、竹基纖維高性能復合材料及竹質工程材料等領域。
為了有效發(fā)揮竹纖維優(yōu)勢和充分利用竹漿造紙加工剩余物，采用芯殼結構來提高復合材料的使用性能如耐水性、耐磨性、抗彎和抗蠕變性能，減少材料的制造成本。同時研究竹子從生長初期、竹筍、成熟材直到衰退過程中竹纖維的發(fā)育、木質化形成及老化過程與物理力學性能的關系，探究不同時期竹纖維性狀與各項材性指標的表達，為不同階段竹纖維的有效利用提供基礎理論支持。
研究人員對芯殼結構復合材料進行靜態(tài)彎曲測試，發(fā)現其階梯型破壞模式明顯，殼層材料性能越高，越有助于延緩破壞的發(fā)生。同時，芯殼結構竹塑復合材料彎曲性能優(yōu)于均質結構竹塑復合材料，并且將力學性能較好的竹漿纖維放置表層，能有效地提高復合材料的彎曲性能。在殼層設計3種材料: 純高密度聚乙烯復合材料(CS－HDPE)、5%白泥增強高密度聚乙烯復合材料(CS－WC)、5%竹漿纖維增強高密度聚乙烯復合材料(CS－BPF)，其復合材料彎曲強度和模量從大到小順序為CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC，剪切強度從大到小順序為CS－HDPE、CS－BPF、CS－WC。結果表明: 表層HDPE與芯層材料熔融結合性能更好，加入馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE) 能改善竹漿纖維與表層HDPE的界面相容性。因此，芯殼結構對擴展竹屑—HDPE復合材料的應用領域具有重要的意義。以竹束纖維為原料，采用擠出、模壓等技術加工竹纖維復合材料，制造能夠滿足力學和結構性能要求的新型高質化構件，應用于管道柱體、轎車外殼、高鐵內飾等領域。
摘編自：《新型竹纖維復合材料的研發(fā)》
