竹纏繞復合管彎曲強度測試

馬建新 張淑嫻 孫元平 翁 赟

(浙江鑫宙竹基復合材料科技有限公司 杭州 311253)

竹纏繞復合管是以竹材為基材，以熱固性樹脂為膠黏劑，采用纏繞工藝制作而成的新型生物基復合管。復合管充分發揮竹材軸向拉伸強度高的特點，具有原料可再生、承壓能力強、保溫性能好、抗震和抗沉降能力強、使用壽命長、節能低碳、質量輕、綜合造價低等特點[1-3]。

竹纏繞復合管作為一種新型復合管，制作竹纏繞復合管的竹篾卷有軸向竹篾卷和環向竹篾卷2種規格，在產品設計時需要這2種竹篾卷搭配使用，以滿足在各個方向上的強度要求。本文分別測試由軸向竹篾卷和環向竹篾卷制作的竹纏繞復合管彎曲強度，以期為竹纏繞復合管的產品設計提供依據。

1 材料與方法

1.1 試件

分別用軸向竹篾卷和環向竹篾卷經纏繞工藝制作竹纏繞復合管段，管段直徑300 mm、長度300 mm、壁厚10 mm。軸向竹篾卷中竹篾長度方向與管段中心軸線平行，環向竹篾卷中竹篾長度方向與管段中心軸線垂直。

管段制作好后，沿管段軸線方向切割得到試件，試件長250 mm、寬10 mm、厚10 mm。當管外表面朝上測試時記錄為正面，當管內表面朝上測試時記錄為背面。軸向和環向試件各準備10個。

1.2 測試方法

參考標準GB/T 1449-2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》[4]和GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》[5]進行測試。測量試件的寬度和厚度，調節萬能力學試驗機兩支座跨距為200 mm，試件平放在支座上，試件長軸與支承輥垂直，試件中心點在加荷輥下方，在整個試驗中以10 mm/min的速度恒速加載，直至試件破壞，記錄最大載荷。在每組試件內，一半試件正面向上測試，一半試件背面向上測試。

1.3 彎曲強度計算方法

試件的彎曲強度按公式(1)計算：

(1)

公式(1)中：σL為試件的彎曲強度，單位為MPa；Fmax為試件破壞時最大載荷，單位為N；L為2支座間距離，單位為mm；b為試件寬度，單位為mm；t為試件厚度，單位為mm。

每組試件的彎曲強度取同組內全部試件彎曲強度的算術平均值。

2 結果與討論

2.1 軸向試件彎曲強度

從表1和表2中可以看出：軸向試件正面向上彎曲強度平均為42.80 MPa，背面向上平均為41.02 MPa；正面向上時彎曲強度略大，較背面向上時大4.34%，其原因主要是由于竹材本身的各向異性所致。

表1 軸向試件正面向上彎曲強度測試結果

表2 軸向試件背面向上彎曲強度測試結果

2.2 環向試件彎曲強度

從表3和表4中可以看出：環向試件正面向上彎曲強度平均為13.28 MPa，背面向上彎曲強度平均為10.38 MPa，正面向上時彎曲強度較大，較背面向上時大27.9%，其原因主要是由于竹材本身的各向異性導致的。

表3 環向試件正面向上彎曲強度測試結果

表4 環向試件背面向上彎曲強度測試結果

2.3 軸向試件與環向試件彎曲強度的差異

測試結果顯示，軸向試件的彎曲強度明顯大于環向試件，主要原因是軸向試件中竹篾方向平行于試件長度方向，在測試過程中試件斷裂處以竹篾斷裂為主，而在環向試件中竹篾方向垂直于試件長度方向，在測試過程中試件斷裂處以樹脂破壞為主。

3 結論

試驗結果表明，軸向試件和環向試件的彎曲強度差異較大，軸向試件的彎曲強度更高，在進行產品設計時應根據產品的性能要求，合理搭配2種竹篾卷的比例進行鋪層設計，以滿足產品的最終性能要求。