斷層面積纖維比例對毛竹材拉伸剪切性能的影響1)

黃愛月 蘇勤 宗鈺容 劉煥榮

(國家林業和草原局-北京市共建竹藤科學與技術重點實驗室(國際竹藤中心)，北京，100102)

竹材是以纖維為增強相、薄壁組織為基質的兩相復合材料[1]，纖維-薄壁組織復合界面性能是影響竹材宏觀力學性能和斷裂破壞模式的關鍵因素。剪切強度是表征復合材料界面強度的重要指標，有研究表明，毛竹順紋剪切強度平均為14.5 MPa，遠小于拉伸強度(134.1 MPa)、抗彎強度(134.4 MPa)[2]，對竹材后續加工利用有重要影響。竹材也是一種梯度復合材料，纖維組織比量沿竹壁徑向從外到內梯度遞減，纖維組織比量對竹材的物理力學性能有決定性作用。纖維組織比量達100%時竹材的理論拉伸強度可達461 MPa，而纖維組織比量為0時竹材理論拉伸強度僅為32 MPa[3]。竹材的順紋壓縮模量、抗壓強度、抗彎強度、拉伸強度，均與維管束分布密度呈正相關[4-15]。宋光喃[16]對不同密度等級規格竹條的拉伸剪切強度研究表明，竹材拉伸剪切強度隨竹材密度增大而增大。但是目前關于纖維對竹材順紋剪切強度影響的研究較少。

為此，本研究以4年生胸徑10～13 cm的毛竹(Phyllostachysedulis)為試材，參照相關標準，從竹壁外部、中部、內部分別制取厚度為7 mm的竹條，制備不同拉伸剪切試樣，采用萬能力學試驗機進行拉伸剪切試驗；以總纖維束面積與剪切面面積之比，計算不同剪切破壞面的斷層面積纖維比例；以斷層面積纖維比例、剪切強度為評價指標，分析斷層面積纖維比例對拉伸剪切力學行為和破壞方式的影響。……