竹纏繞復(fù)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(fù)合材料科技有限公司 杭州 311253)

竹纏繞復(fù)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(fù)合管。復(fù)合管充分發(fā)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(jié)能低碳、質(zhì)量輕、綜合造價低等特點[1-3]。

竹纏繞復(fù)合管作為一種新型復(fù)合管，制作竹纏繞復(fù)合管的竹篾卷有軸向竹篾卷和環(huán)向竹篾卷2種規(guī)格，在產(chǎn)品設(shè)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(huán)向竹篾卷制作的竹纏繞復(fù)合管彎曲強度，以期為竹纏繞復(fù)合管的產(chǎn)品設(shè)計提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試件

分別用軸向竹篾卷和環(huán)向竹篾卷經(jīng)纏繞工藝制作竹纏繞復(fù)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(huán)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(dāng)管外表面朝上測試時記錄為正面，當(dāng)管內(nèi)表面朝上測試時記錄為背面。軸向和環(huán)向試件各準(zhǔn)備10個。

1.2 測試方法

參考標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)萬能力學(xué)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(nèi)，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(nèi)全部試件彎曲強度的算術(shù)平均值。

2 結(jié)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(jié)果

表2 軸向試件背面向上彎曲強度測試結(jié)果

2.2 環(huán)向試件彎曲強度

從表3和表4中可以看出：環(huán)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(dǎo)致的。

表3 環(huán)向試件正面向上彎曲強度測試結(jié)果

表4 環(huán)向試件背面向上彎曲強度測試結(jié)果

2.3 軸向試件與環(huán)向試件彎曲強度的差異

測試結(jié)果顯示，軸向試件的彎曲強度明顯大于環(huán)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(huán)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(jié)論

試驗結(jié)果表明，軸向試件和環(huán)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(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的性能要求，合理搭配2種竹篾卷的比例進行鋪層設(shè)計，以滿足產(chǎn)品的最終性能要求。