摘要
竹资源作为我国优势资源，具有年产率高，储量大等优点，同时竹资源是一种绿色可回收资源，但目前竹资源利用率较低，因此制备一种竹纤维功能性材料对于解决这一问题具有重要意义。本研究以竹纤维（BF）作为增强体材料，乙烯基酯树脂（VE）作为基体材料，中空玻璃微珠作为填充材料，采用热压成型工艺制备轻质隔热复合材料。对多种竹纤维的尺寸分布、表面形态、化学组分以及单根纤维拉伸强度进行表征；对乙烯基酯树脂粘度变化、固化曲线进行表征，根据表征数据确定热压工艺参数的范围。其次采用响应曲面法，选择竹纤维长径比、竹纤维质量分数与热压温度作为因素值，复合材料力学强度作为响应值，建立二次多元回归方程模型进行预测，得到优化工艺参数，并进行实验验证。在此基础之上根据优化后工艺参数制备中空玻璃微珠填充竹纤维/乙烯基酯树脂复合材料，考察密度与孔隙率、热分解性能以及隔热性能，并建立导热模型对复合材料导热系数进行预测，分析复合材料轻质隔热作用机理，研究结果对于提高竹资源利用率，制备绿色环保、高强度轻质隔热功能性材料具有重要意义。主要研究内容与结果如下： （1）针对不同疏松开碾工艺制备的竹纤维与乙烯基酯树脂进行性能表征，研究结果表明：三种竹纤维的长度范围分别在15~50 cm、6~33 cm以及1.5~6.0 cm之间，直径范围分别在140~420 μm、100~400 μm以及30~350 μm之间；长径比分别为1 210、725以及240；三种竹纤维的平均粗糙度Ra分别为：0.310μm、0.403μm以及0.606μm；将三种竹纤维分别浸润在 VE树脂溶液中，采用前固化温度为 90℃，后固化温度为 140℃的工艺将其固化，其单根竹纤维的拉伸强度分别为 602.29 MPa、574.27 MPa、511.30 MPa，竹纤维与VE树脂具有良好的界面结合。 （2）通过响应曲面法对 BF/VE 复合材料制备工艺进行优化研究。将竹纤维长径比、热压温度以及竹纤维质量分数作为自变量因素，拉伸强度、弯曲强度以及抗冲击强度作为响应值，通过建立二次多元回归方程模型，将三个因素与三个响应值联合求解，得到预测的最优方案为：竹纤维长径比1 210、热压温度84.32℃、竹纤维质量分数48.81%。应用该方案进行实验验证得到结果为：拉伸强度50.04 MPa、弯曲强度28.19 MPa、抗冲击强度158.32 J/m，误差在5%以内。 （3）在第三章优化工艺基础上，通过填充不同体积分数的中空玻璃微珠，制备轻质隔热复合材料，并研究其作用机理。研究表明随着玻璃微珠体积分数不断增加，复合材料密度与导热系数也不断降低。与未填充玻璃微珠的复合材料相比，玻璃微珠填充量为50 vol%时，其密度降低了43.03%，导热系数为0.02498 W/(m·K)，满足我国对高效保温材料的要求。
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