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 拉伸數(shù)據(jù)中尋找分布規(guī)律 

　　亞麻纖維是增強復合材料的主要承力部分，類似于建筑物的“承重墻”。因此，準確獲得亞麻纖維拉伸性能數(shù)據(jù)是亞麻纖維增強復合材料力學性能研究的重要內(nèi)容。但是亞麻纖維由于受諸多因素影響，其力學性能表現(xiàn)出較大的分散性，因此準確地評價它的力學性能僅靠實驗測定得來的拉伸強度和拉伸模量的平均值是不夠的，還需要分析其分布規(guī)律。本課題通過研究亞麻纖維的拉伸實驗數(shù)據(jù)找出亞麻纖維的力學性能分布規(guī)律，從而為亞麻纖維的使用提供依據(jù)。首先對大量的單根亞麻纖維進行拉伸實驗，得到其拉伸試驗數(shù)據(jù)。然后運用Weibull分布、Gauss分布以及格里菲斯理論對這些實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出其中的分布規(guī)律，從而找到拉伸性能具有大分散性的亞麻纖維的拉伸性能數(shù)據(jù)?！艥纱?/p>

　　指導老師點評

　　性能分散性制約產(chǎn)業(yè)應用

　　亞麻纖維的性能受到諸如亞麻收獲時期、溫度變化、土壤質(zhì)量、氣候、地理位置以及預處理等諸多因素的影響，因此亞麻纖維的性能呈現(xiàn)很大的分散性。目前亞麻纖維在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的應用還沒有完全打開，但是前景相當廣闊。——單明景

　　行業(yè)專家觀點

　　加速亞麻復合材料民用化

　　目前在國內(nèi)，亞麻纖維多用于服裝行業(yè)，產(chǎn)業(yè)用行業(yè)涉及不多，主要是零星分散用于車用內(nèi)飾等復合材料方面。究其原因，主要是因為種植亞麻的成本相對其他化纖產(chǎn)品較高，且時間較長，所以亞麻非織造產(chǎn)品的發(fā)展受到限制。但是亞麻產(chǎn)品具有生物可降解性和可再生性，對環(huán)境污染小，這一點是其他任何增強纖維材料都無法比擬的。開發(fā)和研究亞麻纖維增強復合材料、加速亞麻纖維復合材料民用化已經(jīng)成為熱門話題?！迹ê|青新材料有限公司高級顧問）

　　國外資料考證

　　亞麻纖維成熟度研究甚少

　　目前，世界對棉纖維成熟度的研究較多而且全面，包括纖維的成熟度對物理、化學性能及紡紗等性能影響的研究，但對亞麻纖維成熟度的研究只見到國外少量報道。亞麻纖維的成熟度是指纖維細胞壁的加厚程度，細胞壁愈厚，成熟度愈好，正常成熟的亞麻纖維截面粗，光澤好，顏色呈淺棕色。國外文獻僅報道了亞麻纖維在3個不同成長階段針對成熟度及與之相對應的木質(zhì)素、蠟及氮等成分的含量進行的實驗，沒有做更深一步的分析和探討。而國內(nèi)目前還沒有見到這方面的研究報道。近兩年由于氣候因素，亞麻纖維的生長性能較差，給產(chǎn)品的正常出口帶來了不良影響，例如企業(yè)在生產(chǎn)棉麻混紡產(chǎn)品時實際投入亞麻纖維的比例與成品所檢測出的混紡比例不同，經(jīng)正規(guī)檢測機構(gòu)按照標準方法測得的亞麻混紡比要比實際投入的麻纖維少3～8個百分點，因此企業(yè)在產(chǎn)品出口時就會面臨巨額索賠問題?！緢缶庉嫴?/p>

　　亞麻纖維增強熱塑性復合材料是以亞麻纖維為增強體、以熱塑性聚合物為基體的一類復合材料。亞麻纖維增強熱塑性復合材料不僅力學性能優(yōu)良、成本低廉，而且亞麻纖維可再生、可生物降解、對環(huán)境中性，熱塑性基體在材料廢棄后可以回收利用。同時，亞麻纖維增強復合材料還具有密度小、比剛度和比強度較大、成型工藝性能好、材料性能可以設計、抗疲勞性能好、減振性能好、熱穩(wěn)定性好等特點，在近10余年獲得了較快發(fā)展。

　　不同工藝生產(chǎn)的亞麻纖維復合材料能滿足不同的性能需求，廣泛應用于汽車、建筑、土工、交通運輸?shù)雀鞣矫妗Ｒ詠喡椴紴樵鰪姴牧?，用接觸成型法生產(chǎn)的復合材料可以用來做洗盆、洗浴設施、游船等；以亞麻無捻紗、氈為增強材料，用纏繞技術(shù)加工而成的管件產(chǎn)品多用于各種傳輸管道及工業(yè)管道；以亞麻條子、紗、非織造氈等為增強材料，用壓擠法生產(chǎn)出來的各種不同截面形狀的加工件，常用來做房屋建筑上的結(jié)構(gòu)板、椅子、簡易儲物架、托盤等。

　　實驗操作得出關(guān)鍵數(shù)據(jù)

　　Weibull從弱環(huán)理論的串聯(lián)模型出發(fā),得到了一個廣泛適用的數(shù)學概率模型,即Weibull分布模型。Weibull分布是以脆性材料弱環(huán)定理為基礎的,它的基本內(nèi)容是:同一纖維各處的強度并不相同，測試時總是在最薄弱的截面處被拉斷并表現(xiàn)為斷裂強度。實驗證明,脆性材料的強度大都服從概率函數(shù)Weibull分布,材料的壽命與材料的強度之間有著密切關(guān)系。在把Weibull分布用于纖維強度概率分布研究方面,起始于高性能纖維的興起。

　　原料與儀器

　　本實驗使用的亞麻纖維由天津工業(yè)大學紡織學院材料室提供；本試驗使用的儀器為YG001A型電子單纖維強力機（溫州際高檢測有限公司提供），可測試試樣斷裂強力及伸長，利用微機記錄其斷裂強力及斷裂伸長率。

　　拉伸試樣制備及實驗

　　亞麻纖維放置在溫度為20±2℃、相對濕度為65±3%的標準大氣條件下調(diào)濕24小時。使用長方形硬紙板固定亞麻纖維試樣，硬紙板上開有長方形孔，孔長20mm。用膠帶將亞麻纖維暫時固定在硬紙板上，使亞麻纖維與硬紙板軸線平行，然后在亞麻纖維與硬紙板邊緣的交會處涂以雙組分環(huán)氧樹脂粘合劑，制備的亞麻纖維拉伸試樣如上圖所示。將試樣放在二級標準大氣條件下調(diào)濕24小時后測試。將硬紙板夾在夾持器上，使亞麻纖維置于夾持器的中央，根據(jù)ASTMD3379-75和ASTMD3822-01，設置拉伸速度為2mm/min。將硬紙板從中部剪開，使亞麻纖維承擔拉伸負荷。亞麻纖維拉斷后，將纖維沿硬紙板邊緣剪下稱重，根據(jù)亞麻纖維密度計算纖維橫截面積，進而計算纖維拉伸斷裂強度和模量。