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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(qiáng)復(fù)合材料的主要承力部分，類似于建筑物的“承重墻”。因此，準(zhǔn)確獲得亞麻纖維拉伸性能數(shù)據(jù)是亞麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)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(xué)性能表現(xiàn)出較大的分散性，因此準(zhǔn)確地評價它的力學(xué)性能僅靠實驗測定得來的拉伸強(qiáng)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(xué)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(jìn)行拉伸實驗，得到其拉伸試驗數(shù)據(jù)。然后運(yùn)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(jìn)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)。——杜澤川

　　指導(dǎo)老師點評

　　性能分散性制約產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(yù)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(yīng)用還沒有完全打開，但是前景相當(dāng)廣闊?！獑蚊骶?/p>

　　行業(yè)專家觀點

　　加速亞麻復(fù)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(fù)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(qiáng)纖維材料都無法比擬的。開發(fā)和研究亞麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、加速亞麻纖維復(fù)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(xué)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(xì)胞壁的加厚程度，細(xì)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(xiàn)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(yīng)的木質(zhì)素、蠟及氮等成分的含量進(jìn)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(jī)構(gòu)按照標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)熱塑性復(fù)合材料是以亞麻纖維為增強(qiáng)體、以熱塑性聚合物為基體的一類復(fù)合材料。亞麻纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料不僅力學(xué)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(qiáng)復(fù)合材料還具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度較大、成型工藝性能好、材料性能可以設(shè)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(fù)合材料能滿足不同的性能需求，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、土工、交通運(yùn)輸?shù)雀鞣矫妗Ｒ詠喡椴紴樵鰪?qiáng)材料，用接觸成型法生產(chǎn)的復(fù)合材料可以用來做洗盆、洗浴設(shè)施、游船等；以亞麻無捻紗、氈為增強(qiáng)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(qiáng)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(xué)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(chǔ)的,它的基本內(nèi)容是:同一纖維各處的強(qiáng)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(qiáng)度。實驗證明,脆性材料的強(qiáng)度大都服從概率函數(shù)Weibull分布,材料的壽命與材料的強(qiáng)度之間有著密切關(guān)系。在把Weibull分布用于纖維強(qiáng)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(xué)紡織學(xué)院材料室提供；本試驗使用的儀器為YG001A型電子單纖維強(qiáng)力機(jī)（溫州際高檢測有限公司提供），可測試試樣斷裂強(qiáng)力及伸長，利用微機(jī)記錄其斷裂強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)置拉伸速度為2mm/min。將硬紙板從中部剪開，使亞麻纖維承擔(dān)拉伸負(fù)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(jìn)而計算纖維拉伸斷裂強(qiáng)度和模量。