IJPS 国际高分子科学杂志》上 1687 - 9430 1687 - 9422 Hindawi 10.1155 / 2021/2478525 2478525 研究文章 四种老化方法对竹Scrimber的机械性能 王 支 元 Shaofei https://orcid.org/0000 - 0002 - 0352 - 8789 张 江ydF4y2Ba 李 秦 李 Jingpeng 浙江省重点实验室的竹子研究 浙江林业科学院 杭州 浙江310023年 中国 zjforestry.ac.cn 2021年 23 8 2021年 2021年 6 5 2021年 7 7 2021年 31日 7 2021年 23 8 2021年 2021年 版权©2021支王等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在这项研究中,six-cycle加速老化方法(方法),6 h boiling-freezing-drying方法(方法二),湿循环方法(方法3),和boiling-testing方法(IV)方法,加速老化测试方法,被用来研究竹scrimber的抗老化性能。钉飞机的力量,变化,和未经处理的端面/竹子scrimber分析系统,包括其他力学性能的变化,如水平剪切强度、模量的破裂(铁道部)和弹性模量(MOE)沿着光滑的粮食,等。结果表明,所有的机械性能下降与四个加速老化测试方法:治疗后钉权力在飞机上下降了4% ~ 42%,8% ~ 40%,在端面和5% ~ 66%。水平抗剪强度下降了3.1% ~ 16.7%,铁道部下降了15% ~ 27.2%,教育部下降了2.6% ~ 12.8%。三方的钉力量和铁道部治疗后受影响最严重的属性。钉钉的权力和铁道部可以选择作为重要指标来评估竹scrimber耐。四种加速老化试验方法,影响的程度钉权力在这个序列:第三法我> > 4 >方法二世。然而,经过综合考虑,对力学性能影响的程度是在这个序列:第四法我> > 3 >方法二世。

 特殊项目的浙江省的科学研究机构 2015年f50051 中央财政林业科技推广示范项目 (2020)TS 09年 1。介绍

竹scrimber是中国首个自主研发的产品具有自主知识产权作为主要工业化竹产品( 1, 2]。它的原材料是竹子,一个丰富的资源与生长周期短,利用率高以及良好的机械性能,可以满足室外建筑材料的需求( 3, 4]。这些户外建筑材料包括户外地板,梁,柱,室内/室外墙面板,和屋顶板( 1, 5]。竹子是一种罕见的生物质材料为绿色建筑。

与天然木材和传统木制板相比,竹scrimber有更好的硬度和强度,包括水和耐候性;然而,很容易衰减以及霉菌和蛾攻击与光线的变化,温度和湿度,从而导致低性能的竹子scrimber [ 3, 6]。据不完全统计,竹子的损失数量由于腐烂,发霉,蛾吃大约占世界上10%的竹子每年输出( 7- - - - - - 9]。然而,最大的限制因素发展竹scrimber用于建筑和室外的基础设施是其低耐。耐气候性是物质的能力抵抗外部自然条件,如干燥、潮湿、寒冷和温暖的天气;霜;雨;和雪,以及在使用紫外线辐射。它也被称为抗老化性能。影响竹scrimber耐久性的主要因素如下:首先是材料的化学成分和纤维形态;其次是胶的水和热电阻用于生产竹scrimber;第三是外部环境条件,如温度和湿度(使用时 9, 10]。目前还没有专门的耐久性试验方法评价国内外竹scrimber使用一些常用的加速老化测试方法。一些研究人员以前人工加速老化的三种方法(ASTM D1037、BS EN1087-1和欧洲使用V313)研究户外竹scrimber[的抗老化性能 11, 12]。ASTM D1037加速老化的方法是最好的方法就是能模拟自然环境的严酷,但它是最长和最耗时的方法将超过一个星期。

在本文中,我们使用四个加速老化测试方法:six-cycle加速老化方法,6 h boiling-freezing-drying方法,湿循环方法,和boiling-testing方法,通常用来研究竹scrimber的抗老化性能。钉架飞机的力量的变化,侧面和端面的竹子scrimber系统进行分析。机械性能的变化,如水平剪切强度,铁道部,和教育部谷物,也进行了分析。本研究结果可以提供一个参考使用竹scrimber户外产品开发、质量评价和标准的制定。

 2。材料和方法 2.1。材料

试样的竹子scrimber碳化竹和酚醛树脂组成的,从企业购买。竹scrimber标本的大小和密度 2100年 毫米 × 150年 毫米 × 15 毫米 和1.1克/厘米3,分别。

 2.2。主要设备

主要设备包括精密镶板锯(MJ6116),木制面板的万能试验机(MWD-W50),一个温控水浴(GKC218),一个可编程的温度和湿度室(jw - 500 t - 20), draught-drying内阁(dhg - 9203 a),数字卡尺有150毫米范围(山品牌)、螺旋测微计有25毫米范围(山品牌),和一个冰箱(海尔品牌bcd - 196 t扁斧)。

 2.3。标本制备

nail-holding-power标本的大小 75年 毫米 × 50 毫米 × 15 毫米 ( 长度 × 宽度 × 厚度 ),6个标本用于每组。另外,水平剪切强度试样的大小 110年 毫米 × 50 毫米 × 15 毫米 ( 长度 × 宽度 × 厚度 ),12个标本用于每组。此外,铁道部的大小和教育部顺纹标本 75年 毫米 × 50 毫米 × 15 毫米 ( 长度 × 宽度 × 厚度 ),同样的,12个标本用于每组。

 2.4。加速老化试验方法

摘要竹子scrimber标本被四个加速老化测试方法根据他们的使用和环境:方法我six-cycle加速老化方法的美国标准,ASTM D1037-12 [ 13];方法二世6 h boiling-freezing-drying方法的中国标准,詹/ T 156 - 2004 ( 14];方法三湿循环方法的英文标准,BS EN 321 2002 15];国际标准和方法第四boiling-testing方法,ISO 16998 - 2003 16]。

2.4.1。方法:Six-Cycle加速老化的方法

这种老化方法进行治疗之前,标本是平衡的环境 20. ± 2 ° C 的相对湿度 65年 ± 5 % 。标本是治疗6个周期,每个周期的具体步骤如下:首先,标本浸泡在热水 49 ± 2 ° C 1 h。第二,标本与蒸汽喷射 93年 ± 3 ° C 3 h。第三,标本被冻结了 − 12 ± 3 ° C 20 h,然后晒干 99年 ± 2 ° C 3 h draught-drying内阁。标本被喷洒蒸汽 93年 ± 3 ° C 3 h,最后干 99年 ± 2 ° C 18 h。

six-cycle加速老化处理后,样本被放置在一个环境 20. ± 2 ° C 和相对湿度 65年 ± 5 % 至少48小时( 13]。需要48 h /周期和288 h为6周期治疗。六组的竹子钉能力和水平抗剪强度是用于铁道部和MOE测试。然而,36个标本用于钉功率测试,和72年的标本被用于进一步的测试。

 2.4.2。方法二:6 h Boiling-Freezing-Drying方法

接下来的具体步骤如下:首先,标本在沸水煮6 h,之后被抹去了表面的水分,然后冻结在标本 − 18 ± 3 ° C 24 h,最后,他们干 103年 ± 3 ° C 6 h和允许在室温下冷却 14]。这需要至少36小时的治疗。只有一群竹scrimber用于钉能力,水平剪切强度,铁道部,MOE测试。6个标本用于钉功率测试,和12个标本被用于进一步的测试。

 2.4.3。方法三:湿循环方法

这种老化方法治疗前,标本是平衡的环境 20. ± 2 ° C 和相对湿度 65年 ± 5 % 。标本被治疗在三个周期使用以下具体步骤在每个循环:首先,标本浸泡在水中 20. ± 2 ° C 72 h,之后被抹去了表面水分。第二,冻结在标本 − 18 ± 3 ° C 24 h和立即干 70年 ± 2 ° C 72 h,然后冷却 20. ± 2 ° C 4 h。最后,冷却标本平衡的环境 20. ± 2 ° C 和相对湿度 65年 ± 5 % 。每周期需要172 h和516 h为3周期治疗。值得注意的是,180°标本了垂直下一个周期治疗前( 15]。同时,三组中使用了钉能力,水平剪切强度,铁道部,MOE测试。然而,18标本用于钉功率测试,和36标本被用于进一步的测试。

 2.4.4。方法四:Boiling-Testing方法

这种老化方法治疗前,标本是平衡的环境 20. ± 2 ° C 和相对湿度 65年 ± 5 % 。以下具体步骤是:首先,样本被放置在水中 20. ± 2 ° C ,在90分钟加热到100°C,在沸水中煮2 h。接下来,标本浸泡在水中 20. ± 2 ° C 60分钟,之后被抹去了表面水分。最后,标本是干 70年 ± 2 ° C 16 h,然后冷却到室温( 16]。它将需要至少20.5 h在这个治疗。只有一组标本用于钉力量和水平抗剪强度测试,包括铁道部和MOE测试。此外,6个标本用于钉功率测试,和12个标本被用于进一步的测试。

 3所示。机械性能测试

老化的方法处理后,试样的力学性能进行了测试。钉钉的飞机,一边和端面的竹子scrimber(显示在图 1)测试根据中国标准、GB / t17657 - 2013 ( 17]。水平抗剪强度、铁道部和教育部的竹子scrimber也测试国家标准后,GB / T 21128 - 2007 ( 18]。每次循环后,拍摄了一组标本测试标本的力学性能在一个多周期的加速老化的方法治疗。未经处理的竹scrimber标本对照组。

图显示了钉功率测试的标本。

 4所示。结果与讨论 4.1。结果Six-Cycle加速老化的方法

所有的标本都平衡测试(前48小时 t = 20. ± 2 ° C , R H = 65年 ± 5 % )。平均每一个数据表中展示的标本。

图 2显示了标本处理使用six-cycle加速老化的方法。如图所示,标本的表面第一和第二周期后保持不变。然而,可见裂缝观察在第三周期。标本的裂缝越来越严重的循环累积。另外,如图 3期间,一些标本缺乏强度螺钉插入后治疗。然而,紧随其后的是干燥 99年 ± 2 ° C 18 h,标本显示肿胀时在很大程度上直接受到高温和高湿度状态,导致裂缝的形成。同时,温度和湿度的变化引起的膨胀系数的变化的标本,它影响的物理和机械性能测试标本。

标本处理使用six-cycle加速老化的方法。

为钉力测试时损坏标本。

表 1显示的结果six-cycle加速老化处理后的机械性能。如表所示 1,钉钉的竹子scrimber最高的三面是平面上的脸,其次是在侧面和端面上。同时,竹scrimber减少治疗的机械性能不同程度six-cycle后加速老化治疗。因此,本研究的结果表明,钉权力下降更多(它在飞机上下降了41.8%,39.3%,和65.7%端面),水平剪切强度时,铁道部,教育部下降了19.1%,24.1%,和10.3%,分别是保留在75%以上。

结果竹scrimber six-cycle后机械性能的加速老化治疗( 的意思是 ± 标准 偏差 )。

周期 钉钉的权力(N) 水平抗剪强度(MPa) 铁道部(MPa) MOE (MPa)
飞机 一边 顶面
未经处理的 3339年 ± 166年 2756年 ± 140年 1945年 ± One hundred. 16.2 ± 0.15 120年 ± 1.3 11032年 ± 90年
第一个周期 3032年 ± 130年 2143年 ± 125年 1263年 ± 60 16.0 ± 0.2 112年 ± 1 10975年 ± 53
第二个周期 2974年 ± 148年 2010年 ± 90年 972年 ± 45 14.3 ± 0.11 99年 ± 0.85 10735年 ± 112年
第三个循环 2623年 ± 112年 1884年 ± 110年 857年 ± 55 14.0 ± 0.14 96年 ± 1.1 10649年 ± 55
第四个循环 2314年 ± 86年 1802年 ± 80年 876年 ± 40 13.6 ± 0.16 97年 ± 0.8 10100年 ± 74年
第五周期 2184年 ± 109年 1769年 ± 120年 742年 ± 35 13.5 ± 0.1 93年 ± 1.2 10060年 ± 80年
第六圈 1943年 ± 92年 1672年 ± 70年 667年 ± 50 13.1 ± 0.13 91年 ± 0.78 9897年 ± 46

如图 4竹scrimber对待,力学性能下降与治疗周期加速下降主要是在第一和第二周期。老化循环累积,力学性能下降的程度逐渐慢了下来,然而,教育部第四周期大幅下降。

力学性能结果后的竹scrimber six-cycle加速老化治疗。

 4.2。6 h Boiling-Freezing-Drying方法的结果

表 2显示了竹子的力学性能结果6 h boiling-freezing-drying scrimber治疗的方法。如图所示,钉能力水平的三面处理竹scrimber如下:在飞机上3202 N, 2525 N, 1847 N。水平抗剪强度为16.2 MPa。铁道部和MOE 102 MPa和10747 MPa,分别。

结果竹scrimber 6 h boiling-freezing-drying治疗后的机械性能( 的意思是 ± 标准 偏差 )。

标本 钉钉的权力(N) 水平抗剪强度(MPa) 铁道部(MPa) MOE (MPa)
飞机 一边 顶面
未经处理的 3339年 ± 83年 2756年 ± 70年 1945年 ± 49 16.2 ± 0.05 120年 ± 1.3 11032年 ± 28
治疗 3202年 ± 80年 2525年 ± 61年 1847年 ± 43 15.7 ± 0.05 102年 ± 0.9 10747年 ± 24

机械性能是除了铁道部保留95%以上,下降了15%。钉力水平也在飞机上下降了4.1%,8.4%,和5%的端面。此外,水平剪切强度和MOE下降了3.1%和2.6%,分别。所以,竹scrimber的力学性能是由6 h boiling-freezing-drying方法仅略有影响。

在这种方法中,竹scrimber标本在沸水煮6 h,然后冻结 − 18 ± 3 ° C 24 h,最后干 103年 ± 3 ° C 6 h。沸腾的时间并不长,寒冷,干燥,和没有明显损伤结构的竹scrimber,所以竹scrimber治疗的力学性能降低。

 4.3。结果湿循环方法

表 3显示了竹子的力学性能结果scrimber治疗湿循环方法。如图所示,钉能力水平的三面竹scrimber治疗(治疗3个周期)如下:在飞机上2989 N的脸,侧面2280 N和996 N的端面。水平抗剪强度为14.4 MPa。铁道部和MOE 99 MPa和10275 MPa,分别。

结果竹scrimber湿循环处理后的机械性能( 的意思是 ± 标准 偏差 )。

周期 钉钉的权力(N) 水平抗剪强度(MPa) 铁道部(MPa) MOE (MPa)
飞机 一边 顶面
未经处理的 3339年 ± 180年 2756年 ± 160年 1945年 ± 103年 16.2 ± 0.3 120年 ± 2 11032年 ± 80年
第一个周期 3142年 ± 150年 2703年 ± 115年 1727年 ± 66年 16.1 ± 0.2 110年 ± 1.3 10868年 ± 51
第二个周期 3035年 ± 120年 2576年 ± 130年 1347年 ± 80年 15.5 ± 0.13 104年 ± 1.6 10762年 ± 66年
第三个循环 2989年 ± 140年 2280年 ± 105年 996年 ± 50 14.4 ± 0.16 99年 ± 1 10275年 ± 40

飞机上的钉能力水平下降了10.5%,17.3%,和48.8%的端面。同样,水平剪切强度、铁道部和教育部下降了11.1%,17.5%,和6.9%,分别。竹scrimber治疗的机械性能也下降了10%以上,除了铁道部,下降了6.9%。因此,竹scrimber的力学性能有显著影响湿循环方法,这是最明显的钉钉的端面,在铁道部第二,在教育部和第三。

在这种方法中,竹scrimber标本浸泡在水中 20. ± 2 ° C 72 h,然后冻结 − 18 ± 3 ° C 24 h,最后干 70年 ± 2 ° C 72 h。竹子的浸泡时间为72 h scrimber标本与水饱和,然后冷冻和干。干燥时间是72 h,和温度 70年 ± 2 ° C 。在这种情况下,竹子scrimber标本的结构很容易被损坏,所以三个周期后,对竹子的机械性能scrimber减少更多。

如图 5在力学性能增加,减少治疗周期加快。除了铁道部,其他力学性能下降最多的第三个周期。

力学性能结果后的竹scrimber湿循环治疗。

所有的标本都平衡测试(前48小时 t = 20. ± 2 ° C , R H = 65年 ± 5 % )。每一个表中的数据是样本的平均值。

 4.4。结果Boiling-Testing方法

表 4显示了竹子的力学性能结果scrimber boiling-testing治疗的方法。如图所示,钉能力水平的三面处理竹scrimber如下:在飞机上3008 N的脸,侧面2399 N和1402 N的端面。水平抗剪强度为14.4 MPa。铁道部和MOE 87 MPa和9617 MPa,分别。

结果竹scrimber boiling-testing治疗后的力学性能 的意思是 ± 标准 偏差 )。

标本 钉钉的权力(N) 水平抗剪强度(MPa) 铁道部(MPa) MOE (MPa)
飞机 一边 顶面
未经处理的 3339年 ± 168年 2756年 ± 130年 1945年 ± One hundred. 16.2 ± 0.2 120年 ± 2 11032年 ± 150年
治疗 3008年 ± 145年 2399年 ± 125年 1402年 ± 70年 14.4 ± 0.2 87年 ± 1.6 9617年 ± 110年

飞机上的钉能力水平下降了9.9%,13%,和27.9%的端面。同样,水平剪切强度、铁道部和教育部也下降了11.1%,27.2%,和12.8%,分别。所有的机械性能下降了超过9%。所以,竹scrimber的力学性能是影响boiling-testing方法。

在这种方法中,竹scrimber标本在沸水中煮2 h,然后浸泡在水中 20. ± 2 ° C 60分钟,最后干 70年 ± 2 ° C 16 h。这加速老化试验方法花费的时间最少,只需要4 h,和沸腾干燥时间并不长,所以没有明显的结构损伤竹scrimber;因此,对待竹scrimber的力学性能降低。

 4.5。比较四个加速老化测试方法

图 6显示了竹子的机械性能scrimber标本被四个加速老化测试方法。所有的机械性能下降与四个加速老化测试方法治疗后,尤其是方法。结果,我们知道方法我(six-cycle加速老化方法)摧毁了竹scrimber标本大部分本文虽然方法二(6 h boiling-freezing-drying方法)摧毁了。

力学性能结果后的竹scrimber四加速老化测试的治疗方法。

表 5和图 7力学性能的降低治疗上述四种加速老化测试方法。如图所示的四个各自加速老化测试方法,在钉在飞机上功率下降了4% ~ 42%,8% ~ 40%,在端面和5% ~ 66%。同时,水平剪切强度下降了3.1% ~ 16.7%,铁道部下降了15% ~ 27.2%,教育部下降了2.6% ~ 12.8%。

竹子的减少scrimber四加速老化测试处理后力学性能的方法。

力学性能退化 我(%) 二世(%) 三世(%) 4 (%)
钉钉的权力
飞机 41.8 4.1 10.5 9.9
一边 39.3 8.4 17.3 13.0
顶面 65.7 5.0 48.8 27.9
铁道部 24.2 15.0 17.5 27.2
MOE 8.4 2。6 6.9 12.8
水平抗剪强度 16.7 3所示。1 11.1 11.1

力学性能的降低后的竹scrimber四加速老化测试的治疗方法。

力学性能结果boiling-testing竹scrimber治疗的方法是类似的six-cycle加速老化方法;然而,整个测试时间为20.5 h沸腾中使用的测试方法是远低于288 h用于six-cycle加速老化的方法。此外,虽然不同的方法有不同的对机械性能的影响,他们对钉功率相对较大的影响。四种加速老化试验方法,影响的程度钉权力在这个序列:第三法我> > 4 >方法二世。然而,经过综合考虑,对力学性能影响的程度是在这个序列:第四法我> > 3 >方法二世。

 5。结论

钉钉的飞机,一边和端面和水平抗剪强度,铁道部,MOE竹scrimber测试使用四个加速老化测试方法(方法:six-cycle加速老化方法;方法二:6 h boiling-freezing-drying;方法三:湿循环;方法四:boiling-testing方法)。结果表明,所有与这四个治疗后力学性能下降加速老化测试方法:钉能力水平下降了4% ~ 42%在飞机上,在8% ~ 40%,5% ~ 66%的端面。水平抗剪强度下降了3.1% ~ 16.7%,铁道部下降了15% ~ 27.2%,教育部下降了2.6% ~ 12.8%。三方的钉力量和铁道部治疗后受影响最严重的属性。钉钉的权力和铁道部可以选择作为重要指标来评估竹scrimber的耐候性。四种加速老化试验方法,影响的程度钉权力在这个序列:第三法我> > 4 >方法二世。然而,经过综合考虑,对力学性能影响的程度是在这个序列:第四法我> > 3 >方法二世。

 数据可用性

数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

作者感激地感谢金融支持从中央财政林业科技推广示范项目(批准号(2020)TS 09年)和特殊项目的科研院所浙江省(批准号2015 f50051)。

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