趙婧竹 朱榮花 古新 鹿巍

摘 要：為了提升相變復(fù)合新材料的力學(xué)性能，推動(dòng)其在居住建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。研究了熱壓溫度、熱壓壓力和初始含水率對(duì)相變材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、粗糙度和密度的影響。結(jié)果表明，隨著熱壓溫度、初始含水率和熱壓壓力的增加，相變復(fù)合新材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度整體表現(xiàn)為先升后降趨勢(shì)，在熱壓溫度為190 ℃、熱壓壓力為8 MPa和初始含水率為70%時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。熱壓壓力、熱壓溫度和初始含水率提高有助于降低粗糙度和峰峰值，并提升相變復(fù)合新材料的密度，但是熱壓溫度、初始含水率和熱壓壓力也不能過(guò)高，否則會(huì)影響致密性并產(chǎn)生壓潰，力學(xué)性能反而降低。

關(guān)鍵詞：相變復(fù)合新材料；熱壓壓力；熱壓溫度；初始含水率；力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TQ342;TU502

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）11-0110-04

The application of phase changednew composite materialin residential building envelope structures

ZHAO Jingzhu，ZHU Ronghua，GU Xin，LU Wei

（School of Science and Technology，Xian Siyuan University，Xian 710038，China

）

Abstract：In order to improve the mechanical properties of phase changed new composite material，promote its application in residential building maintenance structures.The effects of hot pressing temperature，hot pressing pressureand initial watercontent on the tensile strength，flexural strength，roughness，and density of phase changed materials were studied.The results showed that with the increase of hot pressing temperature，initial watercontent，and hot pressing pressure，the overall tensile and bending strength of phase changed materials showed a trend of first increasing and then decreasing.When the hot pressing temperature was190 ℃，a hot pressing pressure was 8 MPa，and an initial watercontent was 70%，phase changed materials hadthe highest tensile and bending strength.The increase in hot pressing pressure，temperature，and initial water content helpedto reduce roughness and peak to peak values，and increased the density of phase changed materials.However，the hot pressing temperature，initial moisture content，and pressure should not be too high，otherwise it wouldaffect the density and cause crushing，and the mechanical properties would actually decrease.

Key words：phase changed new composite materials;hot pressing pressure;hot pressing temperature;initial watercontent;mechanical property

居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中需要大量的相變建筑材料，這主要是因?yàn)檩p質(zhì)、環(huán)保型相變材料除擁有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需的導(dǎo)熱、耐腐蝕性能外，還具有可降解、自粘合等特性［1-3］。尤其是隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的需求量不斷增加，給相變建筑復(fù)合新材料帶來(lái)了巨大發(fā)展機(jī)遇。如何通過(guò)加工工藝參數(shù)調(diào)節(jié)來(lái)獲得力學(xué)性能優(yōu)良的相變建筑材料，并推動(dòng)其在居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用是目前值得研究的課題［4-9］。因此，研究熱壓溫度、熱壓壓力和初始含水率對(duì)相變材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、粗糙度和密度的影響，結(jié)果將有助于新型相變建筑復(fù)合新材料的開(kāi)發(fā)并推動(dòng)其在居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

試驗(yàn)材料包括楊木剩余物木片，浸漬用工業(yè)純NaOH。

主要設(shè)備包括：ZT7-01型冷壓成型機(jī)、ZG-20T型熱壓機(jī)、JSM-6800型掃描電子顯微鏡、MTS-810型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、NCF950型激光共聚焦顯微鏡。

1.2 試樣制備

采用3 mm厚板控制成形材料厚度，主要包括木片浸漬、機(jī)械磨解、喂料、壓縮、擠出、纖維精磨、纖維預(yù)壓、熱壓整型等步驟［10］。預(yù)先在冷壓機(jī)（經(jīng)過(guò)纖維解離器攪拌成纖維漿料，抽真空后制成濕纖維坯）上制備不同初始含水率的濕纖維，然后對(duì)纖維坯進(jìn)行不同熱壓溫度和熱壓壓力的熱壓處理。其中，為了保證相變復(fù)合新材料的成形質(zhì)量，控制熱壓時(shí)間為6 min。

1.3 測(cè)試方法

采用JSM-6800型掃描電子顯微鏡對(duì)相變材料進(jìn)行形貌觀察，用Image 6.0軟件對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，并計(jì)算孔隙率［11］；根據(jù)GB/T 1040.3—2006標(biāo)準(zhǔn)，在MTS-810型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸速率為5 mm/min的室溫拉伸性能測(cè)試；根據(jù)GB/T 9341—2008標(biāo)準(zhǔn)，在MTS-810型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行速率5 mm/min的彎曲性能測(cè)試，溫度為室溫、濕度45%，結(jié)果取6組試樣平均值；采用NCF950型激光共聚焦顯微鏡對(duì)相變復(fù)合新材料進(jìn)行三維形貌測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微形貌

圖1為相變材料的顯微形貌。掃描電鏡下可見(jiàn)，相變材料中的纖維呈現(xiàn)隨機(jī)分布狀態(tài)，局部存在粘接現(xiàn)象；經(jīng)過(guò)二值化處理［12］后，可以對(duì)相變材料的孔隙率進(jìn)行測(cè)定，孔隙率為32.5%。

2.2 力學(xué)性能

圖2為不同熱壓溫度下相變復(fù)合新材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，其中熱壓壓力和初始含水率分別為6 MPa和70%。當(dāng)熱壓溫度為130 ℃時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為65.2 MPa和102.3 MPa；當(dāng)熱壓溫度從130 ℃上升至210 ℃時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后減，彎曲強(qiáng)度也表現(xiàn)為先增后減趨勢(shì)，在熱壓溫度為190 ℃時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，其值分別為75.6 MPa和127.8 MPa。繼續(xù)增加熱壓溫度至210 ℃時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)減小。這主要是因?yàn)樵谄渌に噮?shù)不變的前提下，提升熱壓溫度有助于改善相變材料中纖維之間的粘合性能，提升纖維表面熔融物的鋪展能力［13］，致密性會(huì)有所提升，相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)增大，但是當(dāng)熱壓溫度過(guò)高時(shí)，纖維自身會(huì)發(fā)生一定程度分解而造成基體材料強(qiáng)度降低［14］，因此相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)發(fā)生不同程度降低。從熱壓溫度對(duì)相變材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的影響來(lái)看，適宜的熱壓溫度為190 ℃。

圖3為不同熱壓壓力下相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，其中熱壓溫度和初始含水率分別為190 ℃和70%。當(dāng)熱壓壓力為2 MPa時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為68.0 MPa和120.2 MPa；當(dāng)熱壓壓力從2 MPa上升至10 MPa時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后略有減小或者基本不變，彎曲強(qiáng)度表現(xiàn)為先增后保持不變的趨勢(shì)，在熱壓壓力為8 MPa時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。繼續(xù)增加熱壓壓力至10 MPa時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)略有減小。這主要是因?yàn)樵谄渌に噮?shù)不變的前提下，提升熱壓壓力有助于改善相變材料中纖維之間的粘合性能，提升纖維表面熔融物的鋪展能力［15］，致密性會(huì)有所提升，相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)增大，但是當(dāng)熱壓壓力過(guò)高時(shí)，壓力的進(jìn)一步增加不會(huì)再改善致密性，相反會(huì)增加內(nèi)應(yīng)力［16］，因此相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)略有降低或基本不變。從熱壓壓力對(duì)相變材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的影響來(lái)看，適宜的熱壓壓力為8 MPa。

圖4為不同初始含水率下相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，其中熱壓溫度和熱壓壓力分別為190 ℃和8 MPa。當(dāng)初始含水率為40%時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為63.5 MPa和

110.2 MPa；當(dāng)初始含水率從40%上升至80%時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后減，彎曲強(qiáng)度也表現(xiàn)為先增后減，在初始含水率為70%時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。繼續(xù)增加初始含水率至80%時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)減小。這主要是因?yàn)樵谄渌に噮?shù)不變的前提下，提升初始含水率有助于改善纖維之間的粘合效果，相變材料的塑性，提升纖維之間的變形能力［17］，相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)增大，但是當(dāng)初始含水率過(guò)高時(shí)，初始含水率的進(jìn)一步增加反而會(huì)使得熱壓過(guò)程中產(chǎn)生壓潰［18］，因此相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會(huì)有所降低。從熱壓溫度和壓力對(duì)相變材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的影響來(lái)看，適宜的初始含水率為70%。

2.3 物理性能

表1為不同制備條件下相變材料的峰峰值、粗糙度和密度測(cè)試結(jié)果。當(dāng)熱壓條件為130 ℃/6 MPa/70%時(shí)，相變材料的粗糙度、峰峰值和密度分別為17.17、94.25 μm和0.81 g/cm3；在熱壓壓力和初始含水率不變條件下，升高熱壓溫度至190 ℃，相變材料的粗糙度和峰峰值減小，密度有所增大。當(dāng)熱壓溫度保持190 ℃不變，隨著熱壓壓力從2 MPa增加至8 MPa，相變材料的粗糙度、峰峰值先增加后減小，密度逐漸增大。當(dāng)熱壓壓力和熱壓溫度不變時(shí)，初始含水率提高會(huì)一定程度粗糙度，而峰峰值降低、密度升高。總體而言，熱壓壓力、熱壓溫度和初始含水率提高有助于降低粗糙度和峰峰值，并提升相變材料的密度，但是熱壓參數(shù)也不能過(guò)高，否則會(huì)影響致密性并產(chǎn)生壓潰［20］，力學(xué)性能反而降低。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)熱壓溫度從130 ℃上升至210 ℃時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后減，彎曲強(qiáng)度也表現(xiàn)為先增后減趨勢(shì)，在熱壓溫度為190 ℃時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，其值分別為75.6 MPa和127.8 MPa。繼續(xù)增加熱壓溫度至210 ℃時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)減小;

（2）當(dāng)熱壓壓力從2 MPa上升至10 MPa時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后略有減小或者基本不變，彎曲強(qiáng)度表現(xiàn)為先增后保持不變的趨勢(shì)，在熱壓壓力為8 MPa時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。繼續(xù)增加熱壓壓力至10 MPa時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)略有減小;

（3）當(dāng)初始含水率從40%上升至80%時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度先增后減，彎曲強(qiáng)度也表現(xiàn)為先增后減，在初始含水率為70%時(shí)，相變材料具有最大的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。繼續(xù)增加初始含水率至80%時(shí)，相變材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度反而會(huì)減小。

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收稿日期：2023-06-23；修回日期：2023-09-22

作者簡(jiǎn)介：趙婧竹（1990-），女，碩士，講師，研究方向：建筑節(jié)能等；E-mail：zhaojingzhu100@126.com。

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：2022JK0519）。

引文格式：趙婧竹，朱榮花，古 新，等.相變復(fù)合新材料在居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用［J］.粘接，2023，50（11）：110-113.