分级竹丝复合材料原理

　　竹木质复合材料的增强材料是天然材料，基体则与树脂基复合材料完全相同。提高其性能和质量的途径之一是选择性能高的竹木质原料，并采用分级方法限定其性能的范围。

　　竹材是力学性能最高的生物质材料之一，其方向分为顺纹方向、径向和弦向。其径向变异性十分显著，外侧竹材的力学性能远高于内侧竹材。需要采用分级方法，提高材料的均匀性。

　　竹秆经破条，可制成竹条。竹条沿径向采用开片方，可制成竹篾。竹篾分为A、B、C、D四级。其中A级竹材称为竹青片，D级竹材称为竹黄片。竹秆、竹条和竹篾形状不规则，均齐性差。

　　分级竹材中，竹青片的性能最佳，强度可达到300~400MPa，模量接近30GPa，达到了GFRP的水平。因此选用竹青片为原料，可获得性能更高的竹质工程材料。

　　竹青片采用拉丝方法可制成截面规则，面积小，均匀性好的竹丝。但以竹单丝为基本单元元法制成预浸料，需要采用竹丝束方法。竹丝束由一定数量的竹单丝组成；多束竹丝束浸胶、预压，可制成预压料。

　　预压料单向铺层，经热压成型，可制成单向竹丝板；多向铺层可制成层合板；两者称为分级竹丝复合材料，涉及主要的技术和研究内容有：（1）竹秆的和采集要求；（2）竹条的规格和加工要求；（3）竹青片的规格和加工要求；（4）分级竹丝束/含竹单丝的规格和加工要求；（5）树脂和固化剂的选择与配方、物理和力学性能检测、固化工艺条件确定；（6）预浸工艺和条件；（7）预压工艺和条件，预压料的规格、物理和化学性质；（8）铺层（组坯）方法；（9）热压方法和工艺条件；（10）分级竹丝复合材料性能评价；（11）分级竹丝复合材料的设计准则；（12）分组竹丝复合材料细观力学研究。

　　经过以上对分级竹丝复合材料的系统研究，可以建立从原料选择、加工、制造工艺、材料评价、材料设计与应用完成的体系，为率先进入工程材料和复合材料领域，在风轮叶片、船舶等行业应用奠定基础。