FRP與木材的界面粘結性能研究現狀 zund G3 2XL-1600-車貼台中雷射切割雕刻代工－黃玉仲焦點新聞熱搜

    纖維增強材料FRP因其輕質、高強、耐腐蝕、施工方便快捷、修復加固效果好等優異性能,近年來在土木工程領域取得了突飛猛進的發展。二十世紀九十年代初，歐、美、日等就開始了FRP加固與增強木結構的研究,目前，FRP主要用于加固木構件和節點，提高木結構的承載力、剛度和抗震性能。近些年來，國內也開始了這方面的研究^[1~7]。國內外的試驗研究和工程實踐結果表明，FRP加固木結構技術中關鍵的基礎理論問題之一是FRP與木結構的粘結性能是否能保證兩者共同工作，充分發揮纖維材料良好的力學性能。為此，國外在關于纖維布加固木結構的研究中，界面粘結強度的研究一直是一個大家關注的重要內容之一。但是到目前為止，國內對這方面的研究、試驗涉足甚少。
    為更好了解FRP與木材的界面粘結性能,指導今后的研究工作,本文對國內外大量相關資料文獻進行了綜述，并對其發展趨勢進行了展望。
1 界面粘結性能影響因素的研究
1.1 含水率對粘結性能的影響
    木材的含水率對木材的物理力學性能和粘結樹脂都會有影響，從而也影響著FRP-木材的界面粘結性能。
    木材吸附水存在于細胞壁中的微纖絲之間，起著潤滑作用，允許微纖絲之間有一定的滑移或相對位移。若水分散失了，微纖絲之間緊密靠攏，吸引力增大，對滑動位移有很強的摩擦阻力。所以當含水率低于纖維飽和點時,木材強度隨著水的增加而降低,當含水率在纖維飽和點時,強度達低值,當含水率高于纖維飽和點時,自由水含量增加，其強度值不再減少，基本保持恒定。
    國內外的研究成果^[8~10]表明，在其他條件相同的情況下，干燥的試件比潮濕的試件的界面粘結性能更為優越。
    例如，Barbero，E等^[8]研究了FRP布與木構件的界面粘結性能，研究結果表明，用結構膠粘貼FRP布可保證界面剪力的有效傳遞，但潮濕對界面粘結強度有明顯不利影響。潮濕試件界面剪應力僅為干燥對比試件的43%。其研究結果還表明，因含水率因素的影響，FRP-木材層間膨脹失配產生的應變可通過有限元模型預測得到。其有限元模型(如圖1)中，木試件與纖維布都采用8節點，3-D solid brick單元，模型中，粘結劑受含水率的影響并不予考慮在內。有限元方法預測的干濕強度比值與試驗得出來的比值十分接近。試驗所得的濕FRP-木試件的粘結剪切強度約為干試件的53%。還確定了木材的濕膨脹系數，建立了含水率變化與木材徑向和弦向應變的關系式，表達如下：

1.2 表面處理對粘結性能的影響 [-page-]
    在木結構表面粘貼FRP之前，應先對木材表面和FRP表面進行預處理。表面處理是整個加固過程中重要的工序之一。由于粘結主要是借助于粘結劑對木材表面和FRP表面的粘附作用，因此材料的表面處理可能成為決定界面粘結強度和粘結耐久性的主要因素。
    各文獻中對木材表面影響因素研究的工況分為兩種，一是使用耦合劑與否，另外就是表面的粗糙情況。
    Davalos等^[11]研究了兩種FRP-木(樹種為美國紅楓，落葉大喬木)的表面：酚類復合木(phenolic-wood)和環氧類復合木。兩種商業木膠被用于木與FRP的粘結：resocinol formaldehyde(簡稱RF，間苯二酚甲醛)和phenol-modified resocinol formaldehyde(簡稱PRF)，兩種截然不同的耦合劑，HMR(甲基間苯二酚)和RF用于處理木材表面。研究結果表明，HMR的應用有效降低了表層粘結使用RF的酚類FRP-木復合材料的分層率。在干濕循環環境中，HMR的應用也能顯著提高粘結強度。
    VicK等^[12~14]對三種類型的粘結劑和五種樹種間的粘結性能進行了試驗研究，研究結果顯示，HMR的應用能夠提高粘結強度，在干濕循環環境中顯示出優越的性能。
    Jed S. Lyons等^[9]對用鉻砷酸化銅(chromated copper arsenate(CCA))處理過的黃松(yellow pine)進行了測試，研究結果也表明，HMR可全面提高粘接強度。同時Jed S. Lyons等^[9]也對表面粗糙情況進行了對比研究。用100-grit(粒度，硬度：用作磨料的砂或石的精細度)的砂紙對木材表面進行打磨，結果發現，表面打磨粗糙和光滑對FRP-木間粘結強度的影響并不大。
1.3 防腐劑處理對粘結性能的影響
    煤焦油、防腐油等油質防腐劑對木材幾乎是惰性的，注入木材后不發生化學反應，故不影響木材強度。現用的水溶性防腐劑，按規定的濃度處理木材，對木材抗壓強度、硬度等稍有增強，對沖擊強度則稍有減弱。
    木材防腐劑本身雖然對木材強度沒有顯著影響，但將防腐劑注入木材時，如果溫度、壓力等條件不當，可能造成木材強度大大降低，特別是用加壓浸注法時，若采用長時間的高溫高壓處理，則木材強度將會受到很大削弱，
    研究已表明，防腐劑處理對材料縱向彈性模量、縱向拉伸性能和層間剪切性能會產生復雜的作用，會降低材料的層間剪切強度。
    Tascioglu等^[15]通過膠合木標準加速循環暴露試驗，研究了使用防腐劑對界面粘結性能的不利影響。研究結果表明，在加固前進行防腐處理試件的界面粘結性能明顯劣于加固后進行防腐處理試件。Tascioglu等通過研究發現，木材普遍存在的褐色木腐菌(brown rotfungus))和白色木腐菌(white rot fun-gus)均能在CFRP片材中生長，層間剪力試驗法和超聲及掃描電鏡等無損檢測法均能發現木腐菌對界面粘結性能的劣化。 [-page-]
1.4 樹脂種類對粘結性能的影響研究
    膠粘劑是FRP加固和增強木材在接觸界面和搭接處形成有效粘結、傳遞界面剪應力和正應力的重要載體。膠粘劑的工作性能好壞直接決定了復合結構的工作性能。
    一般選用膠粘劑時應遵循如下原則：①通過使用環境因素來選擇滿足具體要求的膠粘劑；②考慮兩種材料的膠接性，如被膠接材料的表面狀況；③應區分被膠接材料的剛性或柔性等原則。
    Davis^[16]的研究結果發現，環氧樹脂比傳統的甲醛基(traditional formaldehyde-based adhesive)粘結劑更適用于改善FRP與木材的粘結性能。Barbero等^[17~20]的研究也表明，用環氧樹脂類粘結劑能很好地保證木與FRP界面的粘結強度。
    Gardner等^[21]測試了三種粘結劑，RF、環氧樹脂和emulsion polymer isocyanate，發現這三種樹脂在干的環境下性能很好，但只有RF在水里和干濕循環環境中都具有較好性能。
2 疲勞斷裂問題的研究
    Yong Hong^[22]等對木材-FRP界面的耐疲勞性能、斷裂性能進行了研究，研究結果表明，木材-FRP工程復合材料的性能在很大程度上取決于膠接界面的膠接強度。
    Davalas,J. F.等^[23]用曲邊雙懸臂梁CDCB試樣(如圖2所示)來研究粘結界面的I-型裂紋，該試件的設計思想來自于Rayleigh-Ritz法，由該試驗可以得到干濕環境下的界面斷裂韌性數據，可有效預測粘結界面在一般的工作環境下是否會破壞。試件的臨界應變能釋放率C_Ic由下式得到：

其中，P_c為臨界荷載;b為試件寬度；為與裂縫長度相關的柔量C的變化速率。

    Jia等^[24]通過曲邊雙懸臂梁CDCB試樣的疲勞試驗，研究了波形、荷載比和頻率對界面粘結性能的影響。研究表明，荷載比和頻率對界面粘結性能有明顯影響，而波形的影響不明顯；運用改進Paris定律可以對粘結界面疲勞性能進行較為準確的預測。Jia等^[25]還采用人工神經網絡方法對FRP加固的懸臂木梁界面的疲勞性能進行了研究，研究結果表明，人工神經網絡能有效預測加固梁的疲勞性能，如加載率對裂縫發展的影響，這將有利于組合結構界面設計規范的發展。
3 FRP筋與木材的粘結性能研究
    Gentile等^[26]的研究結果表明，采用將GFRP筋嵌入木梁(Near-Surface Mounted，簡稱NSM)的方法，可有效克服木材局部缺陷的影響，提高構件的抗彎強度。
    Laura等^[27]用拔出實驗研究了CFRP筋與膠合木之間的界面粘結性能，試驗參數包括粘結長度，CFRP筋表面形式、CFRP筋直徑和木材纖維方向。
    CFRP筋與順紋平行時，試件破壞形式可分為三種，①CFRP筋拔出，并帶有木屑，呈塞子狀；②木塊縱向劈裂，有的伴有筋材拔出；③筋材用砂紙打磨表面與筋材中心的局部剝離。CFRP筋與順紋垂直時，試件破壞形式可分為兩種，①筋材拔出并有碎片附于其表面；②筋材拔出，木材表層剝離。
    盡管木材總是為薄弱的環節，筋材經過不同表面處理的試件的破壞形式相似，但筋材沒經過打磨處理的試件的粘結失效荷載比處理過的試件的略微大些，因為筋材打磨的砂層容易導致局部剝離。處理過的筋材的初始粘結滑移響應的剛度反而更大。筋材垂直于順紋的試件比平行于順紋的試件的粘結強度大。平均粘結強度在粘結長度范圍內大約是個常數。
    在試驗的基礎上，建立了局部粘結滑移模型和CFRP筋錨固深度的函數，并由此獲得加固處節點極限承載力的數值解。 [-page-]
    局部粘結-滑移函數曲線表達如下：

    其中，т為局部粘結應力；s為局部滑移;т_m和s_m分別為峰值時的粘結應力和滑移；α取值為0和1之間;P為第二條線性分支的斜率；s_u為粘結應力為0時的滑移值。
    FRP筋與順紋平行時，試件的劈裂粘結應力：

FRP筋與順紋垂直時，試件的劈裂粘結應力為：

    其中，f_u⊥為木材橫紋的抗拉強度;  為筋材平行于順紋時，計算模型(為一個等截面圓柱體桿件)的小半徑,d_b為筋材的名義直徑。
4 結語
    國內外學者已對FRP加固和增強木結構的界面粘結性能進行了積極研究和探索，已取得了許多有益的研究成果，部分研究成果已應用于生產和工程實踐，但深度和廣度仍有欠缺，仍需進行深入研究，具體包括以下幾個方面：
    (1)不同木材的物理力學性能有所差異，其對粘結強度的影響方面的研究；
    (2)進行玄武巖纖維布、筋材，玻璃纖維布、筋材等新材料與木材界面間的粘結性能研究；
    (3)溫度、濕度對粘結樹脂和木材的強度都會有所影響,尤其是加固后,包裹的FRP會改變木材的內部環境，對木材耐久性的影響問題，還需進一步研究；
    (4)施加預應力等新技術對FRP加固和增強木結構的界面性能的影響研究；
    (5)木材防腐劑，防火材料等化學試劑對FRP與木材的界面性能的影響研究；
    (6)各種環境下，FRP與木材的界面粘結的抗疲勞和耐久性能研究。
    通過對FRP加固和增強木結構界面粘結性能研究的深入和完善，將為FRP增強和加固木結構提供可靠的技術支持和方案選擇。
                    參考文獻
[1] 張大照.CFRP布加固修復木柱梁性能研究工作[D].同濟大學碩士畢業論文,2003．
[2] 熊學玉,張大照.CFRP布加固木柱性能試驗研究[D].滁州職業技術學院學報,2003,2(3):5-8.
[3] 馬建勛,蔣湘閩,胡平等.碳纖維布加固木梁抗彎性能的試驗研究[J].工業建筑,2005,35(8):35-39．
[4] 馬建勛,胡平,蔣湘閩等.碳纖維布加固木柱軸心抗壓性能試驗研究[J].工業建筑,2005,35(8):40-44.
[5] 周鐘宏.碳纖維布加固木結構構件的性能研究[D].南京工業大學碩士畢業論文,2005．
[6] 周鐘宏,劉偉慶.碳纖維布加固木柱的軸心受壓試驗研究[J].工程抗震與加固改造,2006,28(3):44-48.
[7] 賈卉琳,張敏,吳剛等.FRP片材加固木圓柱的試驗研究[C].全國FRP與結構加固學術會議,2005,10:151-156.
[8] Barbero E，Davalos J，and Munipalle U. Bond strength of FRP-Wood interface[J]．Journal of reinforced plastics and composites,1994:835-853．
[9] Jed S. Lyons，Mallik R. Ahmed. Factors Affecting the Bond Between Polymer Composites and Wood[J].Journal of reinforced plastics and composite,2005:405-412．
[10] Davalos,J F；Qiao，P ．Research on FRP-wood bonded interfaces：an overview[C].Sixteenth Technical Conference of the American Society for Composites；Blacksburg，VA；USA;2001．
[11] Davalos,J. F.，Qiao，P. Z.，and Tremble，B. S.. Fiber-Reinforced Composite and Wood Bonded Interfaces Part I：Durability and Shear Strength[J].Jaurnal of Composites Technology ＆ Research,2001:224-231．
[12] Vick,C.B. and Okkonen，E. A. Structurally Durable Epoxy Bonds to Aircraft Woods[J]．Forest Products Journals,1997,47(3):71-77.
[13] Vick，C. B.，Richter，K.，River，B. H. and Fried Ir. A. R. Hydroxy-methylated Resorcinol Coupling Agent for Enhanced Durability of Bisphenol-A Epoxy Bands to Stkta Spruce[J].Wood and Fiber Sci-ence,1995,27(1):2-12．
[14] Vick，C. B.. More Durable Epoxy Bonds to Wood with Hydromethy-lated Resorcinol Coupling Agent[J].Adhesive Age,1997,40(8):24-29.
[15] Tasciogln C，Goodell B，Lopez Anido R. Bond Durabiliy Character-ization of Preservative Treated Wood and E-Glass/Phenolic Com-posite Interfaces[J].Composites Science and Technology,2003,63:979-991．
[16] Davis，G.. The Performance of Adhesive Systems far Structural Tim-bers[J].International Journal of Adhesion and Adhesives,1997,17(3):247-255.
[17] Barbero E，Davalos J，and MuniPalle U. Bond strength of FRP-Wood interface[J].Journal of reinforced plastics and comPosites,1994:835-853．
[18] Kim Y，Davalos J F，and Barbero E J. Delamination buckling of FRP layer in laminated wood beams[J].Composite structures,1997,37(3/4):311-320.
[19] Davalos J F，Qiao P Z，et al. Mode I fracture toughness of fiber rein-forced composite-wood bonded interface[J].Journal of Composite materials,1998,32(10):987-1013．
[20] Wang JL，Qiao P Z. Fracture toughness of wood-wood and wood-FRP bonded interfaces under Mode-II loading[J].Journal of Com-posite materials,2003,37(10):875-897.
[21] Gardner,D.J.Davalos J. F，and Munipalle，U. M.. Adhesive Bond-ing of Pultruted Fiber-reinforced Plastic to Wood[J].Forest Prod-ucts Journnl,1994,44(5):62-66.
[22] Yong Hong. Fatigue and Fracture of the FRP-Wood Interface Exper-imental Characterization and Performance Limits[D].B.S.Univer-sity of Maine May,2003．
[23] Davalas,J. F.，Qiao，P. Z.，avd Trimble,B.S.. Fiber-Reinforced Composite and Wood Bonded Interfaces:Part 2. Fracture[J].Jour-nal of Composites Technology ＆ Research,2000:232-240.
[24] Jia，J，Davalos，J. Loading Variable Effects on Mode-I Fatigue of Wood-FRP Composite Bonded Interface[J].Composites Science and Technology,2004,(64):99-107.
[25] Junhui Jia，and Julio F. Davalosb. An artificial neural network for the fatigue study of bonded FRP-wood interfaces[J].Composite Structures,2006,74(1):106-114.
[26] Gentile C，Svecova D，Rizkalla S. Timber Beams Strengthened with GFRP Bars：Development and,Applications[J].Journal Of Com-posites for construction,2002,6(1):11-20.
[27] L. De Lorenzis，V. Scialpi and A. La Tegola，Analytical and experi-mental study on bonded-in CFRP bars in glulam timber[J].J Com-pos.,2005:279-289．

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好

過去以量取勝的策略在現在的環境上，對於一般產品可能還適用～

但是對於精密產業與複合材料的廠商而言

「質大於量」這是不爭的事實

為了讓後加工的品質更上一層樓，切割機臺的選擇就非常重要

瑞士ZUND數位切割機為全球最頂尖數位切割機品牌，也是世界知名品牌指定合作的切割機臺

鋁板及發泡材質切割：

19mm厚度的發泡型PVC材質與3mm鋁合金材質皆可快速切割

皮革切割：

厚度為2mm的皮革材料，影片中切割速度為1000mm/s 在極短的時間內即可完成複雜的圖型切割

確實的完全切斷,輕鬆取下切割完成的部件

預浸布與碳纖維材料：

工程師於電腦前繪製出要切割圖形與各部件標示記號或料號
噴印標示完成後隨即進行外型切割作業

三層碳纖維編織乾布裁切：

碳纖維重量僅鋼鐵的五分之一，但強度卻是鐵的10倍
透過ZUND的高速切割系統與模組化刀具設備，裁切完成

蜂巢板切割：

蜂巢板是一種相當輕且透氣的材料，使用覆蓋一層塑膠布料在蜂巢板上幫助固定

ZUND切割機不僅可以穩定物件，銑刀模組更能讓確實完成銑切斷差製程

朝安科技協助您擁有四大服務

最完整的教育訓練：解析ZUND切割機所有設定
來自原廠專業訓練：100%傳授所有設定技巧
最快速的參數設定：針對不同材質不同參數完整複製
最完善客服機制：操作問題馬上替您解決

讓ZUND在臺灣的夥伴們想有最完整與專業的技術服務.

聯繫方式
公司地址：臺中市豐原區三豐路二段549巷417號
營業時間：星期一 - 星期五： 9AM - 5PM
聯繫電話： 04-25226221

ZUND8515FGG15RF5FG

zund碳纖維切割機，zundcarbon fiber切割機，zund玻璃纖維切割機，zundglass fiber切割機，zund預浸布切割機，zundprepreg切割機，zundpre-preg切割機，zund蜂巢板切割機，zundhoneycomb切割機，zund克維拉切割機，zundkevlar切割機，zund石墨切割機，zundgraphite切割機，zund光學壓克力切割機，zund光學擴散板切割機，zundacrylic 切割機，zundpc切割機，zundpe切割機，zundpvc切割機，zundpeek切割機，zund工程塑膠切割機，zundCFRP切割機，zundGFRP切割機，zundCFRTP切割機，zund熱塑板切割機，zund先進材料切割機，zund新進複合材料切割機，zund複合材料切割機，zundcomposite切割機，zund功能性織品切割機，zund功能性織布切割機，zund橡膠墊片切割機，zund皮革切割機，zundFpc軟性印刷電路板切割機，zund手機保護貼切割機，zund紡織布切割機，zund飛機零件切割機，zund防彈背心切割機，zund合成纖維切割機，zund凱夫拉纖維切割機，zund風力發電機風扇切割機，zund直升機螺旋槳切割機，zund汽車零件切割機，zund卡車篷布切割機，zund地毯切割機，zund遮雨棚切割機，zund熱氣球切割機，zund風帆切割機，zund木質框架切割機，zund海綿橡膠切割機，zund醫療器材切割機，zund濾心切割機，zund濾網切割機，zund高壓電塔零件切割機，zund滑鼠裝備切割機，zund皮帶切割機，zund皮革公事包切割機，zund皮手套切割機，zund皮鞋切割機，zund絲絨沙發切割機，zund皮靴切割機，zund皮夾克切割機，zund真皮座椅切割機，zund真皮座墊切割機，zund鞋底切割機，zund皮錢包切割機，zund半導體材料切割機，zund太陽能電板切割機，zund高溫超導材料切割機，zund絲綢切割機，zund塑料切割機，zund玻璃纖維樹脂複合材料切割機，zund碳纖維樹脂複合材料切割機，zund紡織pos架切割機，zund木質產品切割機，zund金屬雕刻切割機，zund標誌雕刻切割機