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影响塑木复合材料性能的因素及方案
来源: 作者: 发布日期:2019-11-25 阅读次数:28 评论数:0 收藏 打印 
影响塑木复合材料性能的因素及方案

塑木材料综合性能优异,户外建筑及景观使用的塑木品种越来越多、数量越来越大。随着制造技术和工艺的不断进步,产品外观质量提高很大。但有许多塑木企业,甚至不少品牌大企业,由于缺乏针对性研究,材料设计存在着先天缺陷。这些缺陷往往要在建成二、三年之后才逐渐暴露问题,此时再来解决问题,已经为时已晚。在追踪问题时,材料设计缺陷往往难以查出。


塑木材料有PVC基、PP基、PE基、PP/PE基、PS基、ABS基等,目前主要品种为PVC 塑木、PE 塑木、PP 塑木。热塑性高分子材料属粘弹性材料,在长期应力作用下会发生应力蠕变,这是热塑性高分子材料自身特点所决定的。其影响因素主要是长期应力的大小及环境温度。高分子材料和植物纤维复合制成的材料就是塑木材料,因含有植物纤维成份,使得高分子复合体系的抗蠕变性能得到了很好的改善。塑木材料是高分子材料和植物纤维制成的复合材料,因植物纤维成份的加入,3%范围的拉伸伸长率及弹性恢复所显示出的弹性及弹性模量,使塑木材料比高分子基体材料表现出更具有刚性的弹性特征;亦即弹性模量大大增加。这非常有利于用作户外建筑及景观材料时的尺寸稳定性和抗变形性以及承载能力。高分子材料和植物纤维两者优点的结合,使得塑木材料相对其它材料在户外运用建立了综合优势。这也是塑木材料在景观及户外建筑迅速增长和发展的根本原因。

塑木材料的变形

户外塑木建筑及景观在使用一段时间后,有些尺度较长的塑木会出现逐渐弯曲、下垂等变形现象,这是目前户外塑木建筑及景观中常见的缺陷。塑木材料由建成时漂亮的直线型,在经过几个寒暑后逐渐弯曲变形的变形因子研究分析如下:

温度应力及蠕变

夏季气温升高,塑木材料产生热膨胀。较长的塑木热膨胀较大,由于两端被固定,所受温度应力也大(应力和膨胀变形成正比) ,当膨胀达到一定值后,塑木发生失稳而弯曲变形并随热膨胀增加弯曲度(弯曲变形)增加。塑木弯曲后,温度应力得到释放 ;中性面应力为零,因弯曲,凹面产生压应力,凸面产生拉应 力。由于拉压应力的长期作用,凸、凹面分别产生拉伸和压缩蠕变,使得曲率变大,在气温降低时也不能完全收缩恢复。如是经过若干气温周期,不断产生周期性蠕变叠加 ;随着蠕变增加和高分子链的约束力逐渐达到平衡,蠕变的增量逐渐减小到零,达到蠕变极限。若安装施工在高温季节,因和最高温度的温差小,基本不发生因热膨胀而弯曲变形的情况。但在低温季节,塑木的韧性和强度随温度下降 ;由于两端被固定,塑木因降温收缩而产生的温度应力达到最大值,往往导致固定处破坏。

吸水膨胀蠕变

降雨时节,塑木吸水膨胀,塑木材料产生微量蠕变伸长,不可恢复 ;并随干湿交替周期,周期性产生蠕变伸长并叠加。随着塑木内部木质达到可能的吸水膨胀极限及高分子材料的约束力的作用,吸水膨胀蠕变伸长的增量逐渐减小到零,达到蠕变极限。

塑木材料蠕变是温度应力蠕变叠加

和吸水膨胀蠕变的综合结果较长塑木两端被固定约束时,随着塑木材料各种蠕变的叠加,在建成时漂亮的直线型材料,逐渐出现明显的弯曲;并在若干寒暑交替之后达到尺寸基本稳定、弯曲度不再增加。

户外建筑及景观的塑木

设计思想上,塑木型材由均一型复合材料提升为双层功能性复合材料,通过技术、工艺、装备提升和适当的成本增加,提出双层区分解决方案,有益于技术难点的克服,从而得到高品质、高美观、高性能、长寿命的高档塑木型材。

PVC/PVC 双层塑木

塑木型材由均一型复合材料提升为 PVC基表面层 /PVC基底芯层双层复合材料,采用双机共挤出生产。其中 PVC 基表面层着重解决表面美观,提升寿命等 ;PVC 基底芯层着重解决尺寸稳定性、物理机械性能,优化成本。

亚克力 /PVC 双层塑木

塑木型材由均一型复合材料提升为亚克力基表面层 /PVC 基底芯层双层复合材料,采用双机共挤出生产。其中亚克力基表面层着重解决表面美观,提升寿命等 ;PVC 基底芯层着重解决尺寸稳定性、物理机械性能、优化成本。

设计对于户外建筑及景观用塑木材料的变形研究分析,得出导致变形的两个主要因子温度应力蠕变和吸水膨胀蠕变 ;在塑木领域首次提出“周期性蠕变伸长叠加”概念 ;并在塑木材料的初始设计方面提出了解决方案。同时根据户外建筑及景观用塑木材料的实际需要,在塑木产品现有国标、行标中的技术质量指标基础上提出了进一步的要求和附加项,以保证设计制造出更适合户外建筑及景观使用的优质塑木产品并在使用中能充分发挥出塑木材料应有的优秀品质。

PVC 有更好的抗蠕变性能,更适合作为户外用塑木材料的树脂基。户外塑木生产企业的内控企标在吸水率、 吸水膨胀率、尺寸变化率等指标应比照国标、行标提高25% 以上,才能更好地满足户外建筑及景观的使用要求。为了有效控制户外建筑及景观塑木产品的蠕变量,户外塑木产品应对线膨胀系数加以检测和控制。在户外建筑及景观中尽量减少采用两端强约束的大尺度塑木结构。


责任编辑:陈波

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