以植物纖維為主要組成物的復(fù)合材料是迅速崛起的新型結(jié)構(gòu)材料，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、可加工性好、隔聲、隔熱、減振、防潮、不發(fā)霉、成本低、原料來源廣等優(yōu)點(diǎn)。 植物纖維可來源于稻殼和農(nóng)作物的秸稈。然而對(duì)如此巨大資源的利用大多數(shù)局限在用作燃料、飼料、肥料，許多地方有時(shí)還要將大量的作物秸稈在田間地頭燒掉，這不但是一種浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。
        與其他高阻尼合金相比，鎂及鎂合金的密度小，比強(qiáng)度、比剛度大，具有良好的鑄造、電磁屏蔽、減振等性能，并可再循環(huán)使用，使鎂合金成為當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用增長速度快的金屬材料，特別是在減輕構(gòu)件的質(zhì)量方面辛搜芯   試樣制備與試驗(yàn)方法
        １ 試樣制備
        制備植物纖維夾芯的主要原料有稻殼粉和秸稈粉。 纖維長度為５ ０ ０～６ ０ ０μｍ，含水率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為１ ２％，稻殼產(chǎn)自陜西扶風(fēng)縣，當(dāng)年收割，干燥處
理），工業(yè)水玻璃（模數(shù)為２．１ ２，大連機(jī)車廠提供），玻璃纖維（直徑９～２ ０μｍ，長;２ ０～３ ０ｍｍ），石膏粉（粒徑約５ ０μｍ），石蠟等。
        鎂合金面板為厚度１ｍｍ的ＡＺ ３ １鎂合金熱軋-溫軋板。 粘結(jié)劑 為 ＳＹ- ２４Ｂ 膠 膜， 厚度０．２５～０．３ｍｍ，屬于中溫固化的單組分膠粘劑體系，基;
組分為改性的環(huán)氧樹脂。

        以稻殼粉和秸稈粉為基料，按照表１中的配比加入玻璃纖維、石膏粉，加入石蠟，以水玻璃為膠結(jié)劑，制得夾芯。 其中１～７號(hào)試樣中，基料均為１ ２ ０ｇ稻殼粉和６ ０ｇ秸稈粉，８號(hào)基料為１ ８ ０ｇ稻殼，石蠟均為７．５ｇ，水玻璃均為１ ８ ０ｇ。 石蠟作為潤滑劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于３％。 工業(yè)水玻璃的模數(shù)按參考文獻(xiàn)進(jìn)行測(cè)定。 混料后進(jìn)行熱壓，溫度１ ６ ０℃，壓力１．２ＭＰ ａ ，時(shí)間按板的厚度以０．８～０．９ｍ ｉ ｎ·ｍｍ－１的速率計(jì)算；用５０ＫＮ型萬能電子試驗(yàn)機(jī)壓制，試樣脫模后，在６ ０℃的恒溫干燥箱中處理１ ２～１ ４ｈ，制得尺寸為２ ０ ０ｍｍ×２ ０ ０ｍｍ×７．８ｍｍ的植物纖維夾芯。
        將制得的植物纖維夾芯按所需規(guī)格截取后，按面板、膠膜、夾芯、膠膜、面板順序疊放，置入恒溫干燥箱，在１ ２ ０℃，１．２ＭＰ ａ的條件下，保溫２ｈ后隨爐冷卻至室溫，制得的植物纖維鎂合金夾層板如圖１所示。

        ２ 試驗(yàn)方法
        壓縮、彎曲試驗(yàn)采用萬能電子試驗(yàn)機(jī)，橫梁移動(dòng)速率為０．０ １ｍｍ·ｓ －１，載荷、位移參數(shù)均由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄，數(shù)據(jù)處理后得到試樣的應(yīng)力應(yīng)變（撓度） 曲線。 壓縮試樣的表面尺寸為１ ０ ０ｍｍ×１ ０ ０ｍｍ，其它參數(shù)見表２。 彎曲試驗(yàn)采用三點(diǎn)彎曲，跨距為１ ４ ０ｍｍ，彎曲試樣的表猿嘰縹 ０ｍｍ×２ ０ ０ｍｍ其它參數(shù)見表３。

        特征應(yīng)變是指失穩(wěn)階段開始向密實(shí)化階段轉(zhuǎn)變時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，特征擾度指夾層板大抗彎剛度所對(duì)應(yīng)的撓度值。

        試驗(yàn)結(jié)果與討論
        １ 壓縮性能
        從圖２可以看出，夾層板與鎂合金蜂窩板的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線明顯不同，它沒有明顯的屈服應(yīng)力和應(yīng)力，也沒有明顯的彈性屈曲變形階段、塑性屈曲變形階段、塑性流變階段；壓縮過程主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段，階段Ⅰ是在很小的應(yīng)力下有較大應(yīng)變的平臺(tái)期，該階段為夾層板的失穩(wěn)階段 由于夾芯、膠膜也有一定的厚度，且膠膜彈性模量比鎂合金的彈性模量小得多，所以膠膜會(huì)首先發(fā)生彈性失穩(wěn)。 此外，由于水玻璃在熱壓固化過程中，隨著溫度的升高，自由水分的蒸發(fā)和硅膠脫水固結(jié)，夾芯
存在一定程度的體積收縮，內(nèi)部存在一定數(shù)量的空隙，這就造成了在很小的應(yīng)力下，出現(xiàn)較大的應(yīng)變，該過程中試樣開始產(chǎn)生微小裂紋。 階段Ⅱ是應(yīng)變隨應(yīng)力呈線性的密實(shí)化階段。 在階段Ⅰ時(shí)，夾芯中的空隙在被壓實(shí)的過程中產(chǎn)生的微裂紋，隨內(nèi)部密實(shí)程度的大而擴(kuò)展，使夾芯表現(xiàn)出宏觀開裂和碎裂的破壞形式（如圖３所示）。 通過對(duì)比各個(gè)壓縮試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn)各條曲線的變化趨勢(shì)基體一致，不同之處在于階段Ⅰ向階段Ⅱ轉(zhuǎn)變的應(yīng)變值（特征應(yīng)變）不同。 各試樣的特征應(yīng)變?nèi)绫恚菜?br /> 示。 通過比較各個(gè)壓縮試樣的特征應(yīng)變可以看出，夾層板的壓縮性能主要取決于夾芯基料與固化工藝，添加劑對(duì)其影響較小。

        ２ 彎曲性能
        由圖４可見，可以將試樣８的曲線分為３個(gè)特性階段：夾層板局部屈曲階段Ⅰ、面板壓入彎曲階段Ⅱ、面板膠結(jié)層脫膠或者夾芯分層階段Ⅲ。
        夾層板夾芯在夾層結(jié)構(gòu)中承受大部分剪切應(yīng)力，隨剪切應(yīng)力的大，夾層板開始由線性變形向非線性變形過渡，而且開膠都發(fā)生在夾芯和膠層之間，這是因?yàn)閵A芯表面存在一定程度的粉化，夾芯與膠膜之間的結(jié)合強(qiáng)度比面板和膠膜之間的小很多，因此通過提高結(jié)合強(qiáng)度可以提高夾層板的彎曲承載能力，如圖４中階段Ⅱ所示；

        由表３可以看出，試樣４，８的抗彎強(qiáng)度分別為１９．５，１７ＭＰ ａ ，特征撓度分別為４．４，２．１ｍ/。 由圖５可見，試樣４在壓頭壓入夾層板的過程中，夾層板發(fā)生了開膠，然后夾芯分層，而試樣８的夾芯雖未開膠，但卻直接分層，主要原因是稻殼中的硅元素在表面形成了疏水層，粘結(jié)劑分布在表面，未滲透到稻殼內(nèi)部，導(dǎo)致膠結(jié)強(qiáng)度較低。 同時(shí)說明試樣８的夾芯與膠膜之間的膠結(jié)強(qiáng)/大于夾芯內(nèi)部的。由表３可以看出，當(dāng)試樣抗彎強(qiáng)度分別為２５．５ ，２７．３ ，１２．１ＭＰ ａ時(shí)， 特征撓度分別為 ２．２ ，１．８，２．９ｍｍ。 即隨著玻璃纖維含量的增加，抗彎強(qiáng)度先增加后下降，玻璃纖維添加量存在佳值，其主要原因是當(dāng)添加量較小時(shí)，抗彎強(qiáng)度隨玻璃纖維的增加而大，當(dāng)添加量大于佳值時(shí)，由于玻璃纖維較多在基料中容易成團(tuán)，玻璃纖維與基料混合不均，這使得夾芯在受力狀態(tài)下易分層，導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度下降。 在玻璃纖維添加量均為８％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的條件下，添加石膏的量為０和５％時(shí)，抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到了２７．３，３０．３ＭＰａ，特征撓度為１．８ ，１．４ｍｍ。 這表明，添加石膏可以提高夾層板的抗彎強(qiáng)度。 其主要原因是作為氣硬性膠凝材料石膏的加入，可以提高夾芯的韌性和穩(wěn)定性，使夾層板的抗彎強(qiáng)度得到增強(qiáng)
        由表３還可以看出，試樣６，５，４的抗彎強(qiáng)度分別為１ ７．８，１ ７．５，１ ９．５ＭＰ ａ ，特征撓度分別為１．８，２．１，４．４ｍｍ。 由此可見當(dāng)石膏添加量大于５％后，抗彎強(qiáng)度隨石膏加入量的大變化不大，特征撓度值隨石膏加入量的大而變小。 其原因主要是石膏是氣硬性膠凝材料，添加后可使夾芯韌性和尺寸的穩(wěn)定性提高，可提高夾層板的抗彎強(qiáng)度；當(dāng)添加量超過佳值后，夾芯的脆性逐漸大，夾層板的穩(wěn)定性下降，抗彎強(qiáng)度減小。
        參考文獻(xiàn)制備的鎂合金蜂窩板中蜂窩芯芯材較厚（０．１ ３ｍｍ），采用手工制作；粘結(jié)劑為工業(yè)有機(jī)膠，具有一定的污染，鎂合金蜂窩板的抗彎強(qiáng)度為１ ５．３～１ ９．４ＭＰ ａ 。 本試驗(yàn)中夾芯所用粘結(jié)劑為工業(yè)水玻璃，原料主要為農(nóng)業(yè)剩余物，綠色環(huán)保，成本低，而且制作工藝為工業(yè)化高的熱壓工藝，操作簡(jiǎn)便。 通過配比的優(yōu)化，鎂合金夾層板的抗們 ５．５～３ ０．３ＭＰ ａ 。 兩種不同夾芯的夾層板在結(jié)構(gòu)尺寸相近、夾層板的制作工藝相同時(shí)，鎂合金夾層板的抗彎強(qiáng)度高于鎂合金蜂窩板的。 綜合考慮，夾層板的制作成本與工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
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        （１） 以植物纖維、水玻璃、玻璃纖維、石膏等為原料，采用熱壓固化法，在１ ６ ０℃，１．２ＭＰ ａ條件下成功制備出輕質(zhì)、高強(qiáng)度的植物纖維夾芯及鎂合金
夾層板（１ ２ ０℃，１．２ＭＰ ａ ）。
        （２） 植物纖維鎂合金夾層板的壓縮性能主要取決于夾芯基料和固化工藝，添加劑的影響較小。
        （３） 適量添加玻璃纖維和石膏可有效提高植物纖維鎂合金夾層板的抗彎強(qiáng)度，玻璃纖維添加量為８％，石膏添加量為５％時(shí)得到的植物纖維鎂合金夾層板的彎曲性能優(yōu)。

（資料來源于-王 剛， 權(quán)高峰， 谷秀娥（大連交通大學(xué)遼寧省軌道交通關(guān)鍵材料實(shí)驗(yàn)室，大連１ １ ６ ０ ２ ８））