天然植物纤维材料具有资源丰富、可再生、可降解无污染等优势,已被广泛用于复合材料的开发;使用天然植物纤维为原料制备的垫芯材料,营造了绿色健康的睡眠环境,深受广大消费者青睐。目前市场上常见的植物纤维床垫,如椰棕床垫、山棕床垫等均存在易虫蛀变形的问题。天然竹纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性,尤其具有天然抗菌抑菌及除螨防臭功能,已被大量应用到汽车内饰、家具等各个领域,利用竹纤维来制备床垫垫芯复合材料,成为当前竹纤维复合材料研究热点之一。本文通过研究竹纤维/4080垫芯材料制备工艺,主要从竹纤维垫芯材料的制备、性能及其弹性体力学模型三个方面展开研究,主要内容如下:(1)根据床垫垫芯用纤维的要求,实验研究了软化竹材的绝对含水率对开纤效果的影响,测试分析了竹纤维相关力学性能以及吸水性能。(2)根据竹纤维和4080纤维的相关特性,运用非织造-热压工艺,研究探索竹纤维/4080垫芯材料制备过程中的热压工艺参数;通过正交实验分析,确定热压过程中的温度、时间、压力等参数。(3)将单根竹纤维视为一个“植物小弹簧”弹性体模型,通过对其进行线形分析确定其曲率半径,在此基础上建立竹纤维/4080垫芯材料的力学模型,研究垫芯的压缩性能,即可确定其随机组合下形成的竹纤维/4080垫芯材料的结构模型及弹性分析数学模型,并通过实验验证模型的正确性。研究得到的结果如下:(1)当竹片绝对含水率为74%时,通过碾压开纤制得的竹纤维不仅粗细均匀,力学性能也相对优异,且制得的竹纤维与椰棕、山棕纤维做吸水性和储水性的对比后,发现竹纤维材料具有良好的吸湿透气性,是制作床垫垫芯材料的优质选择。(2)竹纤维和4080纤维以2:1的比例制毡,利用热压成型工艺制备垫芯材料,通过正交实验分析,得到垫芯材料制备的优选热压工艺参数为:温度为190℃,时间为5min,压力为45KPa。优选工艺下制得的垫芯材料厚度为1.5cm,密度为118g/m~3,其压缩回弹率为90%,压缩永久变形率为9%,弹力系数为537N/mm。(3)对竹纤维进行线形分析得到其线形符合心形线的线形规律,从而获得其曲率半径。通过建立力学模型发现,竹纤维的直径、弹性模量、曲率半径,以及每层竹纤维的根数、垫芯材料层数等均是影响垫芯材料刚度的主要因素,其对于指导优化垫芯制备工艺具有一定的参考价值。