【摘要】：竹纖維加工技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,形成了以蒸煮錘擊或碾壓開纖法、化學(xué)機械法為主體的長竹纖維(束)生產(chǎn)格局。這些生產(chǎn)方法雖各具特色,但纖維分離方法較落后,分離方法難以解決纖維纖細化的控制問題,使得生產(chǎn)效率低下,生產(chǎn)的纖維質(zhì)量不穩(wěn)定,能耗較大,環(huán)境污染問題較突出。2014年姚文斌等人提出了一種竹筒外翻開纖方法,該方法基于竹筒熱粘彈塑性及構(gòu)造特征,利用設(shè)計的外翻裝置使竹筒無需切削分片直接軟化翻轉(zhuǎn)變形以實現(xiàn)竹材層間脫層分離而直接開裂成纖。由于該方法生產(chǎn)過程無污染,可直接用原生竹筒作為加工材料,避免了切割加工竹片帶來的利用率損失,其纖維生產(chǎn)得率高,且獲得的竹纖維(束)具有彈性好,韌性佳,纖維細度、均勻性好等突出的特點。本文在前述開纖方法的基礎(chǔ)上,研制出了竹筒開纖錐形模具及開纖試驗機,基于圓竹筒的生物結(jié)構(gòu)特點及竹材維管束在徑向方向分布差異等特點,使經(jīng)過軟化的毛竹筒在軸向壓縮載荷和錐形模具協(xié)同作用下,直接分離出粗細均勻的天然竹纖維。論文通過毛竹筒錐模開纖的試驗研究,初步建立了竹筒錐模開纖的力學(xué)模型,獲得了毛竹筒錐模開纖的條件,確定了最佳軟化工藝和及其開纖參數(shù),揭示了竹筒錐模成纖的規(guī)律。主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:一、利用薄壁殼體的薄膜理論,建立了竹筒錐模開纖的力學(xué)分析模型,得到了竹筒端部開纖的開纖條件。二、針對新鮮毛竹筒的開纖參數(shù)進行了試驗測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn):開纖模型中的壓應(yīng)力和屈服極限與毛竹材的竹齡、部位、竹節(jié)和含水率都緊密相關(guān),主要體現(xiàn)在壓應(yīng)力與竹齡成正比,隨竹齡增大而變大;隨著竹桿高度的增加,從根部到梢部,毛竹筒開纖壓應(yīng)力呈上升趨勢;含水率越高的毛竹材塑性越好,開纖所需的壓應(yīng)力越小;試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):新鮮毛竹筒并不能滿足竹筒錐模開纖模型的開纖條件。三、為了降低毛竹筒的彈性模量及屈服極限以達到毛竹筒錐模開纖的開纖條件,作者進行了軟化試驗。試驗表明,最佳軟化工藝:軟化液濃度8%,蒸煮軟化處理時間90min。在該軟化工藝蒸煮處理后的毛竹材的彈性模量比未處理前下降了98.6%。經(jīng)該軟化工藝處理后的毛竹筒滿足了毛竹筒錐模開纖模型的開纖條件。1年生半徑在42.64-50.36mm,壁厚在6.88-8.98mm之間的毛竹材,經(jīng)過軟化液濃度8%,軟化時間90min的軟化環(huán)境處理后,當(dāng)開纖載荷達到20.37-28.02KN之間時就能開纖。四、本文得到的毛竹筒錐模受壓開纖方法最佳的開纖工藝為:加載載荷25KN,開纖速率為1mm/min,模具錐角度數(shù)為160°。此開纖工藝下,半徑42.64-50.36mm,壁厚6.88-8.98mm的1年生毛竹材在經(jīng)過軟化液濃度8%,軟化時間90min的軟化環(huán)境處理后開纖效果最佳。毛竹筒錐模受壓開纖方法能在不破壞纖維的情況下將竹原纖維分離開來,具有較好的開纖效果。在此工藝條件下,100mm長的毛竹筒提取的竹原纖維平均長度在84mm左右,平均細度在190dtex左右的竹原纖維,竹原纖維得率在30.50%左右,且竹原纖維細度范圍分布也較為均勻。
【學(xué)位授予單位】：浙江農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ341
【圖文】：

2.竹筒錐模受壓開纖的力學(xué)模型1 引言竹原纖維加工技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成了以蒸煮錘擊或碾壓開纖法、化機械法為主體的長竹纖維（束）生產(chǎn)格局。這些生產(chǎn)方法雖各具特色，但加工法普遍存在工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下，竹材利用率偏低，纖維生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定諸多問題。基于以上原因，本文提出了竹筒錐模開纖的新方法[28]，直接選取毛筒作為開纖對象，利用自制試驗裝置，開展了毛竹筒錐模受壓開纖的實驗研究，期改善以上的問題。

轉(zhuǎn)殼體的薄膜理論構(gòu)的變形分析，通常運用板殼理論[30]或者薄膜理論選用薄膜理論對竹筒錐模受壓變形開纖過程進行分析旋轉(zhuǎn)曲面為中軸面繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周而形成的空間元，用兩條經(jīng)線剖面 AD 和 BC 及兩個鄰近的平行圓AB 和 CD，而切分為曲面單元體 ABCD，ρ代表經(jīng)過截面 AD 和 BC 形成的夾角，d 代表剖面 AB 和 CD 形 點的經(jīng)線的曲率半徑（曲率中心為K ），R 代表經(jīng)過一個主曲率半徑（曲率中心為K ）。曲面上任何一個示，α是曲率半徑R 與旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角，γ是經(jīng)線剖形成的夾角。ρd 表示AB的長度，R d 表示BC的長度

+ = 0 (2.6)中求得的 q 值代入到公式(2.8)中得到考慮的等厚旋轉(zhuǎn)殼的一般平衡方程式：+ + = 0 開纖力學(xué)分析模型建立受壓變形開纖過程中，發(fā)現(xiàn)該過程是一個復(fù)雜的、卷曲變形。

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本文編號：2793516