【摘要】：竹纖維制備技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,形成了以蒸煮碾壓法、梳解法等為主體的天然長竹纖維生產(chǎn)格局。這些制備方法雖各具特色,但加工方法普遍存在工藝復(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,加工過程不清潔,能耗較大,環(huán)境污染問題較突出等諸多問題,生產(chǎn)出的竹纖維分離度較低,纖維粗、短、硬,其均勻度、長度、細(xì)度、強度等指標(biāo)不僅達(dá)不到紡織用纖維的要求,甚至還不能滿足制備復(fù)合材料、非織造材料的要求�；谝陨显�,姚文斌等人提出了一種竹材脫層成纖的制作裝置及方法,該方法充分利用竹材沿壁厚方向纖維分布不均等特性,迫使竹片受到彎曲、擠壓和拉伸的組合變形破壞,導(dǎo)致竹片產(chǎn)生幾何非線性大變形作用以實現(xiàn)竹材中纖維與基體組織中產(chǎn)生裂紋并隨著裂紋的不斷擴展,纖維與基體脫層剝離,竹纖維束得以提取,該制作過程簡單易行,且生產(chǎn)過程環(huán)保無污染,而且竹材結(jié)構(gòu)能受到均勻的擠壓彎曲組合變形,使獲得的竹纖維(束)具有彈性好、韌性佳,纖維細(xì)度、均勻性好突出的特點。本文在前述開纖裝置及方法的基礎(chǔ)上,研制出竹片翻卷脫層成纖試驗機,基于竹材非均勻生物結(jié)構(gòu),使經(jīng)過軟化的竹片通過彎曲翻卷反拉脫層成纖方法直接分離出物理性能較好的天然長竹纖維。論文通過竹材的橫紋徑向抗彎實驗并結(jié)合纖維體積分?jǐn)?shù),建立竹材宏觀力學(xué)性能與纖維體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系為建立開纖力學(xué)模型提供依據(jù),通過建立層間脫粘破壞應(yīng)變模型、界面脫粘和基體破壞力學(xué)模型獲得竹片翻卷反拉脫層成纖的條件,并通過試驗確定了最佳的軟化工藝、開纖參數(shù)和竹材材料性能,揭示竹材開纖的規(guī)律。其中主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:(1)通過對不同竹齡、部位和層次的毛竹橫紋抗彎試驗,并輔以顯微和圖像自動識別處理技術(shù),通過混合定律計算得到纖維與基體的力學(xué)性能,其纖維與基體的力學(xué)性能相差較大。確定了竹子具有單向纖維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的特性,為竹材的損傷破壞機理論分析提供依據(jù)。(2)將竹材視為天然的單向纖維增強復(fù)合材料,對竹材的破壞損傷過程進行理論分析。根據(jù)竹材層和結(jié)構(gòu)建立層間脫粘破壞力學(xué)模型,并運用應(yīng)變能釋放率解析法和剪切滯后法,構(gòu)建纖維與基體界面脫粘、基體破壞模型。三種模型較為系統(tǒng)的揭示了竹片翻卷反拉脫層成纖的機理,為竹片翻卷反拉實驗研究提供理論支撐。(3)通過實驗探究竹片翻卷脫層成纖的影響因素,分析軟化條件、翻卷半徑和不同竹種、部位對竹材分離成纖的影響。實驗表明:3%的堿濃度和4mm的翻卷半徑有利于提取物理性能較好的竹纖維,提取得到的竹纖維分離度、細(xì)度、細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)差、拉伸強度分別為84%、144.3μm、43.5μm、32.1MPa。纖維含量較高的竹梢部有利于減少纖維表面的基體組織,從而提高纖維物理指標(biāo),竹梢部提取纖維的平均分離度、細(xì)度、拉伸強度分別比竹根部提高了30.7%、34.1%、21.1%。三種竹材中,毛竹纖維平均分離度78.3%高于慈竹和黃竹的62.7%、56.6%;而慈竹和黃竹的平均纖維細(xì)度為143.7μm、137.1μm,優(yōu)于毛竹纖維的158.7μm;竹種間的生物差異性造成單纖維排列方式不同,從而影響竹纖維束的拉伸強度,毛竹、慈竹和黃竹纖維平均拉伸強度分別為27.3、23.7、23.0MPa。
【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】：S781.9
【圖文】：

圖 1.1 竹地板Figure1.1 bamboo flooring 21 世紀(jì)后，中國的新竹產(chǎn)品和技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，竹產(chǎn)品加了巨大的突破和創(chuàng)新。在竹材加工設(shè)備領(lǐng)域，加工的機械化程度進一步的提升；在竹材加工技術(shù)領(lǐng)域，化學(xué)改性技術(shù)更加環(huán)保；方面，竹產(chǎn)品逐漸取代了木制產(chǎn)品，推動了竹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)竹材代替一些生長周期較長的木材，這有利于天然林禁伐和退耕竹產(chǎn)業(yè)已成為我國一項重大的新興的產(chǎn)業(yè)，為我國竹林山區(qū)經(jīng)濟工技術(shù)的提高發(fā)揮著重要作用[18]。為薄壁中空的類圓柱體形態(tài)，單位面積實際運輸量少，造成運輸距離運輸。且竹子中的蛋白質(zhì)、淀粉等成分，長時間存放易霉變資源主要分布在經(jīng)濟相對落后的貧困的山區(qū)，一方面，崎嶇的山機械式砍伐，采用人工砍伐作業(yè)的方式，不僅效率低下而且增加方面，山區(qū)不便利的道路，不利于竹材和竹產(chǎn)品對外運輸，限制]。盡管竹產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，但是我國竹產(chǎn)業(yè)整體水平還是

圖 1.2 竹漿纖維與竹原纖維Figure 1.2 Bamboo pulp fiber and Bamboo fiber對竹纖維的提取，臺灣省和日本起步較早，因當(dāng)時提取水平較低，較粗且均勻性較差，主要被用作于簡單的墊芯材料[25]。近年來，國內(nèi)外研究與制備方法上取得許多突破和進展，其推動了竹纖維產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)天然竹纖維被廣泛應(yīng)用于家具、紡織、建筑建材等領(lǐng)域[26-32]。

圖 1.2 竹漿纖維與竹原纖維Figure 1.2 Bamboo pulp fiber and Bamboo fiber維的提取，臺灣省和日本起步較早，因當(dāng)時提取水平較低，制備性較差，主要被用作于簡單的墊芯材料[25]。近年來，國內(nèi)外對竹方法上取得許多突破和進展，其推動了竹纖維產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。被廣泛應(yīng)用于家具、紡織、建筑建材等領(lǐng)域[26-32]。

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本文編號：2798510