發(fā)布時間：2020-10-31 03:56

　　 竹纖維是竹子的主要承載單元。優(yōu)異的力學性能,是竹纖維綜合利用的基礎。對竹纖維力學性質及其影響因素進行系統(tǒng)研究,不僅可以深刻理解竹子生長的生物力學機制,還可為竹纖維選擇性利用及先進復合材料研究和開發(fā)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。本論文從微觀結構、化學成分、含水率三方面對竹纖維力學性能的影響進行了系統(tǒng)研究。微觀結構方面,選取毛竹(Phyllostachys edulis)等12種竹子,通過單纖拉伸技術研究了纖維解剖形態(tài)、細胞壁結構對其力學性能的影響;化學成分方面,以毛竹纖維為研究對象,采用單纖拉伸和原位納米壓痕技術,研究了木質素、半纖維素逐步脫除對竹纖維及其細胞壁力學性能的影響;含水率方面,以毛竹為研究對象,采用單纖拉伸和原位納米壓痕技術,研究了含水率變化對竹纖維及其細胞壁力學性能的影響,闡明了竹纖維力學性質隨含水率變化規(guī)律。主要結論如下:(1)所選12種竹子纖維長徑比介于122~165,壁腔比介于4.20~7.50,屬于長徑比較大的厚壁纖維;纖維細胞壁為厚薄交替的多壁層結構;紋孔小且少;微纖絲角小,介于7.31~10.60°;相對結晶度較高,為67.26~75.22%。竹纖維結構的種間差異較明顯。(2)竹纖維斷裂過程呈典型的線彈性破壞。12種竹子纖維拉伸彈性模量介于25.5~46.3 GPa,順紋抗拉強度介于1.13~1.93 GPa,斷裂伸長率介于3.95~6.70%,力學性能的種間差異較為明顯。影響竹纖維力學性能的主要結構因素為壁腔比、微纖絲角。壁腔比、微纖絲角與彈性模量顯著負相關,兩者與抗拉強度無顯著相關性,微纖絲角與斷裂伸長率顯著正相關。(3)隨著木質素的脫除,竹纖維拉伸模量整體上變化幅度不大;而隨著半纖維素的脫除,凍干和氣干狀態(tài)下拉伸模量分別降低了51.43%和23.12%�？估瓘姸入S著基質物質的脫除呈下降趨勢,凍干狀態(tài)下降幅度達到54.65%;而氣干狀態(tài)下因微纖絲重聚僅略有減小。斷裂伸長率隨木質素的脫除略有減小,而隨著半纖維素的脫除,凍干和氣干狀態(tài)下斷裂伸長率分別增加了185.39%和153.49%。(4)離析過程中,細胞壁壓入模量變化不大,而硬度在凍干和氣干狀態(tài)下分別下降了19.27%和18%。隨著木質素的進一步脫除,細胞壁壓入模量略有增加,但隨著半纖維素的脫除,氣干和凍干狀態(tài)下分別下降了13.71%和13.42%;細胞壁硬度隨基質的脫除呈上升趨勢,凍干狀態(tài)下變化不明顯,而氣干狀態(tài)下上升幅度達到22.73%。(5)含水率變化對竹纖維力學性能影響明顯。當含水率從4.58%增加到21.52%過程中,竹纖維拉伸模量整體降幅達到26.66%,抗拉強度降幅為22.17%,而斷裂伸長率上升了7.17%。竹纖維拉伸模量對含水率變化最為敏感,抗拉強度次之,斷裂伸長率最小。細胞壁壓入模量、硬度隨含水率增加而減小。當含水率從5.24%增加到13.14%過程中,壓入模量減少了14.74%,而硬度減少29.68%。細胞壁硬度隨含水率變化的敏感程度大于壓入模量。
【學位單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：S781.9
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 竹纖維結構特征研究
        1.2.1 解剖形態(tài)
        1.2.2 多壁層結構
        1.2.3 紋孔
        1.2.4 微纖絲角
        1.2.5 相對結晶度
    1.3 竹纖維化學成分
        1.3.1 纖維素
        1.3.2 半纖維素
        1.3.3 木質素
    1.4 竹纖維力學性質研究
    1.5 纖維細胞力學性質的主要影響因素
        1.5.1 結構對纖維細胞力學性質的影響
        1.5.2 化學成分對纖維細胞力學性質的影響
        1.5.3 水分對纖維細胞力學性質的影響
        1.5.4 影響纖維細胞力學性質的其它因素
    1.6 研究目的和意義
    1.7 研究主要內容
    1.8 研究技術路線
    1.9 項目支持及經(jīng)費來源
第二章 結構對竹纖維力學性質的影響
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 實驗材料
        2.2.2 實驗方法
    2.3 結果與討論
        2.3.1 竹纖維結構特征
        2.3.2 竹纖維拉伸力學性能
        2.3.3 結構對竹纖維力學性能的影響評價
    2.4 本章小結
第三章 化學成分對竹纖維力學性質的影響
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 實驗材料
        3.2.2 實驗方法
    3.3 結果與討論
        3.3.1 樣品表觀形態(tài)變化
        3.3.2 竹纖維化學成分變化
        3.3.3 竹纖維結構變化
        3.3.4 纖維拉伸力學性質變化
        3.3.5 纖維細胞壁力學性質變化
    3.4 小結
第四章 含水率對竹纖維力學性質的影響
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 實驗材料
        4.2.2 實驗方法
    4.3 結果與討論
        4.3.1 竹纖維樣品含水率確定
        4.3.2 含水率對竹纖維拉伸力學性質影響
        4.3.3 含水率對竹纖維細胞壁力學性質影響
    4.4 小結
第五章 結論與建議
    5.1 結論
        5.1.1 竹纖維解剖形態(tài)、細胞壁結構、力學性質的種間差異
        5.1.2 竹纖維解剖形態(tài)、細胞壁結構對力學性質的影響
        5.1.3 化學成分對竹纖維力學性質的影響
        5.1.4 含水率對竹纖維力學性質的影響
    5.2 創(chuàng)新點
    5.3 建議
參考文獻
在讀期間的學術研究
導師簡介
致謝

【參考文獻】

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1 林金安,賀新強;毛竹莖細胞壁半纖維素多糖的免疫細胞化學定位研究[J];植物學通報;2000年05期

本文編號：2863414