竹纖維力學性能的主要影響因素研究.pdf

1、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(chǔ)。對竹纖維力學性質(zhì)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(fù)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)方面，選取毛竹（Phyllostachys edulis）等12種竹子，通過單纖拉伸技術(shù)研究了纖維解剖形態(tài)、細胞壁結(jié)構(gòu)對其

2、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(shù)，研究了木質(zhì)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(shù)，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(zhì)隨含水率變化規(guī)律。主要結(jié)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

3、為厚薄交替的多壁層結(jié)構(gòu);紋孔小且少;微纖絲角小，介于7.31～10.60°;相對結(jié)晶度較高，為67.26～75.22％。竹纖維結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)因素為壁腔比、微纖絲角。壁腔比、微纖絲角與彈性

4、模量顯著負相關(guān)，兩者與抗拉強度無顯著相關(guān)性，微纖絲角與斷裂伸長率顯著正相關(guān)。
　　(3)隨著木質(zhì)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(zhì)物質(zhì)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(zhì)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185.3

5、9％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(zhì)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(zhì)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