瓜藤單纖維的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、綠色產(chǎn)品和綠色制造技術(shù)的應(yīng)用是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然之路，天然植物纖維具有資源豐富、性能優(yōu)良、成本低廉、降解容易、一定的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，作為新型紡織原材料和復(fù)合材料增強(qiáng)材料，在現(xiàn)代生活和工業(yè)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中已顯現(xiàn)出其明顯的優(yōu)勢(shì)，近年來在生物醫(yī)學(xué)工程方面似乎也看到了潛在的應(yīng)用前景。單纖維是植物纖維的基本結(jié)構(gòu)單元，其力學(xué)性能不僅決定了纖維束的性能，也決定了最終產(chǎn)品的服役行為。本研究以瓜藤類（南瓜、絲瓜、西瓜和冬瓜）天然植物纖維為試驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)過

2、兩步化學(xué)脫膠處理，得到了各類瓜藤單纖維試樣，建立了微拉伸試驗(yàn)方法，測(cè)定了它們的基本力學(xué)性能，觀察了它們的微觀結(jié)構(gòu)，為該類植物纖維進(jìn)一步應(yīng)用和研究打下了較好的基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴瓜藤單纖維的制備和微觀結(jié)構(gòu)觀察：在參閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，采用兩步化學(xué)脫膠處理方法去除了瓜藤中大部分半纖維素、果膠、木質(zhì)素、灰分等成分，得到了纖維素含量較高的瓜藤單纖維。同時(shí)，利用掃描電子顯微鏡和高清測(cè)量數(shù)碼顯微鏡對(duì)所得纖維的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)觀

3、察，測(cè)量和分析了不同脫膠階段纖維的幾何形態(tài)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一次脫膠后獲得的瓜藤纖維束是由若干個(gè)薄壁空腔結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞纖維組合而成，單細(xì)胞纖維的橫截面呈橢圓形或多角形，管腔直徑處在15-30μm之間，壁厚在1.0-2.0μm之間，橫截面積在70-150μm2之間，空腔占單細(xì)胞纖維橫截面的絕大部分。二次脫膠后得到的單細(xì)胞纖維的長(zhǎng)度在0.8-1.5mm之間，整體形態(tài)為梭形，兩端窄中間寬。⑵不同脫膠階段瓜藤纖維的化學(xué)成分測(cè)量：由于植物纖維的化學(xué)成

4、分基本相近，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5881《苧麻主要化學(xué)成分系統(tǒng)定量分析方法》對(duì)各處理階段的瓜藤纖維（原始瓜藤纖維、瓜藤纖維束、瓜藤單細(xì)胞纖維）進(jìn)行了定量化學(xué)成分分析。結(jié)果表明，隨著脫膠過程的進(jìn)展，果膠、半纖維素、木質(zhì)素含量逐步降低，纖維化學(xué)成分逐步趨于單一，纖維素的含量逐步升高。原始瓜藤纖維、瓜藤纖維束、瓜藤單纖維中纖維素含量依次為46.81％、66.57%、93.18%。說明了所采用的脫膠方法作用顯著，效果良好。⑶瓜藤單纖維力學(xué)性能的測(cè)量

5、：為了獲得單纖維的力學(xué)性能，我們利用微移動(dòng)平臺(tái)、自制微力傳感器、微移動(dòng)控制器、高清測(cè)量數(shù)碼顯微鏡、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和數(shù)據(jù)采集儀建立了一套單纖維微拉伸性能測(cè)量系統(tǒng)并測(cè)量了上述四種瓜藤單纖維的彈性摸量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。結(jié)果表明，南瓜藤單纖維的彈性模量和拉伸強(qiáng)度值最高，均值分別為4.1GPa和379Mpa；西瓜藤的斷裂伸長(zhǎng)率值最大，均值為10.93%。南瓜和絲瓜藤單纖維斷裂伸長(zhǎng)率相當(dāng)，均為9%左右，冬瓜藤單纖維斷裂伸長(zhǎng)率最小，均值為7.9%。