發(fā)布時(shí)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(xué)性能,是竹纖維綜合利用的基礎(chǔ)。對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)及其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)研究,不僅可以深刻理解竹子生長(zhǎng)的生物力學(xué)機(jī)制,還可為竹纖維選擇性利用及先進(jìn)復(fù)合材料研究和開(kāi)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(xué)成分、含水率三方面對(duì)竹纖維力學(xué)性能的影響進(jìn)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(guò)單纖拉伸技術(shù)研究了纖維解剖形態(tài)、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響;化學(xué)成分方面,以毛竹纖維為研究對(duì)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(duì)竹纖維及其細(xì)胞壁力學(xué)性能的影響;含水率方面,以毛竹為研究對(duì)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(duì)竹纖維及其細(xì)胞壁力學(xué)性能的影響,闡明了竹纖維力學(xué)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(zhǎng)徑比介于122~165,壁腔比介于4.20~7.50,屬于長(zhǎng)徑比較大的厚壁纖維;纖維細(xì)胞壁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(duì)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(guò)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(qiáng)度介于1.13~1.93 GPa,斷裂伸長(zhǎng)率介于3.95~6.70%,力學(xué)性能的種間差異較為明顯。影響竹纖維力學(xué)性能的主要結(jié)構(gòu)因素為壁腔比、微纖絲角。壁腔比、微纖絲角與彈性模量顯著負(fù)相關(guān),兩者與抗拉強(qiáng)度無(wú)顯著相關(guān)性,微纖絲角與斷裂伸長(zhǎng)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%。抗拉強(qiáng)度隨著基質(zhì)物質(zhì)的脫除呈下降趨勢(shì),凍干狀態(tài)下降幅度達(dá)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(zhǎng)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(zhǎng)率分別增加了185.39%和153.49%。(4)離析過(guò)程中,細(xì)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(jìn)一步脫除,細(xì)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(xì)胞壁硬度隨基質(zhì)的脫除呈上升趨勢(shì),凍干狀態(tài)下變化不明顯,而氣干狀態(tài)下上升幅度達(dá)到22.73%。(5)含水率變化對(duì)竹纖維力學(xué)性能影響明顯。當(dāng)含水率從4.58%增加到21.52%過(guò)程中,竹纖維拉伸模量整體降幅達(dá)到26.66%,抗拉強(qiáng)度降幅為22.17%,而斷裂伸長(zhǎng)率上升了7.17%。竹纖維拉伸模量對(duì)含水率變化最為敏感,抗拉強(qiáng)度次之,斷裂伸長(zhǎng)率最小。細(xì)胞壁壓入模量、硬度隨含水率增加而減小。當(dāng)含水率從5.24%增加到13.14%過(guò)程中,壓入模量減少了14.74%,而硬度減少29.68%。細(xì)胞壁硬度隨含水率變化的敏感程度大于壓入模量。
【學(xué)位單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(jié)構(gòu)特征研究
        1.2.1 解剖形態(tài)
        1.2.2 多壁層結(jié)構(gòu)
        1.2.3 紋孔
        1.2.4 微纖絲角
        1.2.5 相對(duì)結(jié)晶度
    1.3 竹纖維化學(xué)成分
        1.3.1 纖維素
        1.3.2 半纖維素
        1.3.3 木質(zhì)素
    1.4 竹纖維力學(xué)性質(zhì)研究
    1.5 纖維細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)的主要影響因素
        1.5.1 結(jié)構(gòu)對(duì)纖維細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)的影響
        1.5.2 化學(xué)成分對(duì)纖維細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)的影響
        1.5.3 水分對(duì)纖維細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)的影響
        1.5.4 影響纖維細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)的其它因素
    1.6 研究目的和意義
    1.7 研究主要內(nèi)容
    1.8 研究技術(shù)路線
    1.9 項(xiàng)目支持及經(jīng)費(fèi)來(lái)源
第二章 結(jié)構(gòu)對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)的影響
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 竹纖維結(jié)構(gòu)特征
        2.3.2 竹纖維拉伸力學(xué)性能
        2.3.3 結(jié)構(gòu)對(duì)竹纖維力學(xué)性能的影響評(píng)價(jià)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 化學(xué)成分對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)的影響
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 樣品表觀形態(tài)變化
        3.3.2 竹纖維化學(xué)成分變化
        3.3.3 竹纖維結(jié)構(gòu)變化
        3.3.4 纖維拉伸力學(xué)性質(zhì)變化
        3.3.5 纖維細(xì)胞壁力學(xué)性質(zhì)變化
    3.4 小結(jié)
第四章 含水率對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)的影響
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 竹纖維樣品含水率確定
        4.3.2 含水率對(duì)竹纖維拉伸力學(xué)性質(zhì)影響
        4.3.3 含水率對(duì)竹纖維細(xì)胞壁力學(xué)性質(zhì)影響
    4.4 小結(jié)
第五章 結(jié)論與建議
    5.1 結(jié)論
        5.1.1 竹纖維解剖形態(tài)、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)的種間差異
        5.1.2 竹纖維解剖形態(tài)、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響
        5.1.3 化學(xué)成分對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)的影響
        5.1.4 含水率對(duì)竹纖維力學(xué)性質(zhì)的影響
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 建議
參考文獻(xiàn)
在讀期間的學(xué)術(shù)研究
導(dǎo)師簡(jiǎn)介
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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

本文編號(hào)：2863414