竹纖維力學(xué)性能的主要影響因素研究

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1、分類號S781密級公開UDC學(xué)位論文竹纖維力學(xué)性能的主要影響因素研究TheMainInfluenceFactorsofBambooFiberMechanicalProperties田根林指導(dǎo)教師姓名江澤慧教授申請學(xué)位級別博士專業(yè)名稱木材科學(xué)與技術(shù)研究方向竹藤材結(jié)構(gòu)與性能論文提交日期2015年5月論文答辯日期2015年6月學(xué)位授予日期2015年7月答辯委員會主席姜笑梅評閱人北京·中國林業(yè)科學(xué)研究院學(xué)位論文竹纖維力學(xué)性能的主要影響因素研究學(xué)位論文作者田根林指導(dǎo)教師姓名江澤慧教授指導(dǎo)小組成員劉杏娥研究員申請學(xué)位級別博士專業(yè)名稱木材科學(xué)與技術(shù)研究方向竹藤材結(jié)構(gòu)與性能論文答辯日期201

2、5年6月中國·北京DissertationfortheDegreeTheMainInfluenceFactorsofBambooFiberMechanicalPropertiesCandidate:TianGenlinSupervisor:JiangZehuiAssociateSupervisor:LiuXing’eAcademicDegreeAppliedfor:DoctorSpeciality:WoodScienceandtechnologyDateofDefence:June,2015Degree-conferring-institution:ChineseAcadem

3、yofForestry獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在哥師指導(dǎo)Ｋ進(jìn)巧的研究工作及取得的研巧成，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表果，。盡巧所知除Ｔ文中特別加標(biāo)巧和致謝的地方外或撰寫過的研巧成果，也不包含為獲得本研究生培養(yǎng)單巧或其它教巧機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書？?；俗鞯耐緦Ρ狙芯克龅娜魏呜暙I(xiàn)均。化論義中作了明確而使１１１過的材料的說明并表小謝意。：學(xué)位論文作巧簽名：巧抓來円期如年＾月ｎ學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書木學(xué)位論義作巧完全了解中國林業(yè)科學(xué)研巧院巧關(guān)保留、使川學(xué)位論文的規(guī)定，中閨林業(yè)科學(xué)硏巧院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件

4、和磕盤，允許論文被查閱和借閱Ｌ義將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入。本人授權(quán)中國林業(yè)科學(xué)研％院可Ｌ、、。有關(guān)數(shù)據(jù)巧進(jìn)行檢索，巧Ｕ采用影印縮印或掃描等毎制手段保存匯編學(xué)位論文）（保密的學(xué)位論文住解密后適用本授權(quán)書：學(xué)位論文作者簽名：巧振４導(dǎo)師簽名譯楚年月義年月之円＞／ｒ／丈＾＾摘要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、含水率三方面對竹纖維力學(xué)性能

5、的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。微觀結(jié)構(gòu)方面，選取毛竹（Phyllostachysedulis）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(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對其力學(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(xì)胞壁力學(xué)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(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(xì)胞壁為厚

6、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25.5~46.3GPa，順紋抗拉強(qiáng)度介于1.13~1.93GPa，斷裂伸長率介于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

7、氣干狀態(tài)下拉伸模量分別降低了51.43%和23.12%?？估瓘?qiáng)度隨著基質(zhì)物質(zhì)的脫除呈下降趨勢，凍干狀態(tài)下降幅度達(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185.39%和153.49%。（4）離析過程中，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I素的脫除，氣干和凍干狀態(tài)下分別下降了13.71%和13.42