竹纖維力學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學位論文竹纖維力學性能的主要影響因素研究TheMainInfluenceFactorsofBambooFiberMechanicalProperties田根林指導教師姓名江澤慧教授申請學位級別博士專業(yè)名稱木材科學與技術研究方向竹藤材結構與性能論文提交日期2015年5月論文答辯日期2015年6月學位授予日期2015年7月答辯委員會主席姜笑梅評閱人北京·中國林業(yè)科學研究院學位論文竹纖維力學性能的主要影響因素研究學位論文作者田根林指導教師姓名江澤慧教授指導小組成員劉杏娥研究員申請學位級別博士專業(yè)名稱木材科學與技術研究方向竹藤材結構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獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在哥師指導Ｋ進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)單巧或其它教巧機構的學位或證書？。化同了作的同志對本研究所做的任何貢獻均。化論義中作了明確而使１１１過的材料的說明并表小謝意。：學位論文作巧簽名：巧抓來円期如年＾月ｎ學位論文版權使用授權書木學位論義作巧完全了解中國林業(yè)科學研巧院巧關保留、使川學位論文的規(guī)定，中閨林業(yè)科學硏巧院有權保留并向國家有關部口或機構送交論文的復印件

4、和磕盤，允許論文被查閱和借閱Ｌ義將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入。本人授權中國林業(yè)科學研％院可Ｌ、、。有關數(shù)據(jù)巧進行檢索，巧Ｕ采用影印縮印或掃描等毎制手段保存匯編學位論文）（保密的學位論文住解密后適用本授權書：學位論文作者簽名：巧振４導師簽名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)異的力學性能，是竹纖維綜合利用的基礎。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

5、的影響進行了系統(tǒng)研究。微觀結構方面，選取毛竹（Phyllostachysedulis）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(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，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

6、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25.5~46.3GPa，順紋抗拉強度介于1.13~1.93GPa，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(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185.39%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(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I素的脫除，氣干和凍干狀態(tài)下分別下降了13.71%和13.42