竹纤维力学性能的主要影响因素研究

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1、分类号S781密级公开UDC学位论文竹纤维力学性能的主要影响因素研究TheMainInfluenceFactorsofBambooFiberMechanicalProperties田根林指导教师姓名江泽慧教授申请学位级别博士专业名称木材科学与技术研究方向竹藤材结构与性能论文提交日期2015年5月论文答辩日期2015年6月学位授予日期2015年7月答辩委员会主席姜笑梅评阅人北京·中国林业科学研究院学位论文竹纤维力学性能的主要影响因素研究学位论文作者田根林指导教师姓名江泽慧教授指导小组成员刘杏娥研究员申请学位级别博士专业名称木材科学与技术研究方向竹藤材结构与性能论文答辩日期201

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

3、yofForestry独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在哥师指导Ｋ进巧的研究工作及取得的研巧成，论文中不包含其他人己经发表果，。尽巧所知除Ｔ文中特別加标巧和致谢的地方外或撰写过的研巧成果，也不包含为获得本研究生培养单巧或其它教巧机构的学位或证书？。化同了作的同志对本研究所做的任何贡献均。化论义中作了明确而使１１１过的材料的说明并表小谢意。：学位论文作巧签名：巧抓來円期如年＾月ｎ学位论文版权使用授权书木学位论义作巧完全了解中国林业科学研巧院巧关保留、使川学位论文的规定，中閨林业科学硏巧院有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件

4、和磕盘，允许论文被查阅和借阅Ｌ义将学位论文的全部或部分内容编入。本人授权中国林业科学研％院可Ｌ、、。有关数据巧进行检索，巧Ｕ采用影印缩印或扫描等毎制手段保存汇编学位论文）（保密的学位论文住解密后适用本授权书：学位论文作者簽名：巧振４导师签名译楚年月义年月之円＞／ｒ／丈＾＾摘要竹纤维是竹子的主要承载单元。优异的力学性能，是竹纤维综合利用的基础。对竹纤维力学性质及其影响因素进行系统研究，不仅可以深刻理解竹子生长的生物力学机制，还可为竹纤维选择性利用及先进复合材料研究和开发提供理论依据和数据支持。本论文从微观结构、化学成分、含水率三方面对竹纤维力学性能

5、的影响进行了系统研究。微观结构方面，选取毛竹（Phyllostachysedulis）等12种竹子，通过单纤拉伸技术研究了纤维解剖形态、细胞壁结构对其力学性能的影响；化学成分方面，以毛竹纤维为研究对象，采用单纤拉伸和原位纳米压痕技术，研究了木质素、半纤维素逐步脱除对竹纤维及其细胞壁力学性能的影响；含水率方面，以毛竹为研究对象，采用单纤拉伸和原位纳米压痕技术，研究了含水率变化对竹纤维及其细胞壁力学性能的影响，阐明了竹纤维力学性质随含水率变化规律。主要结论如下：（1）所选12种竹子纤维长径比介于122~165，壁腔比介于4.20~7.50，属于长径比较大的厚壁纤维；纤维细胞壁为厚

6、薄交替的多壁层结构；纹孔小且少；微纤丝角小，介于7.31~10.60°；相对结晶度较高，为67.26~75.22%。竹纤维结构的种间差异较明显。（2）竹纤维断裂过程呈典型的线弹性破坏。12种竹子纤维拉伸弹性模量介于25.5~46.3GPa，顺纹抗拉强度介于1.13~1.93GPa，断裂伸长率介于3.95~6.70%，力学性能的种间差异较为明显。影响竹纤维力学性能的主要结构因素为壁腔比、微纤丝角。壁腔比、微纤丝角与弹性模量显著负相关，两者与抗拉强度无显著相关性，微纤丝角与断裂伸长率显著正相关。（3）随着木质素的脱除，竹纤维拉伸模量整体上变化幅度不大；而随着半纤维素的脱除，冻干和

7、气干状态下拉伸模量分别降低了51.43%和23.12%。抗拉强度随着基质物质的脱除呈下降趋势，冻干状态下降幅度达到54.65%；而气干状态下因微纤丝重聚仅略有减小。断裂伸长率随木质素的脱除略有减小，而随着半纤维素的脱除，冻干和气干状态下断裂伸长率分别增加了185.39%和153.49%。（4）离析过程中，细胞壁压入模量变化不大，而硬度在冻干和气干状态下分别下降了19.27%和18%。随着木质素的进一步脱除，细胞壁压入模量略有增加，但随着半纤维I素的脱除，气干和冻干状态下分别下降了13.71%和13.42