超声辅助提取对竹纤维结构和机械性能的影响

文章以超声波辅助提取竹纤维,研究超声波处理以及超声波处理方式（前超声和后超声）对低试剂量条件下提取竹纤维结构和热性能的影响。结果表明：超声波处理应用于低试剂量竹纤维提取,可降低竹纤维胶质含量,改善竹纤维细度和细度均匀性。用后超声辅助提取竹纤维,竹纤维胶质含量可降低13.2%,纤维直径由489±247 μm降至224±52 μm,平均直径降低率达54.2%。超声辅助提取对竹纤维机械性能有一定程度的影响,对竹纤维拉伸强度略有降低,拉伸模量下降明显,断裂伸长率略有提高,机械强度均匀性增加;后超声辅助提取较前超声辅助提取对竹纤维的机械性能降低程度小。经提取工艺,竹纤维结晶度增加,但超声辅助提取竹纤维结晶度又略有下降,未超声竹纤维结晶度为56.50%,后超声竹纤维结晶度为55.89%,前超声竹纤维结晶度为56.25%;傅里叶红外光谱分析表明,竹纤维化学结构变化主要由纤维提取工艺引起,超声处理对纤维结构影响不明显;通过电镜观察,经纤维提取工艺,原竹材结构中被胶质包覆的单纤维形态暴露,单丝状明显,超声辅助提取增加了纤维表面粗糙度,后超声辅助提取单丝分散性增强;总体上,超声辅助提取可促进低试剂量条件下的长竹纤维提取,对纤维细度有明显改善效果,但对纤维结构和机械性能影响不大。     

竹材横向断裂的物理模型与能量吸收机制:纤维束的断裂与抽拔

采用细观力学方法,研究竹材在横弯断裂过程中竹纤维束断裂与抽拔这2种损伤模式的能量吸收机制,并实际计算基本组织开裂、界面分层、竹纤维束断裂、竹纤维束抽拔4种损伤模式对竹材横弯断裂的增韧贡献。结果表明:1)不同组织结构在损伤演化过程中会因不同的能耗而具有不同的增韧贡献,在这4种导致竹材优良强韧性能的主要结构因素中,单位面积上纤维束拔出功对断裂功的贡献最大,其次是纤维束断裂;2)通过对试件的断裂总耗能试验值与按照4种损伤模型计算的耗能理论值进行比较,二者结果很接近,表明本文对竹材不同组织结构在横弯失效中的力学功能所建立的物理模型基本正确。     

纺织用天然竹纤维的结构和热性能

采用SEM、FT-IR、WAXD、TG和DSC等分析方法对纺织用天然竹纤维的结构和热性能进行了表征，并与普通棉纤维进行了比较，研究结果表明：天然竹纤维截面呈扁平状，无皮芯层结构，纤维中间具有孔洞，纵向存在沟槽，横向有枝节；由竹材提取竹纤维的工艺未改变天然竹纤维的结晶结构属性，其结晶变体属于纤维素Ⅰ，由WAXD测定的结晶度和由FT-IR获得的结晶指数比棉纤维高；天然竹纤维的热稳定性和热降解机理与棉纤维相同，但在氮气中热裂解的吸热量和在空气中热降解的放热量低于棉纤维，这与其分子链间氢键作用的强度较大有关。     

生机无限的竹纤维

利用竹子提取纤维纺纱织布做衣物———人们感到新奇。然而,浙江南方竹木制品有限公司的创举已使这项工艺成为现实,采用中草药配方和机械物理方法成功地从竹材中提取出纺织用竹纤维。使用该项工艺提取竹纤维,具有保持纤维束的天然属性、中空、拉力强度大、长度和线密度可调、无污染等特点,是1种良好的生态纤维材料。以竹纤维为原材料生产的纺织品具有清凉爽滑、轻柔挺括、舒适透气、吸湿性强、抗紫外线、抗菌等特点。目前,该公司已建成年产3 0 0 0t纺织用竹纤维生产线,开始为市场提供优质环保型纺织原料。该原料已成功地用于制衣行业。按我…     

蒸煮处理对竹纤维化学组成的影响及机理

采用热机械-蒸煮方法制备慈竹纤维,并运用FTIR、x-射线衍射分析技术对蒸煮处理前后慈竹纤维的化学组成、结晶结构进行了研究,此外,还研究了处理前后慈竹化学成分的变化,结果表明:不同蒸煮工艺处理后竹纤维的纤维素较未处理竹材有所上升,而木质素含量有所下降,其中,第2组蒸煮工艺所得纤维素含量提高了19.27%,木质素含量下降了38.85%,运用x-射线衍射测得的纤维素结晶度均有所上升。     

分丝方法对竹纤维提取及机械性能的影响

天然植物纤维替代合成纤维应用已广受关注。竹纤维具有资源广泛、质量小、比强度和比模量高等优点,用作复合材料的增强材料具有多方面优势。分别采用梳理、辊压/平压联合梳理多种分丝方法提取竹纤维,研究了分丝方法对竹纤维提取及机械性能的影响。结果表明:提取出的较好竹纤维主要由原竹材维管束上的纤维束组成,直径集中分布于007~020 mm;采用多级分丝方法可有效降低纤维细度,提高纤维分离度和均匀性,但也可能加大纤维内部缺陷。辊压与梳理联合分丝提取竹纤维具有较高的机械性能,辊压梳理工艺提取的竹纤维平均拉伸强度、断裂伸长率和拉伸模量分别为(479±175)MPa,(195±071)%和(331±125)GPa。采用二参威布尔模型对竹纤维机械性能分析可知,分丝方法对竹纤维拉伸强度和拉伸模量的威布尔形状参数有一定影响,辊压梳理及辊压二次梳理所得竹纤维的拉伸强度威布尔形状参数低于其他分丝方法,二次梳理所得竹纤维的拉伸模量威布尔形状参数高于一次梳理。     

集装箱底板用竹基纤维复合制造技术

以毛竹和绿竹为原料,酚醛树脂为胶黏剂,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒分离形成由竹纤维束组成的网状结构的纤维化单板,经过工艺和结构设计,制造竹基纤维复合集装箱底板,并与传统阿必通、竹木和竹篾全竹集装箱底板的性能进行对比分析.结果表明:在不去竹青和竹黄的条件下,采用合理的结构和工艺制造的竹基纤维复合材料,性能达到或超过GB/T 19536-2004《集装箱底板用胶合板》标准规定的各项指标要求,其综合性能超过传统阿必通、竹木和竹篾全竹集装箱底板.采用纤维化单板,可改变传统竹条和竹篾的单元结构,既简化加工过程,提高竹材的利用率和生产效率,竹材一次利用率达到90％以上,竹基纤维复合集装箱底板是一种新型的高效利用的集装箱底板.     

蒸汽爆破处理对竹纤维的影响

以小径级毛竹为研究对象,研究了蒸汽爆破处理对制备竹纤维的影响.利用傅里叶红外光谱和扫描电镜对爆破处理前后竹纤维化学成分和纤维形态进行分析.结果表明:蒸汽爆破对竹纤维分离效果好,纤维直径减小,保压时间越长,纤维分散效果越好,柔软性越好.爆破处理能够有效促进纤维中半纤维素降解和木质素的分离,使溶出物颗粒覆盖在纤维表面.蒸汽爆破处理使得竹纤维比表面积增大,改善了竹纤维的形态结构.     

水热或碱预处理协同无机硅矿化竹材性能北大核心

水热处理和碱处理诱导竹材细胞壁组分降解和小分子物质的溶解,可缩短无机硅在竹材内的有效渗透路径,提供额外的微/纳米通道和沉积空间。以四年生毛竹为研究对象,采用显微观察技术、傅里叶变换红外光谱技术和X射线衍射技术等,探究水热处理和碱处理对竹材微观结构、液体渗透性和化学组成的影响,揭示预处理方式对无机硅矿化竹材疏水性、力学性能和热稳定性等性能的作用机制。结果表明:相比于水热处理,碱处理对细胞壁中半纤维素和木质素的降解效果更为显著,构筑了疏松的细胞壁结构状态。但碱处理过程中的降解作用,在一定程度上给竹材的吸水性、吸湿性、表面硬度和力学性能等带来负面影响。无机硅矿化作用可以弥补上述负面作用,以改善竹材的疏水性、阻湿性和力学性能等。同时,无机硅矿化与碱处理可协同提高竹材的热稳定性。     

竹材在压缩大变形下的力学行为Ⅱ.微观变形特征

以毛竹小试件为对象,使用显微加栽装置研究了竹材在三个方向的压缩大变形下微观结构的变化特征。研究表明,竹材在径向受压和弦向受压时具有相同的屈服极限,这主要取决于薄壁基本组织在横向具有相同的屈服行为。由于竹材基本组织是传递荷栽的优良基体,竹壁在径向压缩和弦向压缩下具有相同的宏观力学行为,可视为两相纤维复合材料;在轴向压缩大变形下,竹材承栽的主体是竹纤维,轴压屈服极限是横压屈服极限的3倍。     

碱液处理对改善竹束液体渗透性能的研究

竹材液体渗透性是影响竹材改性处理效果的重要因素。采用碱液处理(80℃,质量分数1%～4%,处理时间1～4 h)竹束,分析工艺参数对竹束质量损失率、染液质量增加率的影响,解析处理前后竹材微观构造、孔隙结构参数的变化情况,揭示碱液处理改善竹材液体渗透性的机理。结果显示,碱液质量分数及处理时间对竹束质量损失率影响显著。碱液质量分数2%、处理时间1 h条件下,可以在保证竹束液体渗透性改善效果和处理效率的同时,使竹束质量损失率较小。扫描电镜观察发现,碱液处理后竹束导管等细胞产生明显皱缩,导管壁上规则的网状孔隙结构产生破坏,竹材部分闭塞孔隙结构重新打开,竹纤维产生剥离现象。压汞测试分析发现,碱液处理后竹材显微构造变化会导致竹束内部孔体积增大;细胞壁内部孔径40 nm左右的孔隙增多,孔径增大。竹束纤维细胞剥离可增加液体渗透通道,缩短液体渗透路径,降低液体渗透压,提升液体渗透效率。孔体积的增大导致流体在竹束内部的渗透量增大,孔径增大导致流体在竹束内部渗透的效率提高。竹束细胞壁内部小尺寸孔隙的增加,使流体有更多的渗透路径向细胞壁内部渗透,易于实现深度均匀渗透。     

竹束的制备及性能评价

将竹材用不同的预处理方法处理后,碾压、梳解制成竹束,对竹束进行断裂强度、细度的测定.试验结果表明,对竹材进行碱处理能有效地提高制备竹束的效率,采用细度和断裂强度来评价竹束的性能是可行的.竹束的细度范围为793～1445 tex,断裂强度的范围在0.73～2.32 cN/tex之间.随着竹束细度数值的增加,竹束断裂强度有减小的趋势.     

漂白竹浆碱抽提制备溶解浆的研究

以漂白竹浆为原料,通过碱抽提技术制备竹溶解浆,并用X射线衍射仪研究竹浆中纤维素晶型结构的变化,用场发射扫描电镜(FE-SEM)观察纤维表面形貌的变化,采用凝胶渗透色谱(GPC)分析碱抽提后竹浆相对分子质量分布(MWD)。经碱抽提后,采用盐酸进行酸处理,以调控溶解浆的聚合度、灰分和白度。研究结果表明:在浆质量分数10%条件下,Na OH质量分数10%,温度30℃,时间60 min,半纤维素脱除率可达66.71%;FE-SEM观察到半纤维素的去除减少了纤维表面原纤化现象,增大纤维横向宽度,增加了纤维柔软性及卷曲性;GPC分析表明多分散系数(PDI)随半纤维素的去除逐渐下降,由7.71降至4.43,竹浆相对分子质量增加,提高了相对分子质量分布的均一性。酸处理过程使残余半纤维素质量分数降至7.02%,竹溶解浆纤维素纯度高达94.25%。     

Water adsorption properties of bamboo in the longitudinal direction

Differences in the water adsorption properties of moso bamboo (Phyllostachys pubescens) were examined by analyzing the isotherms. Hygroscopicity decreased from the bottom to the top of the culm, and this tendency was marked above about 80% relative humidity. Results of alkali extraction and the analysis of bundle sheath distribution revealed that the distribution of hygroscopic saccharides, for example, hemicelluloses and less-hygroscopic vascular bundles, affects the hygroscopicity, which varies depending on the position of the internode.     

竹节对竹材力学强度影响的研究

本文对毛竹和刚竹的带节材与不带节竹材的主要力学性质研究表明,带节竹材的抗弯强度、顺纹抗压、抗剪、抗拉强度和冲击韧性都有一定程度降低的趋向,但抗劈开强度和横纹抗拉强度却有明显提高。影响竹材力学强度的主要因素是维管束数量、维管束排列方向及维管束中纤维的力学强度,了解这些规律,对复合材料的结构仿生有重要参考作用。     

青皮竹和慈竹不同发育期竹材解剖特征研究

实验观测了青皮竹(Bambusa textilis McClure)和慈竹(B.emeiensis)不同发育期(竹笋、幼竹和成年竹)的解剖特征,包括组织比量、基本组织、维管束及纤维形态的变化。结果表明,随着发育成熟,2个竹种的基本组织比量都呈现下降趋势,而输导组织和纤维组织则呈现不同程度的增长趋势。基本组织的减小量基本上等于纤维组织和输导组织的增加量。在同一发育期慈竹的维管束密度大于青皮竹。纤维长度随着竹龄的增加而变长和增宽,在同一发育期,纤维细胞的直径中部大于基部和顶部。竹子发育期间,纤维直径、双壁厚、长宽比及腔径比都随竹龄增加而增大,壁腔比则呈现下降趋势。2种竹材维管束的径向宽度均大于其弦向宽度。     

竹重组材微晶结构的X射线衍射分析

运用X射线衍射分析(XRD)的检测手段,对冷压热固化与热压法两种生产模式的竹重组材试样进行分析,结果表明竹材纤维素是以微晶结构为基础的无定型结构,仅在衍射角2θ为22.5°附近出现较突出的晶体衍射峰,在衍射角16.7°、35°附近出现对应强度较弱的晶体衍射峰。冷压热固化与热压过程中,竹材纤维素结晶区主体结构未见明显变化,但相对结晶度有不同程度下降,对竹重组材的物理力学性能有所影响。     

Effect of alkali treatment on wettability and thermal stability of individual bamboo fibers

The aim of this study is to examine the wettability and thermal properties of individual bamboo fibers after alkali treatment. The individual bamboo fibers were treated by sodium hydroxide (NaOH) solution with varying concentrations (6, 8, 10, 15 and 25%) followed by freeze-drying treatment. The surface analysis of alkali-treated individual bamboo fibers was characterized by atomic force microscope. Water droplet on the individual fiber surface was observed with drop shaper analyzer and the contact angles on fiber surface were also measured. Thermal properties were further studied by thermogravimetric analysis. The results indicated that alkali treatment resulted in the increase in surface roughness of individual bamboo fibers. Alkali treatment with low NaOH concentration could enhance the wettability of treated individual bamboo fibers, and while the wettability was reduced with alkali treatment at high concentration (25%). Thermal analysis revealed that the onset of decomposition and the maximum decomposition were moved to higher temperature after alkali treatment at low NaOH concentrations (6, 8, and 10%), suggesting the improvement in the thermal stability of treated individual bamboo fibers, while the thermal stability was compromised after alkali treatment at higher concentrations (15 and 25%).     

球磨-酶解法制备纳米竹纤维的结构表征

采用机械球磨对竹纤维进行预处理,再经纤维素酶水解制备纳米竹纤维。通过光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对竹纤维的形貌、组成、光谱学性能以及晶体特性进行了表征。实验结果表明:球磨法和酶解法在一定程度上都可以细化竹纤维;球磨预处理有助于竹纤维的酶解过程,且球磨-酶解法制备的纳米竹纤维粒径在100 nm左右;所制备的纳米竹纤维仍然保持竹纤维的基本化学结构,但球磨处理破坏了纤维素的结晶结构,其结晶度由64.15%降低到了38.55%。