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。     

竹龄和竹秆纵向部位对青皮竹物理力学性能的影响

广东省广宁县拥有丰富的青皮竹资源,但因其径小壁薄而缺乏合理的开发利用。以青皮竹为研究对象,探究竹龄(1～5年生)和竹秆纵向部位(1～8 m)对竹材密度、纤维形态、化学成分、结晶度和纤维束拉伸性能的影响规律,以期为青皮竹的合理采伐利用和高性能竹纤维基复合材料开发提供依据。结果显示:随竹龄增大,青皮竹的密度逐渐增大,4年生密度达到最大值0.83 g/cm~3,纤维素含量由46%降低至40%,抽提物含量由9.1%提高至17.6%,相对结晶度(CrI)略有降低,但纤维形态无明显差异,纤维束拉伸性能提高,4年生拉伸强度达到最大值683.4 MPa, 5年生拉伸模量达到最大值36.5 GPa。随竹秆部位升高,青皮竹密度、化学成分和相对结晶度变化较小,但随着竹秆部位升高,纤维趋于细短,纤维束拉伸性能变差,拉伸强度从离地1～2 m处的683.4 MPa降低至7～8 m处的549.1 MPa。因生长发育期受寒潮雨雪冰冻天气影响,3年生青皮竹的密度、纤维形态、纤维素和抽提物含量变异较大。     

超声波辅助水提取淡竹叶黄酮和固形物的工艺研究

采用超声波辅助提取法,对淡竹叶总黄酮和固形物得率的工艺条件进行研究。以水为提取溶剂,通过单因素试验研究提取温度、提取时间、超声功率、料液比以及提取次数等对淡竹叶黄酮得率和固形物得率的影响。在单因素的基础上,通过正交试验对超声波辅助提取淡竹叶黄酮和固形物的工艺进行优化。结果表明:超声波辅助提取淡竹叶总黄酮的最佳工艺条件为提取时间40 min,料液比1∶20,超声温度70℃,超声频率40 k Hz。在此最佳工艺条件下总黄酮得率为1.23%。超声波辅助提取固形物的最佳工艺条件为提取时间50 min,料液比1∶40,超声温度70℃,超声频率50 k Hz。在此最佳工艺条件下固形物得率为13.15%。     

不同预处理对竹纤维束提取及其结构的影响

采用3种不同的预处理工艺提取获得竹纤维束,利用光学显微镜和X射线衍射法分别比较3种工艺下竹纤维束的微观形态和结晶结构。研究结果表明,低碱处理可分离提取竹纤维束,提取的竹纤维束为黄褐色丝状,直径为100～200μm。微观形态下,竹纤维束横截面呈蜂窝状,纵面呈多根柱形紧密排列状。3种工艺中,10%碱常温处理分离竹纤维最易,分离效果最好,残留基质黏附最少。由竹材经3种工艺提取的竹纤维束,结晶结构未改变,但相对结晶度均较原竹材有所提高。     

超声波辅助纳米Ag/TiO_2浸渍木材的化学改性与微观构造表征

【目的】采用超声波辅助浸渍制备纳米Ag/TiO_2木基复合材料,分析其化学结构与微观构造,为防霉抗菌型纳米木基复合材料研发提供理论依据。【方法】以樟子松为原料,以纳米Ag/TiO_2为主要试剂,以六偏磷酸钠和KH560为分散剂,采用超声波辅助浸渍制备纳米Ag/TiO_2木基复合材料,分析超声功率、超声时间和纳米Ag/TiO_2浓度对木材载药量和抗流失性能的影响,以及浸渍前后木材的微观构造、轴向分布、化学结构、结晶度和热稳定性。【结果】1)随着超声功率增加,木材载药量呈先升高后降低的趋势,在功率为75 W时达到峰值,载药量较常压浸渍提高31.5%,抗流失率随着超声功率增加持续提高,在功率为300 W时,抗流失率较常压浸渍提高7%;2)超声时间对载药量的影响不大,对抗流失率的影响呈先升高后降低的趋势,在超声时间为30 min时抗流失率达到峰值77.73%;3)随着纳米Ag/TiO_2浓度增加,载药量持续上升,浓度为2.0%时载药量为3.363 kg·m-3,抗流失率则持续下降,浓度为0.5%时抗流失率为78.33%;4)超声波辅助浸渍处理后,纳米Ag/TiO_2成功进入木材内部并附着在细胞壁上,团聚现象减少,分散性显著增强,浸渍深度加深;5)纳米TiO_2与木材表面的羟基发生氢键缔合反应,偶联剂KH560不仅枝接在TiO_2上,而且与木材纤维素中的羟基发生反应;6)纳米Ag/TiO_2木基复合材料出现锐钛矿型纳米TiO_2特征峰,在超声波作用下,纤维表面生长疲劳裂纹,木材纤维素结晶度略有下降;7)纳米Ag/TiO_2使纳米Ag/TiO_2木基复合材料热稳定性增强,最大降解温度升高11.8℃。【结论】1)超声波辅助处理可提高木材的载药量和抗流失率,超声功率对抗流失率影响显著;2)纳米Ag/TiO_2成功进入木材细胞腔并附着于细胞壁上,部分与木材纤维素羟基发生反应;3)纳米Ag/TiO_2木基复合材料较素材热稳定性能提高。     

用响应面法优化超声波辅助提取紫椴枝皮中的黄酮

为给紫椴中功能成分的深入研究提供参考依据,优化超声波辅助提取紫椴枝皮中黄酮类化合物的提取工艺,采用3因素3水平响应面分析方法,研究了超声提取时间、乙醇浓度、料液比对于超声波辅助提取紫椴枝皮中黄酮类化合物产量的影响。结果表明,超声波辅助提取最佳工艺为:超声提取时间26 min,乙醇体积分数43%,料液比(1︰37)g.mL-1。在此工艺条件下总黄酮得率为5.627%。     

不同化学处理方法对竹纤维化学成分的影响

采用硝酸+氯酸钾、双氧水+冰醋酸、次氯酸钠和氢氧化钠四种化学处理方法及超声和无超声两种处理条件对慈竹(Neosinocalamus affinis)进行分离得到竹纤维,利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和傅立叶变换拉曼光谱(FT-Raman)定性研究不同方法制取竹纤维的化学成分变化、分离过程中超声波处理对竹纤维化学成分的影响.结果表明:四种处理方法对纤维素的影响不明显；硝酸+氯酸钾、次氯酸钠和氢氧化钠制取的竹纤维中都含有木质素,但含量不同,双氧水+冰醋酸制取的竹纤维几乎不含木质素；四种处理方法都降解了半纤维素,但降解程度不同.在纤维分离过程中,超声处理能够缩短纤维分离时间,提高纤维分离效率,同时对纤维化学成分影响不明显.     

竹材宏观自仿生纤维束的拉伸性能分析

对几种不同仿生螺旋结构竹纤维束的纵向拉伸性能进行测试分析,结果表明:平行均布、单螺旋、双螺旋A、双螺旋B型竹纤维束的拉伸强度分别为11.5、51.7、52.2和56.1 MPa;螺旋结构能够消除纤维束中的强度薄弱点,改善纤维束中各根纤维的结合,同时纤维束各层螺旋角的逐渐变化也有利于拉伸强度的提高。单螺旋、双螺旋A、双螺旋B型竹纤维束的拉伸弹性模量分别为9 659、5 265和4 291 MPa,单螺旋竹纤维束的拉伸弹性模量优于双螺旋竹纤维束。宏观仿生螺旋结构提高了竹束的拉伸强度,却降低了弹性模量。     

超声波辅助减压提取枣皮多酚的研究

以陕西长枣皮为原料,采用超声波减压法提取其中多酚,通过单因素试验及正交试验L9(34)考察了各因素间的交互作用,优化了超声波辅助减压提取枣皮多酚的条件。在此基础上,对比了常规浸提、超声浸提和超声波辅助减压提取三者对提取得率和提取时间的影响,并通过清除自由基能力(DPPH·)衡量了各种提取方法的优劣。结果表明:超声波辅助减压提取枣皮多酚的最佳工艺参数为乙醇体积分数50%,提取温度55℃,液料比30∶1(mL∶g),超声波功率240 W,提取时间10 min,枣皮多酚得率可达5.05%,此条件下提取2次,多酚得率为6.33%,提取率即达97.37%;对比热浸提和超声波浸提,超声波辅助减压提取在明显缩短提取时间的同时又能显著提高枣皮多酚得率;清除自由基能力(DPPH·)测试表明超声波辅助减压提取所得的多酚粗提物活性最高,清除率88.4%,该方法能够更好的保护枣皮多酚的生物活性。     

竹原长纤维制备及其增强聚丙烯复合材料研究

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压工艺参数和LBF添加量对LBF/PP复合材料物理力学性能的影响,确定较佳的热压工艺和原料配方。实验结果表明:在处理温度100℃条件下,采用10%(质量分数)氢氧化钠、处理时间180 min的工艺预处理制得的LBF较竹片中的纤维素含量增加,木素含量下降,结晶度增大;LBF纤维平均长度为25.79 mm,长径比为173.02∶1.00,拉伸强度和拉伸模量分别为584.85 MPa和45.41 GPa。热压温度190℃、热压压力8 MPa、热压时间20 min、LBF质量分数为50%时,LBF/PP复合材料力学性能和耐水性能较佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到31.55 MPa、46.11 MPa、2 833.80 MPa和28.55 kJ/m~2,24 h的吸水率和厚度膨胀率分别为14.19%和8.11%,可应用于硬质仪表板、杂物箱等汽车内饰件。扫描电镜结果显示,纤维表面粗糙,热压过程使熔融状态的PP渗透到LBF表面的孔隙,形成较好的物理机械结合。     

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%。     

Evaluation of ultrasonic-assisted dyeing properties of fast-growing poplar wood treated by reactive dye based on grey system theory analysis

Ultrasonic-assisted dyeing as a novel and eco-friendly method was utilized to improve decorative value of fast-growing tree species. The effects of ultrasonic-assisted dyeing parameters (e.g., temperature, dye concentration, ultrasonic power, dipping time, dyeing assistant and dye-fixing agent) on the properties of wood were investigated, and the parameters were optimized. Moreover, the main factors mentioned above were determined with grey system theory analysis. Analyses of chemical structure, thermostability, crystallinity, and microscopic morphologies were conducted using fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric (TG), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscope (SEM), respectively. Results showed that dye uptake and K/S were influenced by the parameters in the following order: dye concentration?>?dye-fixing agent?>?dyeing assistant?>?dipping time?>?ultrasonic power?>?temperature. FTIR indicated that an ether bond was formed between the wood component and the reactive dye. TG and XRD demonstrated that the thermal stability and crystallinity of ultrasonic-assisted dyed wood were both improved. SEM revealed that dye molecules diffused into the cell cavity, wood vessel, aperture, and part of the wood microstructure such as pit membrane, which was mechanically damaged after the ultrasonic-assisted dyeing treatment and created new fluid channels for the dye.     

竹原纤维和竹粉纤维形态和化学成分分析

以3年生毛竹材为原料,研究了毛竹竹粉和竹原纤维的纤维形态和化学成分。纤维形态分析结果表明:竹原纤维的宽度(143μm)与竹粉(136μm)相当,长度(22.63 mm)远高于竹粉(0.61 mm),使其长宽比(158.25)远高于竹粉(4.49)。化学成分分析表明:竹原纤维的纤维素含量(65.6%)比竹粉(37.3%)高得多,聚戊糖含量(17.1%)略低于竹粉(20.1%)。竹粉中的木质素含量为24.5%,是竹原纤维中木质素含量(11.5%)的2倍多。竹原纤维的高纤维素含量和低木质素含量是其广泛应用于制浆造纸行业的重要原因。     

竹笋壳的化学脱胶初探

将人们废弃的竹笋壳进行化学脱胶,去除其中的木质素、果胶、蜡质、灰分等,然后对脱胶后纤维的物理机械性能进行测试,结果显示,脱胶后竹笋壳纤维的长度、细度、强力、初始模量等都类似于苎麻,是一种可用的纺织新纤维。     

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%).     

竹材宏观微观力学性能试验与数值模拟

竹材是一种力学性能优异、可再生和环保的结构性材料,具有广阔的工程应用前景.准确掌握竹材各组分的力学性能参数对于竹材的工程应用具有重要意义.结合细观力学和材料力学方法得到了一种确定竹材纤维和基体材料力学性能参数的计算方法:首先通过竹材试件的准静态压缩、拉伸和弯曲试验,获得了竹材在不同加载条件下的宏观力学性能;然后结合细观...     

竹纤维*经济墙板初探

毛竹经鼓式削片机削片后用锤式打碎机加工成竹纤维。将竹纤维与采用同样工艺制备的针、阔叶木纤维进行纤 维形态对比，并用竹纤维取代木纤维作为混凝土骨科制备经济墙板。试验结果表明1)竹纤维形态优于木纤维；2)竹纤 维墙板可与针叶材纤维墙板媲美，且密度较低；3)用膨润土代替部分水泥可制备轻质经济墙板，轻质经济墙板的密度仅 为普通经济墙板的3／4，且强度及导热性能略优于普通经济墙板。     

超声法提取薏苡仁油的工艺研究

采用超声波法提取薏苡仁油,对其中的影响因素提取溶剂、药材粒径、提取时间、提取温度、料液比等进行系统研究。结果表明：将薏苡仁药材粉碎至粒径60目,按料液比1∶3．5加入无水乙醇为提取溶剂,在60℃温度下提取40 min ,所得提取率最高为11．8％。该提取工艺具有提取时间短,效率高,节省溶剂的特点。     

Tensile properties of Moso bamboo (Phyllostachys pubescens) and its components with respect to its fiber-reinforced composite structure

Bamboo is a fiber-reinforced bio-composite since its culm wall is mainly composed of parenchymatous ground tissue in which vascular bundles are embedded. In order to analyze the mechanical properties of bamboo as a function of its components, tensile tests were performed on bamboo blocks and the corresponding volume fractions of fiber and parenchymatous ground tissue were measured. More significant linear relationships were found between tensile properties and volume fractions of the bamboo components. The tensile strength and modulus of elasticity of bamboo fiber and parenchymatous tissue were estimated according to the linear equations obtained by regression analysis. The macrographs of fractured bamboo blocks and the micrographs of fracture surfaces obtained by scanning electron microscope were also analyzed. Further tensile tests on separated bamboo fiber bundles were analyzed. Results show that the tensile strength of bamboo fiber obtained from the tests on bamboo blocks was higher than that on separated fiber bundles. This might be due to the interaction between components in bamboo in which parenchymatous ground tissue can pass loads and distribute the stresses loaded on fibers.