不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角

【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。【结果】毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。【结论】生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。     

五种丛生竹天然抗白蚁性能研究

笔者以梁山慈竹、龙竹、勃氏甜龙竹、撑绿杂交竹、硬头黄竹为研究对象,参考国家标准GB/T 18260-2000对不同竹种、不同竹龄、不同部位的竹材进行了天然抗白蚁性能比较,以筛选抗蛀性能较好的竹材.结果表明:五种丛生竹的竹材均不具有天然抗白蚁性能;竹龄对梁山慈竹抗白蚁性能影响显著,随竹龄增加其失重率减小,竹材部位对其影响不显著.竹龄在3年以上的梁山慈竹的天然抗白蚁性优于1年和2年的;竹龄对龙竹抗白蚁性能影响不显著,竹材部位对其影响极显著,竹材上部与中下部差异显著,竹材上部失重率大于中下部;五种竹材被白蚁蛀蚀的失重率大小顺序为:梁山慈竹失重率最小,其次为勃氏甜龙竹、龙竹和硬头黄竹,撑绿杂交竹的抗白蚁性能最差、失重率最高;去竹青竹黄的龙竹试样失重率高于原竹试样,说明竹青竹黄对白蚁蛀蚀有一定防护作用.     

毛竹竹材物理力学性能研究

为了解不同竹龄毛竹生材含水率、线性干缩率、气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度等物理性能,对其加工应用的影响,笔者以2-7年生毛竹为材料进行研究,结果表明：竹材的生材含水率、气干干缩率（弦向、径向、纵向）和全干缩率（弦向、径向、纵向）随着竹龄的增加呈减小的趋势;从基部到梢部竹材的生材含水率、线性干缩率均减小;竹材线性干缩率弦向＞径向＞纵向.竹材气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度均随着竹龄的增加呈增大的趋势,尤其是3年生竹材的这些物理力学性能与2年生差异显著,但3年后生竹材差异不大;从基部到梢部竹材的气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度逐渐增加.综合考虑毛竹的物理力学性能和竹林的经济效益,适合采伐的是3年后生竹材,锯截之后的竹材也应根据部位不同进行区分,以便于加工应用过程中合理利用,提高产品的理化性能和质量的稳定性.     

云南西盟龙竹材性初步研究

对1～5年生竹龄龙竹的物理力学性能和龙竹竹材不同部位竹材物理力学性能进行试验研究。结果表明,龙竹的竹制品加工,竹龄选择是影响竹制品性能的重要因素,竹制品加工选取竹材的不同部位也是需要考虑的因素。通过对1～5年生竹龄不同种类龙竹的竹材性能进行试验分析还发现,竹壁厚薄不均,产生的收缩应力更大,更易开裂;龙竹根部的竹筒部位由于含水率较高也较易开裂;就竹龄而言,4年以下竹龄的龙竹也较易开裂;竹壁厚度也是影响龙竹开裂的重要因素之一,竹壁较薄的龙竹较容易开裂。     

慈竹材物理力学性质研究

对四川江油1～3年生慈竹材主要物理力学性质进行了测定与分析,结果显示:竹材气千密度,全干密度,基本密度,顺纹抗压强度,顺纹抗剪强度随竹龄和竹秆高度的增加而增加:径、弦向全干缩率随竹龄和竹秆高度的增加而减小:径向全千缩率大于弦向:竹壁厚度随竹龄的增加而增厚,随竹秆高度的增加而减小.方差分析表明,竹材全干密度,基本密度,径、弦向全干缩率,顺纹抗压强度随竹龄变化在0.001水平显著;全千密度,竹壁厚度,顺纹抗剪强度随竹秆高度变化在0.001水平显著.     

竹龄与竹材部位对毛竹材动态黏弹性的影响

以毛竹材为研究对象,探索不同竹龄、竹秆部位、竹壁部位对毛竹材动态黏弹性的影响。结果表明：在相同的测量条件下,随着测试温度的升高,毛竹材的贮存模量逐渐减小,损耗模量先增大后减小。随着竹龄的增加,毛竹材的贮存模量和损耗模量逐渐增大;在竹秆轴向上,毛竹材的贮存模量和损耗模量自下而上逐渐增大;在竹壁径向上,毛竹材的贮存模量和损耗模量由内而外逐渐增大。     

24种竹材炭化热值与工业分析

【目的】探究相同炭化工艺下不同竹种、竹龄和竹材不同部位等因素与竹炭热值之间的关系,分析竹炭热值与灰分、挥发分和固定碳含量之间的相关性,推导热值计算的经验公式,为竹材工业化和资源化利用提供参考和借鉴。【方法】选取浙江省杭州市临安区24种竹材以及安吉县2～13年生毛竹,在相同炭化工艺条件下烧制成炭,采用控制变量法测试24种竹材中部炭化料、2～13年生毛竹中部炭化料以及毛竹材不同竹龄(4、5、6年)和不同部位(梢部、中部和基部)炭化料的热值和工业分析参数,分析不同竹种、竹龄和竹材不同部位炭化料热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的关系。通过SPSS软件对热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的相关性进行鉴定和分析,根据竹炭热值与竹材炭化料固定碳含量和炭化温度之间的关系推导热值计算的经验公式。【结果】24种竹材竹炭热值为27.94～32.98 kJ·g~(-1),平均值为31.10 kJ·g~(-1),标准差为1.11,固定碳含量为75.35%～92.59%,平均值为85.87%,标准差为3.65,灰分含量为3.34%～15.98%,平均值为7.21%,挥发分含量平均值为6.91%; 2～13年生毛竹竹炭热值为30.93～33.81 kJ·g~(-1),固定碳、灰分和挥发分含量的标准差均在5以下; 4、5、6年竹龄毛竹炭化料各部位热值绝对差异在1.38 kJ·g~(-1)以内,相对差异在3%以内。竹炭的高位热值与固定碳含量呈正相关、与灰分含量呈负相关,通过试验以及整理归纳大量竹炭炭化温度与热值、理化性能的测试数据,推导出竹炭热值(Q)与其炭化温度(T)和相应的固定碳含量(C)之间换算的经验公式。【结论】1)不同竹种炭化料热值和工业分析参数存在显著差异,取决于不同竹种各自的结构特性,相同竹种炭化料,木质素含量较高的基部热值高于中部和梢部,竹龄和生长部位对热值和工业分析参数变化无明显影响; 2)竹材炭化料热值与固定碳、灰分含量之间呈线性关系,其中热值与固定碳含量呈显著正相关、与灰分含量呈显著负相关,热值(Q)与固定碳含量(C)的经验公式以及固定碳含量与其相对应炭化温度(T)的经验公式为Q=0.001 8C2-0.111C+28.099 (R~2=0.72)、C=26.934ln T-93.122(R~2=0.88)。     

不同地位级雷竹竹材的物理力学性质比较

测定了不同地位级不同竹龄雷竹竹材的物理力学性质,结果表明:不同地位级雷竹竹材的基本密度和力学性质都随竹龄的增大而提高;径向、弦向和体积全干缩率随竹龄增大而减少,地位级Ⅱ的竹材的基本密度和力学性质高于地位级Ⅰ的,径向、弦向和体积全干缩系数小于地位级Ⅰ;不同地位级的竹材基本密度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度和弦向抗弯强度有显著差异.     

耐寒丛生竹椽竹竹材的理化性质分析

测定了椽竹竹材的理化性质,并与毛竹、青皮竹和绿竹竹材进行了比较分析.结果表明:椽竹各竹龄竹材的基本密度、气干密度和全干密度平均值分别为0.523～0.632 g·cm-3、0.656～0.801 g·cm-3和0.658～0.777 g·cm-3,随着竹龄增长各部位竹材密度表现出增大的趋势,3年生以上椽竹竹材基本密度小于参比竹种毛竹和青皮竹,大于绿竹.3年生以上椽竹竹材的平均气干体积于缩率和全干体积干缩率分别为9.6％和13.6％,大于毛竹;各竹龄椽竹竹材径向干缩率大于弦向干缩率和纵向干缩率.3年生以上椽竹竹材的灰分平均含量小于绿竹和青皮竹,酸不溶木素平均含量与青皮竹接近而小于绿竹,综纤维素含量大于80％,多戊糖、热水抽出物、1％NaOH抽出物平均含量均高于青皮竹和绿竹,而苯-醇抽出物平均含量小于青皮竹和绿竹.综合分析,椽竹作为纸浆材具有较高的利用价值.     

不同种源毛竹材纤维形态和化学成分的变异

对不同种源毛竹材纤维形态和化学成分进行测定和分析,揭示了不同种源毛竹材纤维形态和化学成分的变异规律。结果表明:浙江衢县种源毛竹材纤维长度、长宽比和纤维素含量均大于其它5个毛竹种源。不同种源毛竹材纤维长度、纤维宽度和长宽比差异均极显著。培育毛竹纸浆材应优先选择浙江衢县种源。