毛竹纤维微纤丝取向的原子力显微镜观察

为了观察到竹纤维不同壁层微纤丝的取向,该文利用原子力显微镜对毛竹纤维的微纤丝取向进行了高分辨观察。采用了两种样品制备方式, 一是化学离析后纤维,用于观察竹纤维表层的微纤丝取向;二是经过脱木素处理后的弦切片（厚度为30 μm）,用于观察竹纤维细胞腔内壁的微纤丝取向。结果表明,毛竹纤维初生壁微纤丝呈无序排列,但其细胞腔内壁的微纤丝相对纤维长轴则几乎垂直排列,这种排列模式与木材细胞对应壁层微纤丝的排列模式相似。同时,还观察到某些壁层的微纤丝呈高度定向排列,但拍摄到这类图像的几率较小。该研究证实,利用原子力显微镜可以实现对竹纤维微纤丝取向的高分辩观察,并且样品制备远较透射电镜简单,可操作性强。      

木材细胞壁超微构造的形成、表征及变化规律

细胞壁是木材的实体物质,细胞壁超微构造因纤维素大分子链复杂的排列方式而具有多样性。微纤丝和结晶区均属木材细胞壁的超微构造,其形成、表征及变化规律的研究取得了很多进展。从微纤丝和结晶区的生物形成、微纤丝角和结晶度的表征方法、微纤丝角和结晶度在木材径向及轴向上的变化规律和少数树种中微晶形态变化特点,以及细胞壁超微构造与细胞形态的相关关系进行了综述,提出微纤丝取向形成机制的研究,细胞壁各层厚度累积的过程,以及纤维素微晶形态在木材生长过程中的变化规律研究将成为新的研究热点,以期为基于细胞壁微纤丝角、结晶度和微晶形态来进行多性状的综合遗传改良和早期良种选育等提供重要的科学依据。     

用碘结晶法测量针叶树材的微纤丝角

采用碘溶液和氢氧化钠两种溶液的混合液处理针叶树材管胞弦壁切片，并用干燥法脱除切片胞壁水，对碘结晶法测量木材微纤丝角的方法进行改良。结果表明，切片的木素脱除干净彻底，次生壁微纤丝之间易形成空隙，有利于碘离子进入其中形成碘结晶，可清晰地观察到微纤丝的走向，有利于有效而准确地测量微纤丝角，与改良前进行比较，具有省时省力，节约的优点。     

X射线衍射法研究毛竹微纤丝角的变异规律

应用X射线衍射技术对毛竹微纤丝角的变异规律进行了系统的研究。研究结果表明,毛竹微纤丝角在径向的变异幅度很小,并且没有稳定的变化规律。微纤丝角随竹材高度的增大而减小。虽然不同高度之间微纤丝角绝对值的差异小于1°,但方差分析表明,1m处竹材的微纤丝角与3m处之间存在显著差异,而3m和5m处之间的差异则不显著。微纤丝角随竹龄增大有增大的趋势,但绝对值差异也小于1°。同时方差分析表明,2、4、6年生毛竹之间的微纤丝角均存在显著差异,并且2年生与4年生之间的差异程度要大于4年生与6年生之间的差异程度。总体说来,毛竹微纤丝角在各方面的变异程度都比木材小得多,说明微纤丝角可能不是决定毛竹物理力学性能变异的主要因子。     

毛竹材微纤丝角变异规律研究

利用了X射线衍射技术对不同高度、不同竹龄、在垂周方向不同位置的毛竹材微纤丝角变化规律进行了研究。结果表明,在竹壁径向上,由外而内,微纤丝角大致呈先增大后减小的变化趋势,至靠近竹黄处微纤丝呈现最小值,且最大值与最小值间差异为4.17°。从基部往上,微纤丝角有略微增大,最大差异只有0.15°。毛竹材的微纤丝角从0.5年至6年呈先增大后减小的变化趋势,5个竹龄的毛竹材微纤丝角之间的差异最大值仅0.52°。最后通过方差分析表明,高度、竹龄以及垂周方向上的位置对毛竹材微纤丝角的影响显著。     

细胞壁微纤丝角和结晶区对木材物理力学性能影响研究进展

木材是由不同种类的细胞组成的天然材料,其实体物质是组成其结构的各类型细胞的细胞壁。细胞壁的超微构造主要包括微纤丝和结晶区,微纤丝角能表征纤维素微纤丝的取向,纤维素大分子链排列的有序程度及排列形态决定其结晶程度和微晶形态等结晶区特征。基于前人的研究,系统概述了细胞壁微纤丝和结晶区对木材物理力学性能影响的研究进展,重点围绕微纤丝角和结晶度2个方面,分别归纳了二者对木材密度、尺寸稳定性、木材声学等物理性质以及弹性模量、强度等力学性质的影响作用,同时阐述了微纤丝角与木材硬度和刚度以及结晶度与冲击韧性等的相互关系,并概述了细胞壁微晶形态对木材润湿性和纤维强度影响方面的研究进展,最后对今后的研究方向进行了展望。     

2种造林方式的毛竹材质生成中微纤丝角的变化

应用X-射线衍射法对实生苗和埋鞭2种造林方式的毛竹Phyllostachys pubescens各3个竹龄的竹材微纤丝角进行了测定分析,所选竹材各个竹龄细胞次生壁微纤丝角的径向变异规律都呈现下降或波动趋势,从竹青到竹黄存在显著差异。埋鞭和实生苗造林的竹材微纤丝角最大值分别为12.05°和10.97°,最小值分别为7.67°和8.24°,变化幅度均小于5°;其微纤丝角平均值分别为9.41°和9.71°,相差不大。2种方式的竹材微纤丝角随竹龄增加未呈现一致的规律性变化,竹龄对微纤丝角的影响显著。纵向微纤丝角从下到上没有明显规律,埋鞭的竹材下、中和上部的平均微纤丝角分别为9.64°,9.25°和9.34°,小于实生苗的分别为9.73°,9.82°和9.58°,存在显著差异。探讨了不同造林方式获得的毛竹竹材的微纤丝角的时空变异规律,为合理有效地开发竹资源提供科学依据。图4表3参22     

6种竹材的微纤丝角的比较研究

为合理开发利用竹材资源及遗传改良提供科学依据,利用X射线衍射技术对6种竹材的微纤丝角进行测试研究。结果表明,3年生6种竹材微纤丝角不同,其中麻竹最大,刺黑竹最小,其他4种无显著差别;1、3和4年生的慈竹和孝顺竹微纤丝角随着年份的增长先降低,然后趋于稳定,刺黑竹的微纤丝角也呈现先增加然后减小的趋势。     

沙柳的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度研究

【目的】研究不同年轮沙柳(Salix psammophila)材的孔隙结构、微纤丝角和纤维素结晶度,为更合理、有效地利用沙柳资源提供依据。【方法】以取自内蒙古鄂尔多斯沙地的3年生沙柳为研究对象,利用氮气吸附法(NAD)研究不同年轮处沙柳木材的孔隙结构,并用X射线衍射(XRD)测定不同年轮处沙柳木材的微纤丝角和纤维素结晶度。【结果】从髓心到树皮的3个年轮处沙柳木材的比表面积逐渐增大,分别为0.54,0.68和1.81m2/g;孔体积逐渐增大,分别为0.002,0.468和1.560cm3/g,大多数孔隙的直径为2~10nm;而微纤丝角逐渐减小,分别为14.35°,12.17°和10.71°;纤维素结晶度从第1年轮到第3年轮略有增加,分别为48.15%,49.23%和49.58%。【结论】靠近树皮的沙柳材具有较大的比表面积、孔体积、纤维素结晶度和较小的微纤丝角,是制取纤维素材料和生物质能源的较好原材料。     

酶预处理结合研磨法对桉树纸浆纤维微/纳纤丝微观形貌的影响

【目的】探究酶用量、酶解时间及研磨时间对制备的桉树纸浆纤维微/纳纤丝微观形貌及性能的影响。【方法】以桉树纸浆为原料,经不同的酶用量(20,40,60和80ECU/g)和酶解时间(2,4,6和8h)预处理后,用研磨法制备纤维素微/纳纤丝,利用扫描电镜、X射线衍射仪对制备的微/纳纤丝进行表征。【结果】在酶解时间为6h的条件下,当酶用量由20ECU/g增加至80ECU/g时,研磨制备的微/纳纤丝直径由143.89nm减小至52.21nm;在酶用量为60ECU/g的条件下,当酶解时间由2h增加至8h时,研磨制备的微/纳纤丝直径由131.23nm减小至43.73nm。酶处理后的纤维及研磨处理后的纤维均保持了天然纤维的Ⅰ型结构,结晶度分别比纸浆纤维(59.21%)提高11.68%和8.31%,所制备的微/纳纤丝的结晶度为67.52%。【结论】酶预处理可以有效降低微/纳纤丝的制备时间,减少能耗;随着酶用量及酶解时间的增加,微/纳纤丝直径逐渐减小;纤维素酶可降解纤维素部分非结晶区并使纤维润胀。     

纤维在研磨流场区域流动状况的数值模拟

根据纤维的流动特性及热磨机实际工况下的压力参数和设定的动磨片转速,选择一对动/静磨片;将由动/静磨片和磨片间隙组成的研磨流场区域,划分为3个域,对纤维在研磨流场区域中的流动状况进行了数值模拟研究。结果表明:纤维在研磨流场区域中的压力、速度、剪切应力分布,与实际工况中磨片的磨损状况相符;3种参数分布相互关联,符合流体力学的运动规律。     

磨片精磨区纤维轨迹模型的建立及磨齿作用频数的求解

通过对热磨机磨片精磨区内纤维运动的分析,阐述了纤维的流体特性;根据流体力学的运动学原理求解磨片精磨区间隙内纤维流体的运动轨迹模型,并建立纤维流体在精磨区内的轨迹方程;结合磨片的结构参数,运用轨迹方程推导磨齿作用频数的数学表达式,并通过计算实际磨片的磨齿作用频数和统计纤维的研磨质量数据探究二者之间的影响关系。结果表明:纤维流体在精磨区内的流动属于库特流动,并符合Naiver提出的线性滑移模型;其运动轨迹呈螺旋形,主要受磨片角速度、磨片间隙、磨片齿倾角的影响;磨齿作用频数受磨片结构参数影响,并与纤维的研磨质量具有相关性,合理的磨齿作用频数能够保证较高的纤维质量。     

4种灌木材微纤丝角及其变异性研究

[目的]研究灌木材的微纤丝角及其变异性。[方法]采用偏光显微镜法,分析研究内蒙古地区树龄3 a以上沙柳、柠条、红柳、沙棘的微纤丝角及其变异性,并用碘染色法进行验证试验。[结果]沙柳、柠条、红柳、沙棘灌木材的平均微纤丝角分别为11.09°、8.08°、7.84°、6.91°,与同龄阔叶树材相比角度偏小。红柳纤丝角的株内径向变异规律为从髓心到树皮逐渐减小,株内纵向变异规律为由根部到梢部逐渐减小,根部、中部、梢部纵向不同部位微纤丝角的均值、标准差和变异系数均存在明显差异。[结论]该研究为灌木材的开发利用及遗传改良提供了理论依据。     

生物基单宁树脂砂轮切割片的制备

用三乙氧基硅烷和丙烯酸正丁酯与缩合单宁和糠醇共缩聚制备一款高硬度、抗压、切割性好的热固性树脂基砂轮切割片来替代酚醛树脂砂轮切割片。通过扫描电子显微镜（SEM）对切割片的外观进行分析，通过万能力学试验机和电动角磨机对砂轮片的硬度、压缩强度和切割性能进行综合评价，采用电喷雾质谱（ESI-MS）对其结构进行定性分析。结果表明，在酸性条件下，三乙氧基硅烷和丙烯酸正丁酯与单宁和糠醇发生了不同程度的共缩聚反应，所制备的砂轮片表面平滑、孔隙少，固化后砂轮切割片的硬度和抗压强度值分别达到了13.56 daN·mm^-2和159 MPa，且具有较好的切割性能，切割金属5 s后的质量损失低于自制酚醛树脂基砂轮片。     

木材微纤丝角的测定方法及其进展

本文首次较系统的介绍了木材微纤丝角的近20种测定方法,并将其归为三类:显微技术法、X射线法和近红外光谱预测法。以X射线衍射法为重点,在对各种方法进行仔细分析和优缺点对比的基础上,总结出三类测定方法的特点:显微技术法是获得微纤丝角微观信息不可替代的方法;X射线法测定迅速、重现性好、代表性强,特别适用于大量试样的变异研究;近红外光谱预测法既适用于大量试样的变异分析,又可实现模型共享和多组分快速预测。同时,提出了改进和发展测定方法的建议。     

湿法粉碎制备荞麦水不溶性膳食纤维及其在面包中的应用研究

[目的]从荞麦麸皮中提取高活性的水不溶性膳食纤维,并将其添加到面包中,使其营养更为均衡。[方法]膳食纤维的提取采用了湿法粉碎处理,面包的综合品质评价主要采用了感官评定方法。[结果]湿法粉碎能显著提高膳食纤维的持水力和膨胀力．适量的膳食纤维有利于提高面包的综合品质,且面包改良剂α-淀粉酶能有效改善面团性质。当养麦膳食纤维的添加量为5．00％．糖用量为9．00％,油用量为4．00％,淀粉酶添加量为0．08％时,面包品质最好。[结论]湿法粉碎在水不溶性膳食纤维的制备中有着广阔的应用前景。     

热磨法木片断裂力学模型及磨片参量的影响因素1）

将热磨机磨片把木片原料研磨为纤维的过程转化为木片断裂的形式,运用断裂力学理论对其研究。当磨片研磨木片时,木片的破坏简化为Ⅱ－Ⅲ复合型（滑开型＋撕开型）裂纹的扩展问题,建立木片断裂过程的力平衡方程,研究木片断裂力学模型,分析纤维研磨过程中磨片施力方式与木片原料研磨之间的关系;运用含斜裂缝有限板裂缝尖端的应力强度因子计算公式,推导热磨法木片断裂的断裂判据,并对磨片参量影响的因素进行分析,为磨片的设计提供理论依据。     

苦荞麦非热脱壳机试验研制

为克服传统的熟化脱壳工艺中热处理造成苦荞麦营养损失严重的问题,基于对苦荞麦结构特性和现存脱壳机缺点的分析,提出苦荞麦动态调压磨削非热脱壳方法,并研制了脱壳机。该机具有脱壳室压力动态调整机构。通过单因素试验,明确了影响因素的取值范围,在此基础上采用二次正交旋转组合试验分别建立了脱壳率和整仁率与各因素的回归模型。采用多指标优化,确定的最佳参数组合为:磨削间隙2.6mm,磨削气囊压强22.3kPa,揉搓间隙4.0mm,揉搓气囊压强5.1kPa,主轴转速470r/min。在最优参数组合条件下进行验证试验结果表明,整仁率为31.8%,脱壳率为88.1%。脱壳效果不理想的主要原因是脱壳室压力动态调整机构不灵活。     

引种美国红橡的纤维形态、微纤丝角及结晶度

  目的   为引种栎木的科学利用提供理论依据。  方法   以14年生美国红橡纳塔栎Quercus nuttallii、水栎Quercus nigra、舒玛栎Quercus shumardii为对象,采用富兰克林解离法及X-射线衍射法（XRD）研究其纤维形态、微纤丝角及结晶度,并对数据进行方差分析及回归分析。  结果   3种美国红橡纤维长度分别为1 172.14、1 178.68和1 162.45 μm,纤维宽度分别为15.86、16.56和16.91 μm,种间差异均不显著（P>0.05）;双壁厚度分别为10.23、11.19和10.96 μm,壁腔比分别为1.85、2.10和1.91,种间差异均显著（P < 0.05）;3种美国红橡的微纤丝角分别为33.79°、30.48°和34.10°,结晶度分别为51.35%、53.30%和52.97%,种间均具有极显著差异（P < 0.01）。3种美国红橡纤维长度、宽度、双壁厚、壁腔比以及结晶度均随生长轮的增加呈增长趋势,微纤丝角随生长轮的增加呈下降趋势,并且年轮间存在着一定的波动。  结论   14年生纳塔栎、水栎和舒玛栎纤维尺寸、微纤丝角、结晶度径向变化尚未稳定,仍处于幼龄期。纤维长度、宽度、双壁厚及微纤丝角与生长轮有较好的拟合关系。