外力作用下竹材不同尺度的断裂行为及机制

【目的】聚焦于探究在顺纹劈裂和径向横纹压缩力作用下，竹材在宏观、组织和细胞等不同尺度的断裂行为，剖析外力作用下竹材断裂机制，为竹材新技术、新工艺、新产品开发提供理论依据。【方法】以毛竹为研究对象，对其施加顺纹劈裂和径向横纹压缩作用，利用场发射扫描电镜（FESEM）观察维管束和薄壁组织及导管、纤维和薄壁细胞的断裂形貌和裂纹扩展路径，结合纳米压痕仪测量纤维和薄壁细胞2类细胞壁的微观力学强度，探索竹材在顺纹劈裂和径向横纹压缩力作用下不同尺度的断裂破坏特性。【结果】竹材在顺纹劈裂力作用下，宏观上呈顺纹劈裂破坏，断裂形貌近乎为直线状；在组织层面，维管束中纤维鞘和薄壁组织中沿顺纹劈裂，维管束中导管的细胞壁呈撕裂破坏；在细胞层面，纤维和大部分薄壁细胞为胞间层破坏，有少数薄壁短细胞的细胞壁被撕裂。竹材在径向横纹压缩力作用下，宏观上呈压溃破坏，在顺纹方向形成系列不规则裂纹；在组织层面，维管束受到明显破坏，纤维鞘中形成不规则裂纹，导管的细胞壁被压溃，薄壁组织呈阶梯状分层破坏；在细胞层面，与顺纹劈裂力的破坏模式相似，纤维和大部分薄壁细胞为胞间层破坏，不同的是裂纹在部分薄壁短细胞交接处会发生转向，沿径向拓展，...     

湘西背篓文化基因建构及设计应用探究北大核心

本文主要研究了湘西竹背篓的制作工艺及其基因谱系的应用。以湘西背篓文化形成的自然环境和人文环境为铺垫,概括了背篓的用途。通过实地调研走访,剖析了湘西竹背篓的制作过程,并运用文化基因谱系的构建方式,系统归纳了湘西背篓的显性基因(外观)和隐形基因(工艺),通过基因谱系的构建探究了湘西背篓的应用方式,并以此为基础设计具有当代特征的文化产品,为传统技艺的传承与创新提供参考。     

有机硅涂层对户外用竹材耐老化性能的影响北大核心

为提高户外用竹材的耐老化性能及使用寿命,研究以甲基苯基有机硅氧烷树脂、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷为原料,制备竹材用耐老化涂层,并分别对有自制涂层的试样和空白试样进行1080 h的人工加速紫外老化试验。结果表明:有涂层试样经过1080 h老化后,依然保持最高级0级的附着力,色差值ΔE仅为4.32,失光率为6.3%,涂层外观保持良好。红外谱图显示老化后涂层的化学成分几乎未变。有机硅涂层可以有效提升户外竹材的耐老化性能和使用寿命。     

纤维素纳米纤维增强增韧酚醛树脂及其竹材胶合界面性能研究北大核心

针对酚醛树脂胶黏剂固化后脆性大,极易在竹材-树脂胶合界面形成应力集中,进而导致竹材胶合界面开裂问题,以纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶须(CNW)为填料,通过用量的调控,以增韧酚醛(PF)树脂,改善竹材胶合界面性能,进而提高界面胶接强度。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段对改性前后酚醛树脂的性能和微观结构进行表征,并对竹胶合试件进行了胶合强度测试和胶合界面破坏形貌观察。结果表明:添加CNF和CNW虽不参与酚醛树脂胶黏剂固化过程,但对固化行为有一定影响,且对酚醛树脂有良好的增韧效果,进而能有效提高PF树脂与竹材界面胶接强度。当添加酚醛树脂胶黏剂固体含量0.5 wt%的CNF时,改性效果最优,PF树脂胶接试件的干、湿强度达到最大值,分别为13.56 MPa和7.61 MPa。本研究所采用的方法可有效改善竹材胶合制品界面性能,防止竹材胶合界面开裂,为提高竹材耐久性、拓展其应用范围提供良好的思路和借鉴。     

竹集成材水性漆涂饰工艺及附着机理研究

  目的  竹集成材性能优异，常被用于家具、建筑等行业。涂饰水性漆能有效保护竹集成材，目前竹集成材水性漆涂饰面临水性漆渗透困难、附着力差的问题。因而探究涂饰工艺及清漆和色漆对竹集成材水性漆的漆膜性能和附着机理的影响，有助于解决竹集成材水性涂装的难题。  方法  以竹集成材为基材，采用简易的多次喷涂底漆的涂饰工艺将水性清漆和色漆进行涂饰，并对漆膜硬度、附着力、光泽度、表面粗糙度进行测试，进一步利用电镜和红外分析探究漆膜在竹集成材上的附着机理。  结果  清漆漆膜硬度为1H，附着力为0级，而色漆因含有颜料，硬度更高为2H。颜料颗粒的存在影响了成膜的交联程度，使得色漆的附着力较差为1级，表面粗糙度高于清漆。说明本涂饰工艺能保持较强的附着力与漆膜硬度，能够对基材进行较好的保护。经过水性漆涂饰后的竹集成材表面光泽度显著增加，纵向的光泽度提高了5倍以上，大大提高了其装饰性能。且清漆涂饰前后总色差值较低，说明清漆能较好地保持竹集成材本身的颜色。水性漆中的成膜物质与基材之间产生了物理和化学结合，有助于水性漆更好的附着。  结论  本研究探明了竹集成材水性清漆和色漆的影响以及水性漆漆膜的附着肌理，为竹材的水性化涂装及性能提升提供了理论和技术支持。      

壳聚糖-聚磷酸铵层层自组装阻燃竹材的制备及阻燃性能

采用去竹青竹黄、规格为25 mm×100 mm×6 mm、3年生的毛竹作为基材，按照试验设计方案，以壳聚糖质量分数为1%配制壳聚糖(CS)成膜液，按照w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶1、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶3、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶5、w(壳聚糖)∶w(聚磷酸铵)=1∶7的质量分数比配制聚磷酸铵(APP)成膜液，采用层层自组装的方法在竹材表面涂覆了壳聚糖-聚磷酸铵(CS-APP)复合膜层。确定优化质量分数比后，制备壳聚糖-聚磷酸铵自组装处理层数为5、10、15、20层的样品。采用扫描电子显微镜、能谱仪、红外光谱仪对壳聚糖-聚磷酸铵自组装阻燃竹材样品的表层微观形貌和化学成分进行了分析，通过锥形量热仪测试分析了不同自组装膜层数的竹材样品的阻燃性能。结果表明：壳聚糖-聚磷酸铵的优化质量分数比例为1∶7;壳聚糖-聚磷酸铵阻燃膜层竹材具有较好的热稳定性；经壳聚糖-聚磷酸铵复合阻燃剂处理的竹材阻燃性能随着自组装膜层数的增加逐渐增强。与未处理样品相比，自组装膜层数为5、10、15、20层的样品点燃时间分别提升了20.0%、50.0%、80.0%、90.0%,热释放速率峰值...     

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。     

竹材振动阻尼性能及其在竹质复合材料中的应用

经过历史自然演变，形成了竹子精巧的多级结构和优异的界面设计——刚性的维管束呈梯度均匀分布在柔性的薄壁细胞中，构成天然“岛链结构”,赋予其高强高韧的同时，通过薄壁细胞和孔隙结构变形或胞间层裂纹偏转来达到吸收能耗、增加阻尼效果，从而抵御自然灾害(雨、雪、风)的侵蚀。本研究从多尺度结构特征(宏观-微观)和化学组分(线形纤维素分子链-无定形木质素聚合物)2方面阐述竹材的振动阻尼特性，分析环境因子(温度、湿度)对其的作用机制，在此基础上，总结竹质复合材料的振动阻尼机理。基于目前广泛应用的竹/木、竹/塑及竹纤维/橡胶颗粒3种复合方式，阐述竹质复合阻尼材料的结构和工艺特征，总结4种层积结构(基础性阻尼、抗冲击型阻尼、轻量型阻尼和静音型阻尼)对竹质复合材料振动阻尼性能的影响规律。依据“材料-结构-功能”一体化设计原则，梳理竹质复合阻尼材料在体育、建筑、交通和电子信息等领域的应用前景。最后，从竹材生物学振动阻尼特征、竹质复合阻尼材料减振调控机制、竹质智能阻尼新材料研发以及制品标准化制定等方面，提出亟需解决的共性科学问题和关键技术。竹质复合阻尼材料具有吸能降耗和抗振降噪功能，在建筑、交通和机械等领域的噪音...     

纤维板/竹材共水热转化水热炭中氮的迁移转化研究

借助元素分析、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶红外光谱（FTIR)，研究了不同水热条件下纤维板与竹材共水热转化固相产物（水热炭）中氮的迁移和转化特性。结果表明：随着水热温度的升高，水热炭产率大幅下降，水热炭中氮的含量和氮固集率在220～260°C显著增加，水热炭的氮含量可达3.5%。低温共水热转化水热炭中氮以杂环氮（吡啶-氮）为主，随着温度的升高，杂环氮进一步转化为结构稳定性更强的季氮N-Q。本研究阐明了共水热炭中氮转化迁移的作用机制，结果可为富氮生物质能源化热转化应用中氮元素的转化迁移调控提供基础研究数据。     

漆酶催化固定百里酚处理竹材及其防霉性能研究

以天然抗菌剂百里酚为竹材防霉剂，利用漆酶催化氧化功能将百里酚固定于竹材中，分别研究处理竹材对黑曲霉Aspergillus niger、绿木霉Trichoderma virens和桔青霉Penicillium citrinum 3种霉菌的防治性能，并从百里酚的挥发率、流失处理后竹材的防霉性、处理前后竹材的接触角变化来评价漆酶催化固定效果，通过扫描电子显微镜(SEM)研究处理前后竹材的微观形貌变化，进一步采用红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究改性处理后竹材表面化学键的变化。结果表明：相比于百里酚单独处理竹材，漆酶催化百里酚处理竹材在流失前后对黑曲霉、桔青霉和绿木霉均具有良好的防治效果，防霉效力在80%以上；流失处理后处理竹材的防霉性能仍优于百里酚单独处理组，证明经过漆酶改性处理，百里酚被固定在竹材中。经过漆酶催化处理以后，百里酚的挥发率从17.03%降低到6.75%。表面接触角测定结果显示，处理后竹材的表面疏水性得到明显改善，水滴的接触角从35°提高到97°，有助于提升竹材的防霉性。漆酶催化处理过程并没有明显改变竹材的微观形貌，只在竹材细胞壁表面出现了大量片状物质，推...