单根竹纤维性能与制取方法关系的研究

论文摘要

单根竹纤维作为竹材最主要的承载单元,其性能对竹材以及竹纤维的利用有重要的意义,同时,单根纤维的性能与纤维的制备工艺密切相关。以单根纤维作为纽带,建立适宜各自领域相关产品最优化的纤维制备工艺将成为竹纤维产业今后发展的主要方向之一。本研究在总结前人研究的基础上,以一年生慈竹为研究对象,研究了硝酸+氯酸钾、次氯酸钠、双氧水+冰醋酸、氢氧化钠、硫酸盐法五种实验室用化学方法和机械剥离方法制取的纤维及取自工厂的硫酸盐浆、化机浆纤维在纤维形态、化学成分、表面润湿性、力学性能四个方面的性能区别。同时,研究了同种制取方法不同纤维、不同温度、不同湿度对单根纤维接触角的影响。通过研究得出以下结论:1.制取方法对单根竹纤维性能影响方面（1）硝酸+氯酸钾制取纤维时间短,部分纤维有中空,断裂伸长率最低,为1.84%;次氯酸钠制取的纤维部分有中空,弹性模量最高,为41.99GPa;双氧水+冰醋酸制取的纤维没有中空,纤维拉伸强度最大,为1776MPa;氢氧化钠制取的纤维弹性模量最低,为19.6GPa;硫酸盐法制取的纤维无中空,拉伸强度、弹性模量及断裂伸长率都较高;硫酸盐浆纤维无中空,拉伸强度、弹性模量较低,但断裂伸长率较高;化机浆纤维有中空且中空较大,拉伸强度最低,为519MPa,断裂伸长率最高,为4.58%;机械剥离的纤维部分表面撕裂严重,弹性模量及断裂伸长率较高,但拉伸强度较小;（2）几种制取方法对纤维素的影响都比较小,硝酸+氯酸钾、双氧水+冰醋酸、硫酸盐法移除了几乎全部木质素,次氯酸钠除去了大部分木质素,氢氧化钠制取的纤维及硫酸盐浆、化机浆纤维残余木质素最多;次氯酸钠、氢氧化钠、硫酸盐法降解了几乎全部半纤维素,化机浆和硫酸盐浆也不含半纤维素,而硝酸+氯酸钾、双氧水+冰醋酸只降解了部分半纤维素;同时,制取方法对单根纤维接触角影响不显著;2.超声波的影响方面（1）超声波协助离析能够缩短离析时间,且对分离时间短的制取方法影响较明显。除了硝酸+氯酸钾,超声波使得纤维的平均横截面积、平均中空面积、平均实质面积都减小,且次氯酸钠的平均横截面积、平均中空面积减小最显著。对于同一种制取方法,超声波对纤维的化学成分影响较小;同时,超声波使得单根纤维接触角呈减小趋势。（2）超声波对于单根纤维的力学性能影响也因制取方法的不同而不同。超声波对次氯酸钠和双氧水+冰醋酸离析的纤维有显著性影响,使得次氯酸钠离析的纤维弹性模量和由双氧水+冰醋酸离析的纤维的拉伸强度都减小;超声处理使得不同方法制取的纤维断裂伸长率趋于一致。3.单根纤维接触角影响因素方面（1）环境温湿度对不同种类单根纤维接触角的影响不同。对于类似慈竹纤维的天然纤维,环境的温湿度对其接触角影响较显著,其中湿度影响更为明显;对于类似竹粘胶纤维的再生纤维素纤维,环境的温度几乎不影响其接触角,但湿度对于其接触角影响较明显;对于类似涤纶的合成纤维,环境的温湿度对其接触角影响较小,湿度几乎没有影响;（2）不同方法制取同一种纤维,单根纤维的接触角差别不明显;不同种类纤维,相同制取方法,单根纤维接触角差别明显,在慈竹、黄麻、苎麻、罗布麻四种纤维中,苎麻纤维的接触角最小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 竹材资源及应用
• 1.1.2 竹材及竹纤维的基本性能
• 1.1.3 竹纤维的应用现状
• 1.1.4 竹纤维的制备工艺
• 1.2 竹纤维制取方法国内外研究进展
• 1.3 竹纤维制取方法对其性能影响研究的意义
• 1.4 本课题研究的主要内容和技术路线
• 1.5 项目支持和经费来源
• 第二章 制取方法的探索及其对单根竹纤维形态的影响
• 2.1 引言
• 2.2 制取方法的探索
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.4 小结
• 2.3 制取方法对单根竹纤维形态的影响
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 试验材料与方法
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.4 小结
• 2.4 本章小结
• 第三章 制取方法对竹纤维化学成分的影响
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料与方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 制取方法对单根竹纤维表面润湿性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 不同环境温湿度对单根纤维接触角的影响
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.3 小结
• 4.3 制取方法对单根竹纤维接触角的影响
• 4.3.1 试验材料与方法
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.3.3 小结
• 4.4 不同种类单根纤维的接触角
• 4.4.1 试验材料与方法
• 4.4.2 结果与分析
• 4.4.3 小结
• 4.5 本章小结
• 第五章 制取方法对单根竹纤维力学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料与方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结论与建议
• 6.1 竹纤维制取方法方面
• 6.2 超声波影响方面
• 6.3 单根纤维接触角影响因素方面
• 6.4 建议
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢
• 摘要