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基于纤维素骨架的毛竹热处理材力学性能研究

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[目的]分析热处理过程中毛竹主要承载细胞-纤维细胞其细胞壁骨架物质纤维素微观结构与其微力学性能的变化,以期从纤维细胞构效关系的角度解释热处理毛竹宏观力学性能的变化.[方法]以 4 年生毛竹为实验材料,以酸性亚氯酸钠溶液和氢氧化钠溶液脱除毛竹细胞壁基质,得到仅保留纤维素的毛竹纤维细胞.对未处理的毛竹试件和毛竹纤维细胞进行饱和蒸汽热处理,处理时间 8h,温度 140 和 200℃.之后分别测定毛竹试件的物理力学性质(密度、抗弯、抗拉性能)和纤维细胞的单根纤维拉伸性能、细胞壁硬度和弹性模量等微力学性能.利用扫描电子显微镜、X射线衍射技术、傅里叶变换红外光谱分析和聚合度测定表征热处理前后毛竹纤维素形态以及微观结构的变化.[结果]毛竹的密度、顺纹抗弯和抗拉性能均随热处理温度的上升而下降.140℃热处理对毛竹纤维细胞的拉伸强度和弹性模量影响不显著,但热处理温度提高至 200℃后,纤维细胞的抗拉强度急剧下降,由未热处理的 808.30 MPa减少至 479.23 MPa.此外,随着热处理温度的上升,纤维细胞的细胞壁硬度增加.热处理后仅保留纤维素的毛竹纤维细胞微观形貌基本不变,纤维素的结晶度增加,分子间氢键增加,聚合度下降.[结论]热处理会降低毛竹的密度、顺纹抗弯和抗拉性能,并降低了仅保留纤维素的毛竹纤维细胞的拉伸强度,但会在一定程度上改变纤维细胞壁的微力学性能.这与热处理后毛竹纤维素的结晶度、氢键体系和聚合度的变化密切相关.
Research on mechanical properties of Phyllostachys edulis heat treatment materials based on cellulose skeleton

Phyllostachys eduliscellulose skeletonheat treatmentmechanical propertymicrostructure

王雪苑、黄宇翔、马尔妮

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北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083

中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091

毛竹 纤维素骨架 热处理 力学性能 微观结构

国家自然科学基金

32001380

2023

10.12171/j.1000-1522.20230079

北京林业大学学报
北京林业大学

北京林业大学学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.237
ISSN：1000-1522
年,卷(期)：2023.45(7)
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