發(fā)布時(shí)間：2020-08-06 16:52

【摘要】：以天然纖維替代合成纖維作增強(qiáng)材料應(yīng)用于復(fù)合材料制備具有良好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。本論文以毛竹為原料系統(tǒng)研究了長(zhǎng)竹纖維束提取及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料制備,構(gòu)建了提取過(guò)程分絲方法、軟化工藝與長(zhǎng)竹纖維束性能的相關(guān)關(guān)系,得出了長(zhǎng)竹纖維束提取優(yōu)化工藝,并對(duì)長(zhǎng)竹纖維束結(jié)構(gòu)和性能表征分析。以縫合方式將長(zhǎng)竹纖維束制成氈,采用薄膜層疊法制備出長(zhǎng)竹纖維束增強(qiáng)聚丙烯單向復(fù)合材料,探討了采用可降解性玉米醇溶蛋白對(duì)復(fù)合材料的改性應(yīng)用及改性機(jī)理。本文研究成果對(duì)促進(jìn)竹材的多形式應(yīng)用及探索竹材在復(fù)合材料中應(yīng)用的多種可能性具有積極促進(jìn)意義。主要研究結(jié)果如下:通過(guò)聯(lián)合梳理以及多級(jí)梳理的分絲方法提取了長(zhǎng)竹纖維束,研究了分絲方法對(duì)長(zhǎng)竹纖維束性能的影響。得出:通過(guò)梳理分絲可提取得具有竹節(jié)等長(zhǎng)的長(zhǎng)竹纖維束;聯(lián)合梳理促進(jìn)了纖維束的分離,有利于提高長(zhǎng)竹纖維束細(xì)度和力學(xué)強(qiáng)度,輥壓聯(lián)合梳理提取的長(zhǎng)竹纖維束細(xì)度、力學(xué)強(qiáng)度均優(yōu)于平壓聯(lián)合梳理;采用二次梳理的多級(jí)梳理分絲方法進(jìn)一步去除了纖維束表面雜質(zhì),提高了長(zhǎng)竹纖維束表面光潔度和細(xì)度均勻性。以低濃度堿煮軟化提取長(zhǎng)竹纖維束,研究了長(zhǎng)竹纖維束性能受軟化工藝影響的變化規(guī)律。結(jié)果表明:長(zhǎng)竹纖維束膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、線密度和力學(xué)強(qiáng)度受軟化因子NaOH濃度、溫度和時(shí)間影響較大,尤其膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)受軟化工藝影響最顯著,NaOH濃度、溫度和時(shí)間三因子對(duì)竹纖維束膠質(zhì)去除率效應(yīng)排序是:NaOH濃度溫度時(shí)間,但因子間交互作用影響不呈顯著性。NaOH濃度在≤10%條件下,軟化因子對(duì)長(zhǎng)竹纖維束拉伸強(qiáng)度影響無(wú)明顯規(guī)律性,竹纖維束拉伸強(qiáng)度未表現(xiàn)出隨軟化程度增加而降低趨勢(shì)。以膠質(zhì)去除率為指標(biāo),長(zhǎng)竹纖維束提取的優(yōu)化軟化工藝為:NaOH濃度7.25%,溫度110℃,時(shí)間2.5h。此條件下,長(zhǎng)竹纖維束實(shí)際膠質(zhì)去除率為85.46%。以提取過(guò)程有、無(wú)超聲處理以及不同竹齡(0.2~4年)竹纖維束為研究對(duì)象,對(duì)長(zhǎng)竹纖維束性能特征表征分析。研究得出:長(zhǎng)竹纖維束的化學(xué)組成與竹材基本相同,纖維素含量高于竹材;晶體類(lèi)型與竹材一致,為天然纖維素Ⅰ型;結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性均高于竹材;微觀形貌上竹纖維束中的單纖維形態(tài)完全顯露、表面粗糙,單纖維間有明顯間隙。長(zhǎng)竹纖維束力學(xué)性能離散性大,這主要是由于纖維結(jié)構(gòu)差異、提取方法及測(cè)試方法等因素引起;長(zhǎng)竹纖維束平均拉伸強(qiáng)度可達(dá)504MPa,平均拉伸模量可達(dá)27.28GPa,平均斷裂伸長(zhǎng)率為可達(dá)2.28%。長(zhǎng)竹纖維束力學(xué)性能具有威布爾分布特征。超聲處理可增加單纖維間的分散性,提高長(zhǎng)竹纖維束拉伸性能,但對(duì)長(zhǎng)竹纖維束化學(xué)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性影響不明顯。不同竹齡長(zhǎng)竹纖維束化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性能、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能均有一定差異性,3年竹齡竹纖維束綜合性能表現(xiàn)較優(yōu)。將長(zhǎng)竹纖維束縫合制成氈,以長(zhǎng)竹纖維氈為增強(qiáng)體,采用薄膜層疊浸漬法制備了長(zhǎng)竹纖維束增強(qiáng)聚丙烯單向復(fù)合材料,初步研究了長(zhǎng)竹纖維束/PP復(fù)合材料性能。結(jié)果得到:縫合技術(shù)可大大提高長(zhǎng)竹纖維束在薄膜層疊結(jié)構(gòu)中的鋪設(shè)性和單向取向度,30mm間距縫合對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能改善最佳。熱壓壓力5 MPa、熱壓溫度190℃條件下復(fù)合材料熱壓效果較理想。纖維體積含量為40%時(shí),復(fù)合材料力學(xué)性能較優(yōu),拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別為181.83MPa和11.38GPa。合理配置長(zhǎng)竹纖維束提取方法有利于提高復(fù)合材料力學(xué)性能。采用堿處理、堿硅烷處理及可降解性玉米醇溶蛋白處理對(duì)長(zhǎng)竹纖維束表面改性,研究了復(fù)合材料界面及性能。結(jié)果表明:以玉米醇溶蛋白改性處理長(zhǎng)竹纖維束,改性處理后復(fù)合材料拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量均有所提高,但拉伸強(qiáng)度下降;復(fù)合材料的結(jié)晶溫度和熔融溫度不受改性處理影響。玉米醇溶蛋白改性處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的改善效果略高于堿處理,但低于堿硅烷協(xié)同處理。玉米醇溶蛋白改性后復(fù)合材料儲(chǔ)存模量、損耗模量降低,這可能是由于玉米醇溶蛋白改性增加了竹纖維束的塑性。玉米醇溶蛋白與長(zhǎng)竹纖維束發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),使竹纖維束結(jié)晶度降低、熱穩(wěn)定性提高,并在竹纖維束表面形成一層薄型覆膜,促進(jìn)了纖維與基體間界面粘合性。
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ327;TB332
【圖文】：

[ 10]。纖維素、半纖維素、木質(zhì)素在細(xì)胞壁內(nèi)呈復(fù)合結(jié)構(gòu)，由于組成不同，細(xì)胞壁在結(jié)構(gòu)上分出不同層次（如圖1-1）。纖維素在細(xì)胞壁內(nèi)以纖絲狀存在，纖絲又由許多直徑約10-30 nm的微纖絲組成，木質(zhì)素和半纖維素填充在微纖絲的空隙中。細(xì)胞壁內(nèi)微纖絲排列與軸向呈一定傾角，被稱(chēng)為微纖絲角[ 11]。微纖絲角對(duì)纖維剛性有影響，微纖絲角越大，微纖絲排列與纖維軸向越趨向平行，則纖維剛性越強(qiáng)，脆性越大，同時(shí)拉伸強(qiáng)度更高[ 9]。圖1-1 天然纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-1 Structure of natural fiber ’s cell wall與傳統(tǒng)增強(qiáng)纖維相比，天然纖維作增強(qiáng)材料應(yīng)用具有幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）綠色環(huán)保，天然纖維具可自然降解性，對(duì)人體無(wú)毒害；（2）成本低

1.3 竹纖維束提取國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展竹單纖維較短，長(zhǎng)度僅約2 mm，在竹材結(jié)構(gòu)中通過(guò)橫向和縱向膠質(zhì)粘結(jié)形成束狀，以纖維束形式存在（如圖1-2）。竹材纖維束可通過(guò)機(jī)械、物理、化學(xué)或其它方法從竹材中提取得出。目前關(guān)于竹材纖維束的名稱(chēng)沒(méi)有統(tǒng)一定義，程隆棣根據(jù)麻纖維的廣義定義將從竹稈中經(jīng)由脫膠工藝提取的可用于紗線加工的纖維，稱(chēng)為竹麻纖維[ 35]。唐人成區(qū)別于竹漿粘膠纖維稱(chēng)竹材中提取出的束狀纖維為天然竹纖維[ 36]，另有“竹原纖維”、“長(zhǎng)竹纖維”、“工藝竹纖維”等稱(chēng)法。本文根據(jù)材料形態(tài)將竹材纖維束稱(chēng)為“竹纖維束”。圖1-2 竹纖維束示意圖Fig.1-2 Schematic diagram of fiber bundle in bamboo竹纖維束提取是指利用物理、化學(xué)或生物等手段將竹材中束狀纖維分離出來(lái)，提取出的竹纖維束可應(yīng)用于復(fù)合材料制備、紡織、造紙等。我國(guó)是最早進(jìn)行竹纖維束提取的國(guó)家，在古代就有以嫩毛竹浸水漚制后剝離竹絲用于制漿造紙[ 37]�，F(xiàn)代竹纖維束提取技術(shù)始于上世紀(jì) 80 年代末，日本 ToyoPress 公司于 1988 年研發(fā)出一套竹纖維束機(jī)械分離系統(tǒng)，制得竹纖維束用以替代玻璃纖維制備整形材料[38]。我國(guó)竹纖維束提取研究發(fā)展略晚

論文總體技術(shù)路線

【參考文獻(xiàn)】

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1 李海濤;張齊生;吳剛;;側(cè)壓竹集成材受壓應(yīng)力應(yīng)變模型[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年06期

2 馬豪;李巖;王迪;陸超;;固化溫度對(duì)亞麻纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J];材料工程;2015年10期

3 徐樹(shù)英;譚蔚;張玉蒼;;香蕉莖稈纖維化學(xué)脫膠工藝及脫膠纖維性能[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年13期

4 董慶;張書(shū)平;張理;熊源泉;;竹材熱解動(dòng)力學(xué)特性分析[J];過(guò)程工程學(xué)報(bào);2015年01期

5 程晶;雷建都;劉靜;王璐瑩;鄧立紅;何靜;;響應(yīng)面法優(yōu)化人參葉總皂苷提取工藝的研究[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

6 栗洪彬;李煒;羅永康;;竹增強(qiáng)環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂的制備及性能研究[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2014年10期

7 李光榮;辜忠春;李軍章;;毛竹竹材物理力學(xué)性能研究[J];湖北林業(yè)科技;2014年05期

8 王正良;羅衛(wèi)華;袁彩霞;吳義強(qiáng);唐忠榮;;接枝改性木纖維/聚己內(nèi)酯復(fù)合材料的制備與性能[J];高分子材料科學(xué)與工程;2014年09期

9 連海蘭;程明娟;洪樞;詹先旭;;漆酶-超聲波協(xié)同處理堿木質(zhì)素的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)特征[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2014年04期

10 吳琴;陳s

本文編號(hào)：2782695