棉稈纖維束及其復合材料性能研究.pdf

1、本論文選用棉稈為研究對象，與塑料復合，通過熱壓制備棉稈/塑料復合板材，解決棉稈復合板材吸水厚度膨脹率高的問題；研究纖維束性質，工藝因子對復合板材性能的影響，以期為利用棉稈開發(fā)復合板材的產(chǎn)業(yè)化應用提供依據(jù)
　　論文借助光學顯微鏡對棉稈的顯微構造進行了詳細的觀察和分析，并對棉稈韌皮部和木質部的化學成分進行了測定。采用纖維長度分析儀、纖維拉伸儀、激光共聚焦顯微鏡、X射線衍射儀對單根棉稈韌皮纖維進行纖維形態(tài)、力學強度、橫截面積和結晶度的研

2、究。并對利用搓絲法制成的棉稈韌皮部，木質部纖維束的形態(tài)、尺寸、力學性能進行研究。采用不同種類廢棄塑料與棉稈纖維束復合，制備棉稈/塑料復合板材，研究了棉稈纖維束特性和塑料種類對復合板材物理力學性能的影響。
　　本文的主要研究結果為：
　?、琶薅捘举|部的纖維形態(tài)和結構接近于闊葉材，纖維形態(tài)較好，木質部平均纖維長度為742.70μm，韌皮部纖維長度約為木質部纖維的兩倍，纖維長寬比為37.66。木質部纖維比量為77.28％。棉稈木質

3、部不同部位導管和纖維的比量差異顯著，棉稈基部的導管比量最多，纖維比量最少，射線比量在棉稈各部位的變化不大。棉稈木質部和韌皮部的化學成分有明顯不同，與棉稈木質部相比，棉稈韌皮部的各種抽提物含量、綜纖維素含量和灰分含量較大，聚戊糖的含量較低。
　?、泼薅掜g皮部纖維的平均長度為1484.43±753.78μm，寬度為18.90±6.61μm，長寬比為65.75。棉稈韌皮部纖維實心或中空非常小，呈菱形或圓形。韌皮部纖維拉伸應力—應變曲線線

4、性度好，未見明顯的屈服階段。棉稈韌皮部纖維拉伸過程中彈性的變形范圍在0—7％之間，單根棉稈韌皮纖維的拉伸應力平均值為0.89GPa，彈性模量平均值為13.66GPa，斷裂伸長率平均值為6.32％。單根棉稈韌皮纖維的彈性模量小，斷裂伸長率比較大，其柔韌性很好。棉稈韌皮部和木質部的結晶度相近，卻低于杉木，馬尾松，泡桐等其它植物。棉稈較低的結晶度表示棉稈纖維中有更多的非晶區(qū)域，因此棉稈纖維更容易吸收水分或其它的化學物質。
　?、敲薅捓w維

5、束的橫截面是不規(guī)則的圓形，呈現(xiàn)出多邊形或者不規(guī)則的形狀；韌皮部纖維束長度均值為25.12mm，約為木質部纖維束的兩倍(13.57mm)。韌皮部纖維束寬度均值為201.90μm，略小于木質部纖維束的寬度(253.36μm)。韌皮部纖維束的長寬比約為木質部纖維束的兩倍。棉稈韌皮部纖維束橫截面積均值為42119.69μm2，略小于木質部纖維束(69249.16μm2)。棉稈韌皮部和木質部的纖維束抗拉強度分別為60.73MPa和42.58MPa

6、，彈性模量分別為2.17GPa和1.33GPa。韌皮部纖維束的斷裂伸長率比較大，柔韌性較好。棉稈纖維束的力學性能低于其它植物纖維，韌皮部纖維束的力學性能低于單根韌皮纖維細胞。纖維束的拉伸應力，彈性模量和斷裂伸長率隨橫截面積的增大有減小的趨勢。木質部纖維束在聚乙烯基體中的界面剪切強度為5.05MPa，韌皮部纖維束在聚乙烯基體中的界面剪切強度為3.96MPa。
　?、柔槍γ薅挷牧系纳鲜鎏匦?，采用疏水性強的塑料為粘合劑，制備棉稈纖維/塑

7、料復合板材。研究結果表明：棉稈木質部纖維束復合板材的靜曲強度，彈性模量，24h吸水厚度膨脹率，內結合強度都高于韌皮部纖維束復合板材?；厥站郾┲苽涑龅膹秃习宀撵o曲強度和彈性模量最大，回收聚乙烯次之，廢棄塑料最低。廢棄塑料制備復合板材的24h吸水厚度膨脹率明顯大于回收聚乙烯與回收聚丙烯制備出的復合板材，回收聚乙烯塑料制備復合板材的內結合強度高于廢棄塑料和回收聚丙烯塑料。用楊木單板覆面后，復合板材靜曲強度和彈性模量有了很大的提高。棉稈/回收