熱處理對(duì)竹基纖維復(fù)合材料性能影響的研究.pdf

1、竹基纖維復(fù)合材料是以纖維化竹單板為基本構(gòu)成單元，按順紋理方向經(jīng)熱（冷）壓膠合而成。在此項(xiàng)技術(shù)中，大徑級(jí)的毛竹和小徑級(jí)的雜竹都能得到應(yīng)用，并使得竹材的一次利用率提高到了90％以上。竹基纖維復(fù)合材料具有廣譜可設(shè)計(jì)性，既可以用作制造高強(qiáng)度的風(fēng)電葉片材料、船舶甲板、集裝箱底板以及建筑支撐木等工程材料，又可以用作室內(nèi)裝飾裝潢材料、高耐候性室外材料等，具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，隨著人們對(duì)不同色澤竹制品的需求的日益增長(zhǎng)，竹材的熱處理在我國(guó)竹材加工企

2、業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且室內(nèi)、外用竹基纖維復(fù)合材料的需求也與日俱增。開展熱處理對(duì)竹基纖維復(fù)合材料性能影響的研究，對(duì)于擴(kuò)展竹基纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有極大的推進(jìn)作用，對(duì)提升我國(guó)竹基纖維復(fù)合材料行業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力、推廣室內(nèi)外用竹基纖維復(fù)合材料產(chǎn)品及提高其附加值具有重要意義。
　　 本論文主要以毛竹（Phyllostachys pubescens）、慈竹（Neosinocalamus affinis）、紅殼竹（Phyllostac

3、hys iridescens）三種竹材為研究對(duì)象，以壓力蒸汽為介質(zhì)，采用不同蒸汽壓力(0.35MPa、0.40MPa和0.45MPa)和時(shí)間(110min、140min和170min)對(duì)纖維化竹單板進(jìn)行熱處理后，以浸漬型酚醛樹脂為膠黏劑制備竹基纖維復(fù)合材料。研究了熱處理對(duì)纖維化竹單板形態(tài)及細(xì)胞壁的影響;用化學(xué)分析方法和儀器分析方法研究了熱處理對(duì)纖維化竹單板的化學(xué)性能的影響;研究了纖維化竹單板的熱處理對(duì)竹基纖維復(fù)合材料的制備工藝的影響以及

4、對(duì)竹基纖維復(fù)合材料的物理力學(xué)性能的影響。主要研究結(jié)論如下:
　　 (1)三種竹材的纖維化竹單板經(jīng)熱處理后，單板的形態(tài)并未發(fā)生顯著變化，但是由于高溫處理后的竹材，脆性較大，其竹黃面的蠟質(zhì)層脫落現(xiàn)象比未處理材高，而竹青面的硅質(zhì)層脫落程度受到的影響不大。薄壁細(xì)胞內(nèi)的淀粉顆粒在未處理之前，非常多而且顆粒很大;經(jīng)過熱處理之后，其細(xì)胞壁內(nèi)部的淀粉顆粒明顯減少，而且顆粒變小。通過掃描電鏡觀察三種竹材的纖維化竹單板經(jīng)熱處理后的細(xì)胞壁的變化情況，

5、并未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁的明顯變化。
　　 (2)三種未處理竹材相比，慈竹的綜纖維素和α-纖維素的含量最大，而毛竹和紅殼竹的綜纖維素和α-纖維素的含量差異不顯著。纖維化竹單板經(jīng)熱處理后，毛竹和慈竹的綜纖維素和α-纖維素的含量與未處理材相比都顯著降低;紅殼竹的綜纖維素含量相對(duì)于未處理材顯著下降，而α-纖維素的含量則相對(duì)于未處理材有升高的趨勢(shì)。不同竹種的竹材的結(jié)構(gòu)差異將引起化學(xué)成分含量的不同，而熱處理對(duì)不同竹種的影響也有所不同。
　　

6、 相對(duì)于綜纖維素和α-纖維素的含量而言，經(jīng)熱處理后三種竹材半纖維素含量的降低幅度最大。半纖維素的含量隨著蒸汽壓力的增大和熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。
　　 三種竹材的纖維化竹單板經(jīng)熱處理后，其冷、熱水抽提物的含量相對(duì)于未處理材都顯著升高，慈竹纖維化竹單板經(jīng)熱處理后抽提物的含量升高幅度最大，毛竹次之，紅殼竹抽提物的含量升高幅度最小。pH值相對(duì)于未處理材顯著下降，慈竹下降幅度最大，在熱處理?xiàng)l件之間，蒸汽壓力和熱處理時(shí)間對(duì)pH值的影響

7、不顯著。
　　 熱處理后的三種竹材的總緩沖容量相對(duì)于未處理材都顯著升高。隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，毛竹總緩沖容量呈逐漸升高趨勢(shì)，慈竹總緩沖容量呈逐漸降低趨勢(shì)，而紅殼竹總緩沖容量呈先增后減的趨勢(shì);隨著蒸汽壓力的增大，毛竹和紅殼竹的總緩沖容量呈逐漸升高趨勢(shì)，而慈竹總緩沖容量呈先升高后降低的趨勢(shì)。
　　 (3)而纖維化竹單板經(jīng)熱處理后，壓制板材的過程中，在相同的壓力(4.5MPa)條件下，壓機(jī)的閉合時(shí)間顯著降低。
　　 通

8、過掃描電鏡觀察竹基纖維復(fù)合材料，可知愈靠近竹青側(cè)，薄壁細(xì)胞、導(dǎo)管的壓縮程度較小，而愈靠近竹黃側(cè)，薄壁細(xì)胞、導(dǎo)管的壓縮程度愈大。相對(duì)于未處理纖維化竹單板制備的竹基纖維復(fù)合材料，熱處理后的纖維化竹單板制備的竹基纖維復(fù)合材料的壓縮程度要更大些。
　　 (4)毛竹、慈竹、紅殼竹三種竹材的纖維化竹單板經(jīng)過熱處理后，相對(duì)于未處理材其明度都顯著降低，紅綠軸色度指數(shù)a*顯著升高，黃藍(lán)軸色度指數(shù)b*顯著降低。且總色差隨著蒸汽壓力的增大和熱處理時(shí)間

9、的延長(zhǎng)而逐漸增大。不同竹種間由于化學(xué)成分的差異，在同樣的熱處理?xiàng)l件下，不同竹材的顏色變化程度不同。
　　 (5)纖維化竹單板熱處理后，制備的竹基纖維復(fù)合材料的顏色顯著變深，變?yōu)榧t棕色，總色差隨著蒸汽壓力的增大和熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。
　　 未處理的纖維化竹單板制備的竹基纖維復(fù)合材料的顏色變化，主要是由竹基纖維復(fù)合材料的基體材料—酚醛樹脂膠黏劑的顏色引起的。而經(jīng)熱處理的纖維化竹單板制備的竹基纖維復(fù)合材料的顏色變化，受

10、酚醛樹脂膠黏劑的影響的只有明度，紅綠軸色度指數(shù)和黃藍(lán)軸色度指數(shù)受其影響影響較小。經(jīng)熱壓后，竹基纖維復(fù)合材料表面的顏色相對(duì)于施膠后纖維化竹單板表面的明度顯著升高，而紅綠軸色度指數(shù)和黃藍(lán)軸色度指數(shù)相對(duì)于施膠后纖維化竹單板的色度指數(shù)變化不顯著。
　　 (6)熱處理后，三種竹材的竹基纖維復(fù)合材料的吸水厚度膨脹率和吸水寬度膨脹率相對(duì)于未處理材都顯著降低。這與其增強(qiáng)材料-纖維化竹單板在高溫處理下半纖維素發(fā)生降解有關(guān)。
　　 (7)通

11、過分析三種竹材的竹基纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能可知，毛竹、慈竹、紅殼竹三種竹材的竹基纖維復(fù)合材料的靜曲強(qiáng)度，隨著纖維化竹單板熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)和蒸汽壓力的增大而逐漸降低。
　　 毛竹竹基纖維復(fù)合材料的彈性模量(MOE)值，熱處理前后相比變化不顯著。慈竹竹基纖維復(fù)合材料的MOE值，在0.40MPa熱處理110min～170min時(shí)相對(duì)于未處理材顯著升高;當(dāng)熱處理時(shí)間一定時(shí)，在0.35MPa～0.45MPa熱處理時(shí)，MOE值呈現(xiàn)先升高后降