撐篙竹莖桿木質(zhì)化過程中纖維細胞壁特性研究.pdf

1、竹材是一種天然生長有機體，主要由纖維素、半纖維、木質(zhì)素組成的復合增強材料。竹材中纖維緊密排列的纖維束是其主要承重單元，纖維細胞壁是決定其性能的主要因素，因此對竹類植物細胞壁的結構、化學組成分布和生物功能等方面的研究對于制漿造紙、竹纖維增強材料和竹基納米材料制備都具有重要意義。
　　本文以撐篙竹為研究對象，采用X-射線衍射儀、單根纖維拉伸技術、納米壓痕技術等手段系統(tǒng)地研究了撐篙竹的微觀特性以及微力學性能，揭示了竹材解剖特性、微觀力學

2、性能受竹齡、竹材部位影響的變異規(guī)律，為撐篙竹各力學行為的本質(zhì)以及科學全面的提高撐篙竹的利用價值提供一定的理論依據(jù)。研究結果如下:
　　(1)通過對撐篙竹解剖特性的研究，揭示了撐篙竹纖維細胞、薄壁細胞、維管束、各組織比量（纖維組織比量、薄壁組織、輸導組織）以及微纖絲角的變異規(guī)律。纖維長、寬及長寬比平均值分別為1.86μm，14，41μm，129.97。竹齡對纖維雙壁厚、薄壁細胞、微纖絲角的影響顯著;徑向上，纖維長、寬、長寬比、雙壁厚

3、、腔徑的大小順序皆為:中部＞內(nèi)部＞外部，維管束密度逐漸增大，微纖絲角變異規(guī)律不明顯;縱向上，從基部至上部纖維長及長寬比不斷增大，纖維組織比量、輸導組織比量增大，薄壁組織比量減少，微纖絲角變異規(guī)律不明顯。
　　(2)通過對撐篙竹木質(zhì)素分布的研究，探明了撐篙竹木質(zhì)素的分布特性。纖維細胞中木質(zhì)素多集中于細胞角隅區(qū)和復合胞間層，次生壁中相對較少。定量分析木質(zhì)素含量，在單個細胞中細胞角隅區(qū)(CCML)木質(zhì)素含量＞復合胞間層(CML)＞次生壁

4、(SW);不同竹齡的竹纖維細胞角隅區(qū)和胞間層木質(zhì)素含量隨著竹齡的增大而增大。次生壁木質(zhì)素含量略微不同，為2年生＞3年生＞1年生＞當年生;沿纖維帽從原生木質(zhì)部導管至初生韌皮篩管木質(zhì)素含量總體在下降。
　　(3)通過對撐篙竹單根纖維力學性能的研究，探明了竹纖維力學性能隨竹齡、部位的變異規(guī)律。竹纖維彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率的平均值分別為22.41GPa、0.97GPA、4.52％。纖維力學性能隨竹齡變異規(guī)律不明顯，方差分析表明受竹

5、齡影響不顯著，沿徑向由內(nèi)至外，竹纖維彈性模量不斷上升，斷裂伸長率降低，方差分析表明徑向位置與纖維拉伸強度之間的關系顯著;縱向上，隨高度的變化竹纖維彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率、斷裂伸長率的變化范圍分別為21.58-23.61GPa、0.92-1.03 GPa、4.16-5.01％。根據(jù)方差分析表明縱向位置對竹纖維拉伸性質(zhì)影響不顯著。
　　(4)通過對撐篙竹纖維細胞壁力學性能的研究，探明了撐篙竹細胞壁的力學特性。撐篙竹細胞壁彈性模

6、量與硬度分別為17.97GPa、475.69GPa。2年生細胞壁的彈性模量、硬度最大，竹齡對細胞壁的力學性能影響顯著;沿徑向竹肉部位的細胞壁彈性模量、硬度最小，而竹青部位的最大，同時方差結果也顯示徑向部位對細胞壁彈性模量、硬度的影響均顯著;縱向上，竹纖維細胞壁彈性模量、硬度隨著高度的增加呈現(xiàn)上升趨勢，但差異不大，變異系數(shù)分別為25.48％，16.7％。
　　(5)通過對撐篙竹木質(zhì)化過程中各項解剖性質(zhì)與力學性能的綜合分析，表明撐篙竹