熱處理對竹基纖維復(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，大徑級的毛竹和小徑級的雜竹都能得到應(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，隨著人們對不同色澤竹制品的需求的日益增長，竹材的熱處理在我國竹材加工企

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。開展熱處理對竹基纖維復(fù)合材料性能影響的研究，對于擴(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，對提升我國竹基纖維復(fù)合材料行業(yè)的整體競爭力、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)和時間(110min、140min和170min)對纖維化竹單板進(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竹基纖維復(fù)合材料的制備工藝的影響以及

4、對竹基纖維復(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于未處理材顯著下降，而α-纖維素的含量則相對于未處理材有升高的趨勢。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，而熱處理對不同竹種的影響也有所不同。
　　

6、 相對于綜纖維素和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間的延長而逐漸降低。
　　 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間對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于未處理材都顯著升高。隨著熱處理時間的延長，毛竹總緩沖容量呈逐漸升高趨勢，慈竹總緩沖容量呈逐漸降低趨勢，而紅殼竹總緩沖容量呈先增后減的趨勢;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，而慈竹總緩沖容量呈先升高后降低的趨勢。
　　 (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間

9、的延長而逐漸增大。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間的延長而逐漸增大。
　　 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間的延長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時相對于未處理材顯著升高;當(dāng)熱處理時間一定時，在0.35MPa～0.45MPa熱處理時，MOE值呈現(xiàn)先升高后降