棉稈纖維束及其復(fù)合材料性能研究.pdf

1、本論文選用棉稈為研究對(duì)象，與塑料復(fù)合，通過熱壓制備棉稈/塑料復(fù)合板材，解決棉稈復(fù)合板材吸水厚度膨脹率高的問題；研究纖維束性質(zhì)，工藝因子對(duì)復(fù)合板材性能的影響，以期為利用棉稈開發(fā)復(fù)合板材的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)
　　論文借助光學(xué)顯微鏡對(duì)棉稈的顯微構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)的觀察和分析，并對(duì)棉稈韌皮部和木質(zhì)部的化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)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(duì)單根棉稈韌皮纖維進(jìn)行纖維形態(tài)、力學(xué)強(qiáng)度、橫截面積和結(jié)晶度的研

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

3、部不同部位導(dǎo)管和纖維的比量差異顯著，棉稈基部的導(dǎo)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(zhì)部和韌皮部的化學(xué)成分有明顯不同，與棉稈木質(zhì)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(shí)心或中空非常小，呈菱形或圓形。韌皮部纖維拉伸應(yīng)力—應(yīng)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(yīng)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(zhì)部的結(jié)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(jié)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(xué)物質(zhì)。
　　⑶棉稈纖維

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(zhì)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(zhì)部纖維束的寬度(253.36μm)。韌皮部纖維束的長寬比約為木質(zhì)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(zhì)部纖維束(69249.16μm2)。棉稈韌皮部和木質(zhì)部的纖維束抗拉強(qiáng)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(xué)性能低于其它植物纖維，韌皮部纖維束的力學(xué)性能低于單根韌皮纖維細(xì)胞。纖維束的拉伸應(yīng)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(shì)。木質(zhì)部纖維束在聚乙烯基體中的界面剪切強(qiáng)度為5.05MPa，韌皮部纖維束在聚乙烯基體中的界面剪切強(qiáng)度為3.96MPa。
　?、柔槍?duì)棉稈材料的上述特性，采用疏水性強(qiáng)的塑料為粘合劑，制備棉稈纖維/塑

7、料復(fù)合板材。研究結(jié)果表明：棉稈木質(zhì)部纖維束復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度，彈性模量，24h吸水厚度膨脹率，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度都高于韌皮部纖維束復(fù)合板材?；厥站郾┲苽涑龅膹?fù)合板材靜曲強(qiáng)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(fù)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(fù)合板材，回收聚乙烯塑料制備復(fù)合板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度高于廢棄塑料和回收聚丙烯塑料。用楊木單板覆面后，復(fù)合板材靜曲強(qiáng)度和彈性模量有了很大的提高。棉稈/回收