撐篙竹莖桿木質(zhì)化過程中纖維細(xì)胞壁特性研究.pdf

1、竹材是一種天然生長有機(jī)體，主要由纖維素、半纖維、木質(zhì)素組成的復(fù)合增強(qiáng)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(xì)胞壁是決定其性能的主要因素，因此對(duì)竹類植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成分布和生物功能等方面的研究對(duì)于制漿造紙、竹纖維增強(qiáng)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(duì)象，采用X-射線衍射儀、單根纖維拉伸技術(shù)、納米壓痕技術(shù)等手段系統(tǒng)地研究了撐篙竹的微觀特性以及微力學(xué)性能，揭示了竹材解剖特性、微觀力學(xué)

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(xué)行為的本質(zhì)以及科學(xué)全面的提高撐篙竹的利用價(jià)值提供一定的理論依據(jù)。研究結(jié)果如下:
　　(1)通過對(duì)撐篙竹解剖特性的研究，揭示了撐篙竹纖維細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、維管束、各組織比量（纖維組織比量、薄壁組織、輸導(dǎo)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(duì)纖維雙壁厚、薄壁細(xì)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(dǎo)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(duì)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(xì)胞中木質(zhì)素多集中于細(xì)胞角隅區(qū)和復(fù)合胞間層，次生壁中相對(duì)較少。定量分析木質(zhì)素含量，在單個(gè)細(xì)胞中細(xì)胞角隅區(qū)(CCML)木質(zhì)素含量＞復(fù)合胞間層(CML)＞次生壁

4、(SW);不同竹齡的竹纖維細(xì)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(dāng)年生;沿纖維帽從原生木質(zhì)部導(dǎo)管至初生韌皮篩管木質(zhì)素含量總體在下降。
　　(3)通過對(duì)撐篙竹單根纖維力學(xué)性能的研究，探明了竹纖維力學(xué)性能隨竹齡、部位的變異規(guī)律。竹纖維彈性模量、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的平均值分別為22.41GPa、0.97GPA、4.52％。纖維力學(xué)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(qiáng)度之間的關(guān)系顯著;縱向上，隨高度的變化竹纖維彈性模量、拉伸強(qiáng)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(duì)竹纖維拉伸性質(zhì)影響不顯著。
　　(4)通過對(duì)撐篙竹纖維細(xì)胞壁力學(xué)性能的研究，探明了撐篙竹細(xì)胞壁的力學(xué)特性。撐篙竹細(xì)胞壁彈性模

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