热处理毛竹材细胞壁结构及力学性能研究

摘要

本课题以6年生毛竹材中部竹肉部分为研究对象，研究毛竹材细胞壁经过130oC、150oC、170oC和190oC处理2h、4h和6h后的化学组分和结构变化，运用原子力显微技术和纳米压痕技术利用与原子力显微镜（AFM）相连接的纳米压痕仪测试分析热处理温度和时间对毛竹材细胞壁纳米准静态力学的影响，通过延长保载时间分析热处理毛竹材细胞壁的蠕变性能，运用纳米动态力学测试（Nano-DMA）技术研究不同热处理工艺下加载频率对毛竹材细胞壁纳米动态力学特性的影响。得到主要结论如下：　　（1）当热处理温度高于150oC时，随热处理温度升高和时间的延长，毛竹材细胞壁的α纤维素含量与综纤维素含量呈逐渐降低的趋势；毛竹材细胞壁的木质素含量随着热处理温度的升高逐渐升高，而热处理时间对毛竹材细胞壁的木质素含量的影响不显著。　　（2）热处理温度和时间对毛竹材细胞壁的微纤丝角影响并不明显。在温度相对较低时随热处理时间的延长逐渐降低，在170oC之后无显著的变化规律。毛竹材细胞壁的相对结晶度随热处理时间的延长呈逐渐增大的趋势，随着热处理温度的升高，尤其是在170oC之后热处理时间较长时有明显的增加。　　（3）毛竹材细胞壁的硬度与弹性模量随热处理温度升高逐渐增大，170oC以后趋势变缓。热处理时间对毛竹材细胞壁硬度有一定影响，但是并不明显；在热处理温度低于170oC时，毛竹材细胞壁的弹性模量随热处理时间延长逐渐增大，在170oC以后热处理时间的影响则不显著。　　（4）热处理后毛竹材细胞壁的蠕变率相对对照组未处理材的均有降低。在温度未达到190oC时，热处理时间对毛竹材细胞壁蠕变率、应变率的影响不显著，当温度达到190oC时，毛竹材细胞壁的蠕变率随着热处理时间的延长逐渐降低。毛竹材细胞壁的应变率明显低于对照组未处理的毛竹材，尤其是在保载阶段的开始50s以内。　　（5）热处理后毛竹材细胞壁的储能模量相对于未处理材有所升高，而损耗模量相对于未处理材有所降低。热处理毛竹材的损耗模量随着测试频率的升高呈逐渐降低的趋势，但处理温度越高效果越不明显。热处理毛竹材细胞壁的储能模量随着测试频率的升高呈上升增大趋势。热处理时间对毛竹材细胞壁储能模量有影响但没有明显规律，而对损耗模量的影响也不显著。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2竹木材热处理研究进展

1.3单根竹木纤维细胞壁特性研究进展

1.4纳米压痕技术在木竹材性能测试中的应用

1.5主要研究内容、技术路线及创新点

第二章 热处理毛竹材细胞壁化学成分研究

2.1试验材料

2.2试验仪器与设备

2.3试验方法

2.4试验结果分析与讨论

2.5本章小结

第三章 热处理毛竹材细胞壁结构的研究

3.1试验材料

3.2试验仪器与设备

3.3试验方法

3.4试验结果分析与讨论

3.5本章小结

第四章 热处理毛竹材细胞壁静态力学的研究

4.1试验材料

4.2试验仪器与设备

4.3纳米压痕测试方法

4.4试验结果与分析

4.5本章小结

第五章 热处理毛竹材细胞壁蠕变性能的研究

5.1试验材料

5.2试验仪器与设备

5.3纳米压痕蠕变测试方法

5.4试验结果与分析

5.5本章小结

第六章 热处理毛竹材细胞壁动态力学的研究

6.1试验材料

6.2试验仪器与设备

6.3 Nano-DMA测试方法

6.4试验结果与分析

6.5本章小结

第七章 结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

个人简介

致谢