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竹材不同尺度单元纵向拉伸性能研究进展 被引量：6
1
作者 王献轲 方长华 +3 位作者 刘嵘 张淑琴 陈红 费本华 《竹子学报》 2020年第4期14-24,共11页
竹类植物属于禾本科竹亚科,竿形圆锥状、中空、壁厚、多节、高大。竹材具有优良的力学性能,是集高强度、高韧性、高延展性于一体的生物质复合材料;竹材由纤维、薄壁组织以及输导组织细胞所构成,其中纤维细胞起承载作用,竹材的拉伸强度... 竹类植物属于禾本科竹亚科,竿形圆锥状、中空、壁厚、多节、高大。竹材具有优良的力学性能,是集高强度、高韧性、高延展性于一体的生物质复合材料;竹材由纤维、薄壁组织以及输导组织细胞所构成,其中纤维细胞起承载作用,竹材的拉伸强度主要由纤维所提供;薄壁组织细胞起运输和存储养分并传递载荷的作用;输导组织细胞主要起运输养分、水分和无机盐且起到一定的应力支撑作用。研究对竹材宏观、组织、细胞和细胞壁不同尺度纵向拉伸性能研究成果进行了综述,分析了不同尺度力学性质存在特征、差异性,以及对工程应用的意义,为竹材多尺度拉伸力学性能进一步研究提供借鉴。 展开更多
关键词 竹材 维管束 纤维 薄壁组织 拉伸性能
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竹材薄壁组织拉伸性能及其变异规律的研究 被引量：5
2
作者 王福利 王献轲 +3 位作者 周佳硕 谢浩 许费扬 邵卓平 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期130-137,共8页
【目的】从力学角度看,竹材的薄壁组织扮演基体的角色,而因其几何形貌的限制,目前针对薄壁组织开展的力学方面的相关研究较少。探索薄壁组织的力学性能,尤其是基体材料属性的赋值,对竹材精细化仿真模型的建立起到关键作用,进而提高模拟... 【目的】从力学角度看,竹材的薄壁组织扮演基体的角色,而因其几何形貌的限制,目前针对薄壁组织开展的力学方面的相关研究较少。探索薄壁组织的力学性能,尤其是基体材料属性的赋值,对竹材精细化仿真模型的建立起到关键作用,进而提高模拟分析结果的准确性。【方法】以毛竹材为研究对象,7组试样取自同一竹秆不同高度处节间,软化后切厚度为30和80μm的弦切片,其中厚度为30μm的切片用于测试薄壁细胞形态参数,厚度为80μm的切片用于制作有效试验段仅含薄壁组织的拉伸试样,并在力学试验机上结合光学引伸计完成竹材薄壁组织的拉伸试验,计算分析其抗拉强度、弹性模量和失效应变。【结果】竹材薄壁细胞长、宽、腔径和双壁厚在竹秆高度方向上无明显的变异规律;薄壁组织的平均抗拉强度为13.08 MPa,抗拉弹性模量为830.86 MPa,失效应变为1.98%,三者在竹秆高度上的变异规律均不明显;竹材薄壁组织拉伸性能与薄壁细胞形态之间的线性相关性较低。对薄壁组织拉伸失效断口的分析表明其拉伸失效的实质是胞间层分离与细胞壁断裂,本试验采用的毛竹材薄壁组织的平均抗拉强度在13.08~34.82 MPa之间。【结论】试验方法与结果均可靠,试验结果将为全面而深入地了解竹材力学性能及其数学模型的建立提供重要的参考价值,另外本试验方法将为植物材料力学性能的相关研究提供参考。然而,为提高测量结果的准确性还需进一步的深入研究,竹材薄壁细胞组织构造在竹秆高度方向上的变异规律与其力学性能之间的关系仍需探索。 展开更多
关键词 竹材 薄壁组织 细胞形态 拉伸性能 失效机制
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SiO_(2)气凝胶纳米颗粒浸渍改性对竹材性能的影响 被引量：3
3
作者 邹艳萍 王献轲 +2 位作者 张雨湉 费本华 陈红 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期46-51,共6页
竹材作为我国第二大森林资源,在许多领域可以替代木材使用,但竹材的亲水性会带来尺寸稳定性差、易霉变等问题,极大地限制了其大规模的推广与应用。利用二氧化硅(SiO_(2))气凝胶纳米材料真空浸渍处理竹材,并在浸渍液中添加分散剂聚乙烯醇... 竹材作为我国第二大森林资源,在许多领域可以替代木材使用,但竹材的亲水性会带来尺寸稳定性差、易霉变等问题,极大地限制了其大规模的推广与应用。利用二氧化硅(SiO_(2))气凝胶纳米材料真空浸渍处理竹材,并在浸渍液中添加分散剂聚乙烯醇(PVA),浸渍时间分别为3和9 h,以及3 h循环浸渍3次。采用冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪和万能力学试验机对不同工艺参数处理竹材的浸渍效果、疏水性和抗弯性能进行表征,并对竹材的尺寸稳定性及防霉效果进行测试。从竹材表面的SEM和能谱图中可以看出,随着浸渍次数和浸渍时间的增加,SiO_(2)气凝胶纳米颗粒的附着量逐渐增多,且在浸渍超过3 h时有大块堆积现象,说明PVA在一定程度上提高了SiO_(2)气凝胶纳米材料在竹材上的附着力;从竹材内部横截面的SEM和能谱图中可以看出,随着浸渍次数和浸渍时间的增加,竹材内部横截面的SiO_(2)气凝胶附着量及Si元素也随之增加,说明SiO_(2)气凝胶纳米颗粒成功进入了竹材的内部,且附着量随着浸渍时间的延长而增加。浸渍9 h时表面水接触角最大,可达147°;添加PVA浸渍3次循环时端面水接触角最大,可达133°,与未处理竹材相比疏水性显著提高。浸渍处理后竹材抗弯强度和弹性模量均有所下降;抗弯强度在浸渍3次循环时下降幅度最大,下降了26.9%;弹性模量在添加PVA浸渍3次循环时下降幅度最大,下降了22.1%。气干湿胀率在浸渍9 h时最低,为1.8%;饱水湿涨率在浸渍3次循环时最低,为5.41%。竹材的防霉效果也有一定的提升,在添加PVA浸渍3次循环时效果最好。经过SiO_(2)气凝胶浸渍后的竹材疏水性明显提升,简单便捷的SiO_(2)气凝胶浸渍改性制备疏水竹材有望扩展竹材的应用领域。 展开更多
关键词 竹材 二氧化硅气凝胶 疏水性 尺寸稳定性 防霉性能 力学性能
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家居用疏水保温展平竹制备工艺研究
4
作者 邹艳萍 王献轲 +2 位作者 张雨湉 陈红 费本华 《竹子学报》 2021年第2期55-59,共5页
竹材展平技术是近年来竹材高效加工和利用的实用技术,可以推动中国竹产业向资源节约和高附加值方向发展,但竹材亲水性带来的尺寸稳定性差等问题,在竹材展平处理后更加明显。通过提高展平竹的疏水性和保温性,拓展其在家居制品领域的应用... 竹材展平技术是近年来竹材高效加工和利用的实用技术,可以推动中国竹产业向资源节约和高附加值方向发展,但竹材亲水性带来的尺寸稳定性差等问题,在竹材展平处理后更加明显。通过提高展平竹的疏水性和保温性,拓展其在家居制品领域的应用。利用二氧化硅气凝胶纳米材料对展平竹进行真空浸渍处理,浸渍时间分别3 h、9 h、3 h重复3次。浸渍完成后将试件60℃干燥至质量稳定。采用冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)、接触角测试仪、导热系数测试仪对展平竹的表面形貌、水接触角和导热系数进行表征。随着浸渍次数和浸渍时间的增加,二氧化硅气凝胶纳米颗粒的附着量越多,且有大块堆积现象,PVA在一定程度上提高了二氧化硅气凝胶粉末的附着力;二氧化硅气凝胶浸渍改性后展平竹的导热系数降低了约41%,隔热性有了明显的提高;浸渍循环3次的表面水接触角最大,可达130°,与未处理展平竹的65°相比提高了1倍。经过二氧化硅气凝胶浸渍后的展平竹的疏水性和保温性明显提升,利用二氧化硅气凝胶粉末浸渍改性是制备疏水保温展平竹的一种简单便捷的方式,有望拓展展平竹在家居制品和室内装饰的应用。 展开更多
关键词 展平竹 二氧化硅气凝胶 疏水性 导热系数
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