竹材力学性能的种间差异及其影响因子研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:icefire870723
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材性数据是竹材科学开发利用的依据,只有获得全面的基础材性数据,才能满足不同应用领域对竹种的选材需求。本论文选取福建11种具有经济价值和代表性的散生竹和丛生竹——撑篙竹(Bambusa pervariabilis),粉单竹(Bambusa chungii),慈竹(Neosinocalamus affinis),吊丝单竹(Dendrocalamopisis vario-striata),水竹(Phyllostachys heteroclada),青丝黄竹(Bambusa eutuldoides var.viridi-vittata),麻竹(Dendrocalamus latiflorus),花竹(Bambusa albo-lingata),绿竹(Dendrocalamopisis oldhami),花眉竹(Bambusa longispiculata),毛竹(Phyllostachys edulis)为研究对象,系统比较其宏观力学性能、维管束力学性能、基本密度、纤维组织比量、纤维径向梯度分布、微纤丝角、竹壁厚、竹环内径、弧度以及化学组成等指标之间的差异,分析竹材力学性能种间差异的主要影响因子,为不同竹种的快速选择利用提供科学依据。主要研究结果如下:(1)11种竹材力学性能种间差异显著,顺纹拉伸模量和抗拉强度为12.42~22.46 GPa和144.03~317.25 MPa,弦向弯曲模量和抗弯强度为10.39~17.77 GPa和135.32~238.96MPa,顺纹压缩模量和抗压强度为5.21~11.85 GPa和68.01~127.86 MPa,顺纹抗剪强度为10.34~18.66 MPa;撑篙竹、粉单竹、慈竹、水竹、青丝黄竹、花竹、花眉竹等7个竹种的各项力学性能均优于两年生毛竹,青丝黄竹综合力学性能最好(仅抗弯强度略小),2年生绿竹和麻竹力学性能最差。(2)11种竹材的化学成分存在明显差异,苯醇抽出物含量2.32%~6.28%,综纤维素含量69.59%~82.29%,ɑ-纤维素含量43.11%~60.94%,半纤维素含量15.58%~32.38%酸不溶木素含量20.41%~24.08%,灰分含量0.47%~2.31%;平均基本密度0.43~0.77g/cm~3,平均纤维组织比量为29~50%,力学性能优于毛竹的七种竹材纤维组织比量均大于毛竹。(3)采用图像处理方法计算了11种竹材的纤维组织比量的梯度变化,发现其径向梯度分布模式不同,可分为上凸型、下凹型和近似S型,文中所选11种竹材主要为S型。(4)11种竹材维管束力学性能径向变异明显,竹青、竹中、竹黄部分维管束的拉伸模量和抗拉强度分别为26.12~94.88 GPa和381.20~880.06 MPa、17.78~63.68 GPa和258.66~703.14 MPa、15.15~41.28 GPa和192.18~685.15 MPa;11种竹材中,青丝黄竹维管束拉伸力学性能最好,毛竹维管束拉伸力学性能最差。(5)竹材力学性能的种间差异最重要决定因子是密度,其次是纤维组织比量,因此密度是竹材力学性能最为便捷的预测指标;壁厚和灰分含量与竹材力学性能之间也存在较好的相关性,这主要是因为竹壁厚、灰分含量与竹材密度两者之间存在一定的相关性;弧度和内径与抗压强度呈负相关,综纤维素和半纤维素含量与竹材力学性能呈正相关,微纤丝角、木质素含量对力学性能影响不显著;此外,通过主成分回归模型可知,竹材力学性能的变异的至少80%是由密度、纤维组织比量、竹壁厚、综纤维素、半纤维素和灰分等8个指标引起的。
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