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近年来,农作物秸秆焚烧带来的资源浪费和环境污染问题越来越严重,秸秆的利用问题越来越受到重视,农作物秸秆除了用作饲料、燃料以外,也可用于制备生物质复合材料,由于秸秆性能直接影响其制备复合材料的性能,故对秸秆成分和性能的研究具有重大意义。本文选用小麦、水稻、玉米、芦苇和大豆5种秸秆为研究对象,采取微波、水浴加热、稀H2SO4和NaOH4种处理方法对5种类秸秆进行预处理,分析了它们的力学、理化性能、主要化学官能团成分、热稳定性能、内外表面微观结构、结晶度,并对秸秆的纤维素、半纤维素、木质素等成分含量进行了分析,主要结论如下:(1)对比分析秸秆纤维力学性能得出:芦苇秸秆拉伸强度最大,其次是大豆秸秆,水稻秸秆拉伸强度最小,它们从大到小依次为芦苇秸秆185.46MPa,大豆秸秆97.35MPa,玉米秸秆54.32MPa,小麦秸秆49.39MPa,水稻秸秆37.28MPa;拉伸模量大小顺序和拉伸强度一致,依次为芦苇秸秆6.18GPa,大豆秸秆5.55GPa,小麦秸秆3.73GPa,水稻秸秆3.05GPa,玉米秸秆2.71GPa;剪切硬度最大为玉米秸秆,其次是大豆秸秆,水稻秸秆剪切硬度最小,它们的大小分别为:玉米秸秆49.60N,大豆秸秆40.10N,芦苇秸秆35.27N,小麦秸秆5.93N,水稻秸秆3.57N;最大硬度时位移大小依次为玉米秸秆2.31mm,大豆秸秆2.25mm,芦苇秸秆1.76mm,小麦秸秆1.39mm和水稻秸秆1.24mm。对比分析秸秆纤维成分及性能得出:芦苇秸秆的纤维素、半纤维素含量最高,大豆秸秆木质素含量较高,玉米秸秆的灰分含量较高;纤维素含量大小依次为:芦苇秸秆45.85%,小麦秸秆45.32%,水稻秸秆42.94%,玉米秸秆37.24%,大豆秸秆30.83%;半纤维素含量大小依次为:芦苇秸秆21.1 5%,水稻秸秆20.95%,小麦秸秆19.69%,玉米秸秆17.38%,大豆秸秆14.64%;木质素含量大小依次为:大豆秸秆32.8%,玉米秸秆23.13%,芦苇秸秆19.21%,小麦秸秆12.49%,水稻秸秆10.92%;灰分含量大小依次为:玉米秸秆7.22%,小麦秸秆5.03%,水稻秸秆3.17%,大豆秸秆2.90%,芦苇秸秆1.34%。(2)5种秸秆的热分解过程均有四个阶段:干燥挥发阶段30℃～100℃;升温阶段100℃～250℃;热分解阶段250℃～400℃;剩余物质加热阶段400℃～。5种秸秆失重趋势基本一致,但剩余质量比不同,大豆秸秆的分解更加彻底;不同品种秸秆的DSC曲线有所差异,大豆秸秆的热稳定性更好。对比分析秸秆纤维热性能得出:不同秸秆纤维的剩余质量比不一样,芦苇秸秆剩余质量最大,其次是水稻秸秆,大豆秸秆剩余质量最小,它们分别为:芦苇秸秆为22.71%、水稻秸秆为22.57%、玉米秸秆为21.47%、小麦秸秆为20.18%和大豆秸秆为1.88%。(3)对比分析5种秸秆纤维结晶度得出:5种秸秆纤维X射线衍射谱图曲线较为相似,大豆秸秆、芦苇秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的衍射峰均为典型的纤维素Ⅰ型结构,以结晶度为分序基准,芦苇秸秆相对最高(CrI=55.90%),小麦秸秆次之(CrI=54.95%),接着是玉米秸秆(CrI=54.39%),然后是水稻秸秆(CrI=48.73%),大豆秸秆则是最低(CrI=42.5%)。(4)5种秸秆纤维的红外光谱吸收峰形状相似,但吸收峰强弱程度不同。5种秸秆均有纤维素、半纤维素、多糖和单糖的分子内羟基-OH伸缩振动谱带位于波数段3300～3500cm-1,均有纤维素中CH3-和-CH2-基团的C-H反对称伸缩振动峰位于波数段2900～2935cm-1,均有氨基酸中的-NH2伸缩振动峰位于波数段2230～2400cm-1,均存在与木质素或半纤维素有关的羧酸脂类化合物以及酮类化合物中-CO-伸缩振动位于波数段1640～1735cm-1,均存在脂肪族化合物中C-O-C不对称伸缩振动的吸收峰位于波数段1150-1160cm-1,均有碳水化合物中多糖类的-CO-伸缩振动吸收峰位于波数段970～11OOcm-1,均有β-D葡萄糖基特性和分子内的氩键吸收峰位于波数段890～900cm-1。小麦秸秆在波数段3300～3500cm-1处振动最强烈,说明小麦秸秆纤维材料吸水性最强。5种秸秆在波数段2900～2990cm-1处差别较小,小麦秸秆纤维材料振动稍强烈。5种秸秆在波数段1700～1735cm-1吸收峰振动强烈从大到小依次为大豆秸秆、玉米秸秆、芦苇秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆材料,与秸秆类纤维木质素含量大小一致。(5)对比分析秸秆纤维吸水、吸湿性可知:小麦秸秆24h吸水率最高为456.62%,其次是水稻秸秆为421.85%,玉米秸秆为352.18%,芦苇秸秆为244.1%,其中24h吸水率最低为大豆秸秆的235.67%;小麦秸秆的吸湿性最大,其次是水稻秸秆和玉米秸秆,芦苇秸秆和大豆秸秆吸湿最小;大豆秸秆的接触角最大,其次是芦苇秸秆,它们的大小依次为大豆秸秆,芦苇秸秆,玉米秸秆,水稻秸秆和小麦秸秆,且5种秸秆材料接触角均大于90°。(6)对比分析秸秆纤维微观结构可以看出:大豆秸秆外表面较为粗糙,有清晰的沟壑;芦苇秸秆外表面组织光滑、致密,束状纤维纵向排列,表面一层蜡质膜覆盖;玉米秸秆外表面光滑致密,有少量气孔和划痕非均匀分布;水稻秸秆外表面密布着大小不一的凸出的蜡质晶体和硅质细胞,其中小半径的蜡质晶体和硅质细胞占多数,且排列较均匀,按纵向排序;小麦秸秆外表面与芦苇秸秆微观结构相似,外表层组织致密、无破损,有一些单纹孔。(7)5秸秆纤维经微波处理后理化性能均有一定变化,它们结晶度与未处理相比均有小幅度提高,芦苇秸秆相对最高(CrI=57.87%),玉米秸秆次之(CrI=56.67%),大豆秸秆最低(CrI=45.75%);5种秸秆材料经微波处理后的接触角大小均有小幅度降低,从大到小依次为芦苇秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆;经微波处理后秸秆的24h吸水率整体呈下降的趋势,小麦秸秆24h吸水率最大为484.6%,其余依次为水稻秸秆465.9%,玉米秸秆253.96%,大豆秸秆193.64%和芦苇秸秆131.61%;吸湿率整体变化不大,它们从大到小依次为:小麦秸秆,水稻秸秆,玉米秸秆,大豆秸秆和芦苇秸秆。(8)5秸秆纤维经水浴加热处理后理化性能均有一定变化,它们在结晶度上有小幅度提高,芦苇秸秆结晶度最高(CrI=57.58%),玉米秸秆次之(CrI=57.54%),接着是小麦秸秆(CrI=53.29%),水稻秸秆(CrI=48.22%),大豆秸秆最低(CrI=44.45%);5种秸秆纤维经水浴加热处理后接触角有所降低,它们从大到小依次为大豆秸秆、芦苇秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆;24h吸水率除水稻秸秆555.86%外其余均减小,它们的大小分别为小麦秸秆400.54%,玉米秸秆301.48%,芦苇秸秆230.25%和大豆秸秆200.49%;大豆秸秆的吸湿率与未处理之前有明显降低,其余变化不大,它们从大到小依次为:水稻秸秆,小麦秸秆,玉米秸秆,芦苇秸秆和大豆秸秆。(9)5秸秆纤维经稀H2SO4处理后理化性能有较大变化:它们结晶度显著提高,玉米秸秆最高(CrI=60.64%),小麦秸秆次之(CrI=55.54%),芦苇秸秆(CrI=54.21%),水稻秸秆(CrI=54.06%),大豆秸秆最低(CrI=51.32%);经稀H2SO4处理后秸秆纤维接触角减小也较为明显,从大到小依次为芦苇秸秆85.4°,大豆秸秆78.67°,玉米秸秆77.6°,水稻秸秆77.4°和小麦秸秆56.83°;24h吸水率均有所降低,从大到小依次为小麦秸秆的397.29%,水稻秸秆的163.43%,玉米秸秆的95.18%、大豆秸秆的94.16%和芦苇秸秆的59.59%;吸湿率整体有小幅度降低,它们从大到小依次为小麦秸秆,水稻秸秆,玉米秸秆,大豆秸秆和芦苇秸秆。(10)5秸秆纤维经NaOH处理后理化性能变化最大:它们结晶度大幅度提高,玉米秸秆最高(CrI=70.11%),芦苇秸秆次之(CrI=63.64%),水稻秸秆(CrI=62.30%),然小麦秸秆(CrI=57.80%),大豆秸秆最低(CrI=53.51%);经NaOH处理后的秸秆纤维接触角也大幅度减小,依次从大到小为:芦苇秸秆65.2°,玉米秸秆62.2°,大豆秸秆60.2°,水稻结秆52.9°和小麦秸秆48.9°;24h吸水率除小麦秸秆438.97%外,其余均有大幅度降低,它们的大小依次为水稻秸秆248.06%,大豆秸秆241.72%,玉米秸秆228.28%和芦苇秸秆149.12%;吸湿率整体变化不大,芦苇秸秆的吸湿率有所降低,它们从大到小依次为:小麦秸秆,水稻秸秆,大豆秸秆,玉米秸秆和芦苇秸秆。