| 不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角 |
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| 引用本文： | 刘苍伟,苏明垒,王思群,王新洲,赵荣军,任海青,王玉荣.不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角[J].林业科学,2018(1). |
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| 作者姓名： | 刘苍伟 苏明垒 王思群 王新洲 赵荣军 任海青 王玉荣 |
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| 作者单位： | 中国林业科学研究院木材工业研究所;田纳西大学可再生碳中心;南京林业大学材料科学与工程学院; |
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| 摘 要： | 【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。【结果】毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。【结论】生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。
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