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红麻芯杆基础性能和制板工艺研究

聂玉静  
【摘要】: 红麻(Hibiscus cannabinus L.),锦葵科木槿属中的一个种,一年生草本纤维作物,具有巨大的生物产量和极强的CO2吸收能力。我国红麻资源丰富,红麻全秆可广泛的应用于纺织、造纸、人造板、吸附材料和栽培基质等方面。红麻芯杆通常被视为农业加工剩余物,因此合理利用红麻芯杆对扩大红麻新用途、缓解木材资源紧张具有重要的现实意义。以往对红麻芯杆的研究主要是对纤维形态、造纸特性和粉碎做刨花板和纤维板,本文系统的研究红麻芯杆不同部位的基础性能以及直接用原杆来生产红麻板,因此对红麻芯杆有了更深入的认识并扩大了其生产用途。 本文系统的研究红麻芯杆的基础性能并得出结论如下: 一.红麻芯杆具有导管、纤维、轴向薄壁组织和射线细胞等解剖分子。单管孔或复管孔(多2-3个),管孔多为圆形或椭圆形。红麻芯杆轴向薄壁组织量多,呈轮状排列(宽5-7个细胞),内含物不见。管间纹孔式互列,单穿孔,无螺纹加厚。射线组织丰富,非叠生,射线组织类型主要为异Ⅰ型;单列射线和多列射线,单列射线高5-20个细胞;多列射线高20-60个细胞,宽2-6个细胞。射线与导管之间的纹孔式类似管间纹孔式。红麻芯杆的纤维长度在500-1400μm之间,不同部位平均纤维长度在800-900μ之间,平均纤维长度864.10μm。纤维宽度在10-50μm之间,平均纤维宽度为30.26μm。平均纤维长宽比为28.55。红麻芯杆纤维平均壁厚仅为2.38μm,壁腔比为0.242,属于甚薄纤维。 二、红麻芯杆气干密度在0.095-0.196g·cm-3之间,平均气干密度为0.155g·cm-3,密度沿杆子部位从上到下逐渐减小。红麻芯杆的干缩表现出各向异性,气干、全干干缩率纵向﹤径向﹤弦向。全干干缩率径向和弦向分别为6.73%和10.04%,弦、径向全干干缩比为1.49。红麻芯杆吸水率极大,24小时吸水率达372.67%。平均顺纹抗压强度为10.14MPa,静曲强度和为和弹性模量为22.31MPa和607.78MPa,力学强度随着杆子从上往下逐渐减小,这与密度随杆子部位不同的变化趋势相同。 三、红麻芯杆主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素含量为53.47%,木质素为17.01%,1%NaOH抽提物为30.13%,热水抽提物为3.32%,苯醇抽提物为3.51%,灰分为2.32%,随着杆子部位的不同而有所差异。红麻芯杆的结晶度范围在53-62%之间,平均结晶度为56.39%。红麻芯杆中存在着纤维素、半纤维素和木质素的典型红外光谱吸收峰。红麻芯杆热分解主要分为3个阶段,干燥阶段和初挥发阶段、热解阶段和剩余物的加热分解阶段。 通过对不同制板方案加工而成的红麻板性能的研究,得出以下结论: 一、红麻板平均含水率都在7-9%之间,密度在0.212-0.523g·cm-3之间。红麻板耐水性差,24h吸水率大于330%,厚度膨胀率大于40%,随着密度增大而增大。静曲强度和弹性模量均随着密度的上升而增大,静曲强度在21.65-40.07MPa之间,弹性模量在3214.55-6327.50MPa之间。内结合强度较小,在0.171-0.318MPa之间。红麻板是很好的保温材料,密度为0.26g·cm-3的红麻板,导热系数仅0.067W·m-1·K-1,随着密度的降低导热系数减小。红麻板具有吸声性能,吸声系数在13.31-15.81 %之间。 二、芯杆直径的大小对板材的性能有一定的影响,随着杆子由细变粗,吸水厚度膨胀率、静曲强度和弹性模量、吸声系数有所增大,导热系数变小,保温性能变好。韧皮纤维覆面改善了板材的耐水性,提高了板材的静曲强度和弹性模量,对导热系数几乎无影响,但提高了板材的吸声性能。杨木贴面明显改善了红麻板外观,吸水率和厚度膨胀率略有减小,力学性能提高,保温性能和吸声性能略有下降。


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