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綠竹木材性能研究

竹稈是壹種各向異性材料,具有生長快、輪伐期短、成材早、產量高等特點。竹稈由表皮組織、維管束組織、基本組織和髓腔組成。莖稈的表皮組織由表皮細胞和皮下組織組成,而莖稈的維管組織則由許多維管束及其內部的薄壁細胞組成。維管束在基本組織中的分布呈外密內疏、外小內大的趨勢。竹子維管束的形態隨種類和生長部位的不同而不同,但基本結構大致相同,由初生形成層、韌皮部和木質部組成。竹稈的基本組織由薄壁細胞和石細胞組成。髓腔位於稈的中央,在節上被竹節隔斷,竹節隔斷周圍是壹層薄如紙的髓細胞薄膜,覆蓋在髓腔壁上。關於竹節的組成和解剖構造的詳細研究很少,丁玉龍和山姆加維爾對竹節的結構和功能進行了研究。

纖維形態

纖維定量指標 竹類植物的纖維特性會影響竹稈的強度等物理性能,並在很大程度上影響竹漿和竹紙生產中所用紙漿的質量。對制漿造紙材料的基本要求是:制漿率高、纖維形態好、纖維彈性好、纖維素含量高。按照造紙綜合評分標準,青皮竹可視為優良和較好的制漿竹種,應優先發展制漿竹林。

竹子纖維長度1.97~3.09毫米,平均2142毫米,比針葉材短,比闊葉材長,據國際木材解剖學會測定,屬較長纖維。纖維長度因竹子的年齡、稈的不同部位而有很明顯的差異,並與纖維的直徑、細胞壁的厚度密切相關。壁中部和稈中部的纖維較長,維管束纖維鞘外側周圍的纖維比內側長,靠近後木質部和韌皮部的纖維最短。較短、較小的纖維通常出現在稈壁的外層,並逐漸向內增加到最大占稈壁的 1/3,然後逐漸向內減少。纖維寬度為 12.7 μm,稈壁中部的徑向變化較大,兩側較小,管腔直徑的變化相似。纖維寬度在稈軸上的變化如下:在根際附近最大,向稈端逐漸減小;在稈壁半徑上,稈中部最大,稈內側次之,稈外側最小。

纖維的長寬比可高達 190,比針葉和闊葉材料的長寬比都要大___。壹般認為,纖維的長寬比在稈的不同部位會有很大差異。長徑比的軸向變化與長度相近,長徑比大的竹材適合用作優質造紙原料。

Gro ssser 等人的研究表明,竹稈中約有 52% 是薄壁組織,40% 是纖維組織,8% 是導電組織。壹般來說,纖維組織比例大,纖維產量和紙張質量就高。不同竹種的纖維組織比差異非常明顯。纖維組織比的軸向變化在頂端最大,中部次之,基部最小;徑向變化在外側較大,中部和內側較小。與年齡無明顯相關性,與乳房高度處的直徑有壹定的相關性。

綠竹的平均管腔直徑為5.2微米,管壁厚度為2.3微米,管壁與管腔之比為4.4。纖維壁腔比隨著竹稈高度的增加而增加,竹壁外側的纖維壁腔比更大,且受竹齡的影響更大。在制漿時,該比率對纖維質量的影響更大。在竹稈的不同部位,竹壁與竹腔比率的差異並不顯著,而不同品種之間的差異顯著。空腔直徑在稈基部最大,在稈頂端最小;壁厚在中心最寬,在內側次之,在外側最小。

纖維細胞壁的顯微和超微結構 纖維是長細胞,兩端漸細,有時分叉,管腔直徑小,壁厚,壁有明顯的節狀增厚;在莖中以維管束鞘或分離的纖維束的形式存在。纖維縱向表面的特點是光滑、均勻、多淺槽、橫截面近圓形、邊緣呈不規則鋸齒狀。纖維主要存在厚、薄兩種細胞壁狀態,薄壁纖維的細胞壁為多層復合結構,層次少則4~5層,多則11層,由寬層和窄層交替組合而成。壹般來說,細胞壁層數較多的纖維存在於血管束外圍,靠近薄壁組織或導電組織,約占纖維總數的 1/2。在多層纖維中,寬層和窄層的微纖維取向不同:薄層微纖維呈近橫向螺旋狀排列,厚層微纖維呈近軸向螺旋狀排列,與纖維軸線的夾角約為20°-30°,隨著纖維壁的層數越來越深,微纖維的取向有變小的趨勢。

竹材的主要化學性質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成,占90%以上,還含有蛋白質、脂肪、果膠、單寧等物質。其中纖維素含量較高,壹般在 40% 至 60% 之間,平均為 52.6%,木質素含量約為 25.47%。隨著竹齡的增加,半纖維素和纖維素的含量降低,而木質素的含量逐漸增加。此外,綠竹的苯甲醇萃取物含量為 2.28%,l% NaOH 萃取物含量為 29.28%,灰分含量為 2.39%。合成纖維素含量較高,木質素和氫氧化鈉溶液萃取物含量較低或中等。作為造紙材料,其纖維得率高,易制漿,化學品消耗少。此外,竹纖維是我國開發成功的新壹代綠色環保纖維,細密中空,用其紡織加工成的織物質輕、挺括、吸濕導濕性強、透氣舒適、清涼爽快、光澤度好、染色色彩鮮艷,同時還具有防紫外線、抗菌、防臭、防蛀、防黴變等保健功效。竹纖維可與棉、絲等化纖交織或並用,廣泛用於內衣、襯衫、運動服和嬰幼兒服裝的制作,也是各種夏季時裝和床品、床上用品、毛巾、浴巾等的理想面料。隨著國內外面料發展趨勢的變化,竹纖維的應用領域將不斷擴大和創新。其中,廣寧與南京林業大學合作開發綠色竹紡織纖維項目進入中試階段,並朝著產業化方向發展。

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