竹筒锥模开纤的理论及实验研究

发布时间：2020-08-14 20:35

【摘要】：竹纤维加工技术经过多年的发展,形成了以蒸煮锤击或碾压开纤法、化学机械法为主体的长竹纤维(束)生产格局。这些生产方法虽各具特色,但纤维分离方法较落后,分离方法难以解决纤维纤细化的控制问题,使得生产效率低下,生产的纤维质量不稳定,能耗较大,环境污染问题较突出。2014年姚文斌等人提出了一种竹筒外翻开纤方法,该方法基于竹筒热粘弹塑性及构造特征,利用设计的外翻装置使竹筒无需切削分片直接软化翻转变形以实现竹材层间脱层分离而直接开裂成纤。由于该方法生产过程无污染,可直接用原生竹筒作为加工材料,避免了切割加工竹片带来的利用率损失,其纤维生产得率高,且获得的竹纤维(束)具有弹性好,韧性佳,纤维细度、均匀性好等突出的特点。本文在前述开纤方法的基础上,研制出了竹筒开纤锥形模具及开纤试验机,基于圆竹筒的生物结构特点及竹材维管束在径向方向分布差异等特点,使经过软化的毛竹筒在轴向压缩载荷和锥形模具协同作用下,直接分离出粗细均匀的天然竹纤维。论文通过毛竹筒锥模开纤的试验研究,初步建立了竹筒锥模开纤的力学模型,获得了毛竹筒锥模开纤的条件,确定了最佳软化工艺和及其开纤参数,揭示了竹筒锥模成纤的规律。主要研究内容和取得的成果如下:一、利用薄壁壳体的薄膜理论,建立了竹筒锥模开纤的力学分析模型,得到了竹筒端部开纤的开纤条件。二、针对新鲜毛竹筒的开纤参数进行了试验测定,结果发现:开纤模型中的压应力和屈服极限与毛竹材的竹龄、部位、竹节和含水率都紧密相关,主要体现在压应力与竹龄成正比,随竹龄增大而变大;随着竹杆高度的增加,从根部到梢部,毛竹筒开纤压应力呈上升趋势;含水率越高的毛竹材塑性越好,开纤所需的压应力越小;试验结果发现:新鲜毛竹筒并不能满足竹筒锥模开纤模型的开纤条件。三、为了降低毛竹筒的弹性模量及屈服极限以达到毛竹筒锥模开纤的开纤条件,作者进行了软化试验。试验表明,最佳软化工艺:软化液浓度8%,蒸煮软化处理时间90min。在该软化工艺蒸煮处理后的毛竹材的弹性模量比未处理前下降了98.6%。经该软化工艺处理后的毛竹筒满足了毛竹筒锥模开纤模型的开纤条件。1年生半径在42.64-50.36mm,壁厚在6.88-8.98mm之间的毛竹材,经过软化液浓度8%,软化时间90min的软化环境处理后,当开纤载荷达到20.37-28.02KN之间时就能开纤。四、本文得到的毛竹筒锥模受压开纤方法最佳的开纤工艺为:加载载荷25KN,开纤速率为1mm/min,模具锥角度数为160°。此开纤工艺下,半径42.64-50.36mm,壁厚6.88-8.98mm的1年生毛竹材在经过软化液浓度8%,软化时间90min的软化环境处理后开纤效果最佳。毛竹筒锥模受压开纤方法能在不破坏纤维的情况下将竹原纤维分离开来,具有较好的开纤效果。在此工艺条件下,100mm长的毛竹筒提取的竹原纤维平均长度在84mm左右,平均细度在190dtex左右的竹原纤维,竹原纤维得率在30.50%左右,且竹原纤维细度范围分布也较为均匀。
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ341
【图文】：

示意图,开纤,锥模,示意图

2.竹筒锥模受压开纤的力学模型1 引言竹原纤维加工技术经过多年的发展，已形成了以蒸煮锤击或碾压开纤法、化机械法为主体的长竹纤维（束）生产格局。这些生产方法虽各具特色，但加工法普遍存在工艺复杂，生产效率低下，竹材利用率偏低，纤维生产质量不稳定诸多问题。基于以上原因，本文提出了竹筒锥模开纤的新方法[28]，直接选取毛筒作为开纤对象，利用自制试验装置，开展了毛竹筒锥模受压开纤的实验研究，期改善以上的问题。

旋转壳单元

转壳体的薄膜理论构的变形分析，通常运用板壳理论[30]或者薄膜理论选用薄膜理论对竹筒锥模受压变形开纤过程进行分析旋转曲面为中轴面绕其回转轴旋转一周而形成的空间元，用两条经线剖面 AD 和 BC 及两个邻近的平行圆AB 和 CD，而切分为曲面单元体 ABCD，ρ代表经过截面 AD 和 BC 形成的夹角，d 代表剖面 AB 和 CD 形点的经线的曲率半径（曲率中心为K ），R 代表经过一个主曲率半径（曲率中心为K ）。曲面上任何一个示，α是曲率半径R 与旋转轴之间的夹角，γ是经线剖形成的夹角。ρd 表示AB的长度，R d 表示BC的长度

开纤,锥模,分析模型,受压

+ = 0 (2.6)中求得的 q 值代入到公式(2.8)中得到考虑的等厚旋转壳的一般平衡方程式：+ + = 0 开纤力学分析模型建立受压变形开纤过程中，发现该过程是一个复杂的、卷曲变形。

【参考文献】