疏解竹单板高温干热处理对竹基纤维复合材料性能的影响

【目的】以高温干热处理疏解竹单板为基本单元,制备竹基纤维复合材料,分析不同热处理温度对疏解竹单板物理化学性能以及竹基纤维复合材料物理力学性能的影响,为高温干热处理竹基纤维复合材料生产工艺优化和新产品开发提供依据。【方法】以毛竹疏解单板为原料,以180和200℃干热空气为介质,在氧气含量2%~2.5%条件下对其进行热处理;以不同温度处理的疏解竹单板为基本单元制备竹基纤维复合材料,对热处理后疏解竹单板以及竹基纤维复合材料的性能进行分析。【结果】200℃处理4 h疏解竹单板的质量损失比180℃大;随着热处理温度升高,疏解竹单板的综纤维素和α-纤维素含量分别降低11.36%、20.15%和21.95%、35.94%,木质素相对含量分别增加16.36%、43.56%,pH和缓冲容量降低;傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析显示,热处理后疏解竹单板表面羟基数量减少,导致其对水分的再吸收能力降低;热处理后疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;经180和200℃处理后,竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率分别降低11.20%、15.88%、7.03%和21.60%、32.27%、26.60%,静曲强度和剪切强度分别降低39.07%、33.51%和56.14%、42.15%,弹性模量变化不显著。【结论】随着热处理温度升高,疏解竹单板的抽提物挥发和化学组分降解,其质量损失率增加,pH和缓冲容量降低;半纤维素优先降解,导致其对水分的再吸收能力降低,而降解生成的可溶性小分子物质增加,导致其抽提物和木质素相对含量增加;热处理疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率降低,耐水性能增加,静曲强度和剪切强度大幅降低。