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概 論

隨著竹編工藝的發(fā)展，各種復(fù)雜形狀的竹編工藝品，對(duì)竹條的柔韌性和強(qiáng)度都提出了更高的要求。在民間，靠著中國(guó)百姓的智慧，自然風(fēng)干、火烤十幾秒、10%鹽水煮10分鐘等方法，均可提高竹條的柔韌性和強(qiáng)度。近年來(lái)，眾多學(xué)者也在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，研究提高竹條柔韌性和強(qiáng)度的有效方法，并取得了重大成果。

研 究 方 法

南京林業(yè)大學(xué)的陳紅等人，使用三英精密顯微CT nanoVoxel-3000系列設(shè)備開(kāi)展了提高竹條柔韌性和強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究。采用各種濃度NaOH溶液預(yù)處理的方法，將天然毛竹的竹條加工成具有更高拉伸強(qiáng)度的超柔竹條。利用顯微CT技術(shù)對(duì)竹條試樣進(jìn)行了高分辨率的掃描測(cè)試，獲得試樣內(nèi)部的纖維分布，指出了竹條內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步闡明堿處理背后竹條的強(qiáng)度和韌性增強(qiáng)機(jī)制。

主 要 成 果

將顯微CT的掃描結(jié)果經(jīng)過(guò)軟件處理得到以下效果圖，可以清楚地觀察裂紋形狀、取向和大小和空間分布。結(jié)果表明：未經(jīng)處理的竹條在輕度彎曲下，表面出現(xiàn)裂紋，裂紋會(huì)隨著施加彎曲力的增加而擴(kuò)展，最終導(dǎo)致竹條斷裂，且裂縫很容易在垂直于纖維軸向的方向上擴(kuò)展。對(duì)于處理過(guò)的竹條，盡管在劇烈彎曲下，竹條表面出現(xiàn)了更大的裂紋，但裂紋沿纖維軸向擴(kuò)展，而不是垂直于軸向擴(kuò)展。在彎曲作用下，處理過(guò)的竹條在裂縫附近有許多剪切帶（綠色箭頭所示），而在未處理的竹條中僅發(fā)現(xiàn)一兩個(gè)大裂縫（黃色箭頭所示）。

竹條彎曲不同位置徑向切片的顯微CT成像結(jié)果

(a) 彎曲竹條的位置，(b) 未處理的外竹，(c) 15% NaOH 處理的外竹，

(d) 未處理的內(nèi)竹，(e) 15% NaOH 處理的內(nèi)竹

同時(shí)，處理過(guò)和未處理過(guò)的竹條孔隙結(jié)構(gòu)也不盡相同。如下圖所示，處理過(guò)的外竹條外周的薄壁組織細(xì)胞程度高于中間部分，形成密度梯度，且外周的密度高，應(yīng)力大。與處理過(guò)的內(nèi)竹條中相對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)相比，這種分級(jí)結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了處理過(guò)外竹條的抗彎剛度。在相同處理下，外竹條彎曲時(shí)比內(nèi)竹條更難斷裂。

彎曲竹條橫截面的顯微CT成像結(jié)果

 (a) 未處理的外竹，(b) 15% NaOH 處理的外竹，(c) 未處理的內(nèi)竹，(d) 15% NaOH 處理的內(nèi)竹

結(jié) 論

高分辨率顯微CT掃描實(shí)現(xiàn)了試樣內(nèi)部纖維狀態(tài)的三維可視化，揭示了不同堿濃度處理過(guò)的內(nèi)、外竹條的柔韌性和拉伸性能，是一種研究植物纖維材料在不同堿濃度作用下微觀結(jié)構(gòu)的有效方法，可將高分辨率CT成像技術(shù)應(yīng)用于類(lèi)似的科學(xué)研究中。