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用户论文 | 显微CT助竹编工艺精妙绝伦

时间: 2021-07-30 发布者:YCH

引 子

“小背篓,晃悠悠…”一首《小背篓》不仅唱红了湘西,也让湘西的竹编工艺进入了大众的视野。湘西竹编制作技艺历史久远,是传统手工艺的典型代表,它主要分布在永顺县芙蓉、小溪、朗溪、永茂、石堤、砂坝、万坪等乡镇。永顺的竹编技艺,自古以来都是篾匠一代代口传身授,在实践中逐渐掌握编织技巧的。如今,竹编工艺经过无数代艺人的传承和发展,形成了自己的独特风格。                  

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(图片来自网络)

 

概 论

随着竹编工艺的发展,各种复杂形状的竹编工艺品,对竹条的柔韧性和强度都提出了更高的要求。在民间,靠着中国百姓的智慧,自然风干、火烤十几秒、10%盐水煮10分钟等方法,均可提高竹条的柔韧性和强度。近年来,众多学者也在实验室通过各种实验,研究提高竹条柔韧性和强度的有效方法,并取得了重大成果。


研 究 方 法

南京林业大学的陈红等人,使用三英精密显微CT nanoVoxel-3000系列设备开展了提高竹条柔韧性和强度的实验研究。采用各种浓度NaOH溶液预处理的方法,将天然毛竹的竹条加工成具有更高拉伸强度的超柔竹条。利用显微CT技术对竹条试样进行了高分辨率的扫描测试,获得试样内部的纤维分布,指出了竹条内部的结构变化,进一步阐明碱处理背后竹条的强度和韧性增强机制。

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主 要 成 果

将显微CT的扫描结果经过软件处理得到以下效果图,可以清楚地观察裂纹形状、取向和大小和空间分布。结果表明:未经处理的竹条在轻度弯曲下,表面出现裂纹,裂纹会随着施加弯曲力的增加而扩展,最终导致竹条断裂,且裂缝很容易在垂直于纤维轴向的方向上扩展。对于处理过的竹条,尽管在剧烈弯曲下,竹条表面出现了更大的裂纹,但裂纹沿纤维轴向扩展,而不是垂直于轴向扩展。在弯曲作用下,处理过的竹条在裂缝附近有许多剪切带(绿色箭头所示),而在未处理的竹条中仅发现一两个大裂缝(黄色箭头所示)。

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竹条弯曲不同位置径向切片的显微CT成像结果

(a) 弯曲竹条的位置,(b) 未处理的外竹,(c) 15% NaOH 处理的外竹,

(d) 未处理的内竹,(e) 15% NaOH 处理的内竹


同时,处理过和未处理过的竹条孔隙结构也不尽相同。如下图所示,处理过的外竹条外周的薄壁组织细胞萎缩程度高于中间部分,形成密度梯度,且外周的密度最高,应力最大。与处理过的内竹条中相对均匀的结构相比,这种分级结构大大增强了处理过外竹条的抗弯刚度。在相同处理下,外竹条弯曲时比内竹条更难断裂

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弯曲竹条横截面的显微CT成像结果

 (a) 未处理的外竹,(b) 15% NaOH 处理的外竹,(c) 未处理的内竹,(d) 15% NaOH 处理的内竹


结 论

高分辨率显微CT扫描实现了试样内部纤维状态的三维可视化,揭示了不同碱浓度处理过的内、外竹条的柔韧性和拉伸性能,是一种研究植物纤维材料在不同碱浓度作用下微观结构的有效方法,可将高分辨率CT成像技术应用于类似的科学研究中。


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