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棉秆作为无胶纤维复合材料原料的特性分析 郑菲 罗海力 张伟东 吕城龙 周晓燕 1 （江苏省南京市南京林业大学木材工业学院，210037 ） 摘要：该文通过研究棉秆的微观结构、纤维形态和化学成分，以期能更好的利用棉秆作为 无胶纤维复合材料。研究结果表明：棉秆的微观结构与阔叶材基本相同，结构致密，含有较 多的导管、纹孔等组织，利于水分输送。棉秆中韧皮纤维特性与针叶木纤维相近，木纤维特 性与阔叶木纤维相近，因此棉秆纤维等价于针叶材纤维与阔叶材纤维混合的效果。棉秆中纤 维素含量约为 39%，半纤维素含量约为 13%，木质素含量约为26% ，这三大素的含量相对 于其他农作物秸秆较高。这三大素在热压过程中均能发生一系列反应，促使无胶胶合反应的 进行。因此，棉秆纤维是一种很好的无胶纤维复合材料原料。 关键词：棉秆；纤维；木质素；无胶胶合 我国的棉花种植非常广泛，约占世界棉花产量的 1/4。我国作为世界上最大的产棉国， 必然也有着丰富的棉秆资源。综合各地情况，我国每公顷棉田棉秆产量2250～3750kg ( 以风 干棉秆，含水率按 10%～15%计) [1] 。棉秆一直被视为农业废料，农村大多将其部分用做燃 料烧掉，其余堆放在田间地里，日久变质成为无法利用的废料[2] 。棉秆中富含纤维素、木质 素等化学成分，具有多种利用价值。如果能将棉秆资源充分利用，就可以缓解我国木材资源 短缺的现状，还能保护环境。 目前棉秆开发利用的主要途径有：（1）棉秆重组板材。以棉秆为原料，酚醛树脂为胶粘 剂制造重组材，物理力学性能达到了刨花板的国标要求。这不仅充分利用了棉秆的自身性能， 还减少了相关能源和胶料的消耗[3] 。(2)棉秆制造化机浆。全棉秆浆的各项强度指标均显著 高于其它非木材纤维原料，体现出良好的成浆强度优势。可以节约大量进口的木浆[4] 。（3 ） 棉秆加工纤维板、刨花板。价格低廉，可作室内装饰板和车辆船舶的内壁板等[5] 。(4) 棉秆 发酵饲料[2] 。 目前，人造板产业在全世界迅速发展，但同时也面临着两个不可忽视的问题：木材原料 短缺和人造板产品甲醛释放问题。高效利用农作物秸秆制造人造板可以缓解我国木材资源的 短缺问题。采用无胶胶合技术，开发环保型人造板产品，能从根本上解决人造板甲醛释放问 题。近年来，对棉秆纤维形态结构和化学组成的深入研究为棉秆资源的开发和利用提供了重 要的理论依据。本试验主要研究棉秆原料的微观结构、纤维形态和化学组成，以期为今后更 好的利用棉秆作为无胶纤维复合材料提供参考。 1 试验材料和方法 1.1 试验材料 棉秆：取自湖北地区，气干含水率：10%左右。 1.2 试验方法 1.2.1 微观构造 试样制备：按扫描电镜允许大小对棉秆取样，并通过清洗、固定、脱水、干燥、样品黏 台和样品导电处理等一系列过程准备棉秆试样[6] 。 1.2.2 纤维形态 作者简介: 郑菲，女，硕士研究生，木材科学与技术；通讯作者：周晓燕，女，教授，木材科学与技术， Email:zhouxiaoyan@ 基金项目: 江苏省属高校自然科学重大基础研究项目（编号：08KJA220001 ），江苏省科技支撑计划（编号： BE2009404 ） 试样制备： 纵向试样：从根部起，沿纵向按相对高度取值：取样高度/棉秆总高度×100%。取5 段， 分别记为10，30， 50，70， 90 。试样长度：2×10-2m 。 横向试样：皮部；木质部：径向木质部的中心处。试件尺寸：半个牙签大，（1-2 ）×10-2m 长。 图 1 试样（纤维形态分析）制备图 按图1 取样，分析纵向不同高度、横向不同部位棉秆的纤维形态。 分析方法：根据富兰克林离析法离析各试件，使用型号为JNOEC XS-212-202(010107) 的显微镜结合软件 Motic DigiLab Ⅱ-C, Motic Images Plus 2.0 测量各项纤维指标。每种纤维 各测50 根。 1.2.3 化学成分分析 试样制备： 纵向试样：从根部起，沿纵向按相对高度取值：取样高度/棉秆总高度×100%。取3 段， -1 分别记为10 （根部），50 （中部）， 9