天然竹纤维由竹子直接加工而成,形态接近麻类植物纤维,具有独特的抗菌防臭性能及透气性能,是优良的纺织纤维原料。此外,天然竹纤维具有优异的力学性能,其比强度和比模量可接近玻璃纤维(GF)的水平,是生产纤维增强复合材料的理想替代品。天然竹纤维制备方法研究主要有两大方向:生化法和物理法。物理法通过对竹片施加热力、压力、机械力等各种外力作用,致使竹材发生破坏进而纤维与胶质发生脱粘剥离从而制得纤维。目前,解释纤维分离机理的理论主要有“松弛理论”和“挤压—滑移”分离机理。这二种机理在解释热磨机短纤维分离机理方面已被业内学者广泛接受。但针对长纤维的分离技术仍不成熟。“疏解法”及“裂解法”尚停留在实验研究阶段。而与此相应的长竹纤维基础性理论研究工作更加滞后,尤其在竹材韧皮剥离解纤机理的基础研究方面尚未形成系统的理论。这些都是当前急待研究和解决的关键性技术问题。针对以上问题,本论文从理论上深入研究竹材机械开纤制备天然竹纤维的机理,从细观力学角度建立竹材在交变载荷作用下纤维基体界面沿纵向破裂解纤理论体系,定性分析竹材材性、加载方式对竹材开纤质量的影响规律,定量研究竹材材质改性新方法,提出竹材软化开纤新工艺及连续定向开纤新方法,具体研究内容为:一.从竹材具备单向长纤维增强复合材料的结构特点出发,从宏、细观尺度研究竹材机械开纤的力学行为。二.采用能量强度准则,避开竹材在载荷应力下破坏的复杂问题,建立竹材界面脱粘的细观力学模型。定量分析竹片基体破坏去除效果与外加载荷以及竹片弹性模量的关系。三.通过实验研究竹材纤细化控制技术。四.竹材连续定向开纤技术的初步探索及纤细化机理分析。通过研究分析,得到以下结论:1.细观上,竹材在机械载荷作用下,竹材纤维与基体界面产生脱粘形成初始裂纹,在持续载荷作用下,竹材裂纹沿纤维纵向扩展,直至纤维与基体完全分离。2.根据能量强度准则,采用J积分法,建立竹材纤维基体界面脱粘细观力学模型,得到竹材基体界面脱粘条件为:3.外加载荷持续加载,其提供的能量大于竹片基体破坏所需能量,则竹片基体破坏,纤维与基体分离。此外,当Em/Ef→0,界面脱粘趋于容易,竹材表现为更有利开纤。4.竹材生化软化实验表明,生化法竹材改性优于化学软化改性,采用半纤维素酶生物软化工艺,最佳工艺条件为处理温度50℃,半纤维素酶浓度2.0g/l,pH值6,处理时间7小时。得到的竹材残胶率为36.86%,横纹抗压强度为886.875kPa。该竹材颜色灰白,质地疏松。5.研究了不同作用力形式下,竹材纤维与基体的分离效果。实验结果表明竹材纵向拉伸作用对纤维分离作用不明显。横向压缩及疲劳破坏有利竹材纤维与界面脱粘。直槽罗拉牵伸机械开纤为竹纤维生产的机械化奠定了基础。6.分析了竹材“交变轻载”纤细化机理。