苎麻茎秆界面分离机理与剥麻挤胶机构研究

Ramie is a unique ecological functions of natural fiber resources, the ramie industrial development is an important measure of large-scale supply of textile materials and to promote the "three rural" problem-solving. Ramie stalk three-tier structure separation and stripping and squeezing pectin technology, making ramie stripping the system to become a bottleneck in the development of the ramie industry. Of this project is to start from the three-tier structure of ramie stalk interface fracture mechanics, experimental test, the interface of theoretical modeling and finite element numerical simulation techniques, the establishment of ramie stalk interface mechanical model, by numerical simulation analysis of ramie stalk interface side the stress and the interface crack tip stress singularity and stress intensity factor, ramie stalk separation technology; on this basis, Building mechanism ofstripping and squeezing pectin , through the rigid and flexible bodydynamics analysis theory to establishing the mechanical model of mechanical ramie stripped ,sub-fiber and squeezing pectin to simulate the stripping ramie process;bench test and high-speed photography to reveal the process of mechanical ramie stalk separation, the pressure to squeeze pectin and the speed difference stripping mechanism , To clarify the separation of ramie stalk mechanical phenomena and the control variation of the parameters for the the ramie stripping , For the the ramie stripping and the flax and hemp machinery development and application of the theoretical basis and technical support.

苎麻是中国特有的具有生态功能的天然纤维资源，苎麻产业发展是纺织原料规模化供应和促进"三农"问题解决的重要措施。由于苎麻麻皮、麻骨和纤维三层结构分离问题，使得苎麻剥制成为苎麻产业发展的瓶颈。本项目从苎麻茎秆三层结构的界面断裂力学入手，采用力学试验测试、界面断裂理论建模和有限元数值仿真等技术手段，建立苎麻茎秆界面力学分析模型， 分析苎麻茎秆界面端应力和界面裂纹尖端应力奇异性以及应力强度因子和能量释放率，研究苎麻茎秆分离技术；通过刚柔动力学理论建立机械剥麻分离力学模型，模拟剥麻过程，并构建剥麻挤胶机构；同时通过台架试验和高速摄影技术，揭示机械剥制过程中麻骨速差剥离和压力挤胶机理，阐明苎麻茎秆的分离力学现象和剥离机构控制参数的变化规律，为苎麻剥麻和其他茎秆机械开发提供理论依据和技术支持。

苎麻茎秆分离、脱胶与脱胶后纤维分纤处理技术是苎麻麻纺初加工的重要关键环节，严重阻碍麻纺织行业发展，迫切需要技术的创新实现设备的升级换代。针对上述关键技术问题，通过试验测试、理论分析建模和数值模拟的方法，研究了苎麻茎秆界面分离力学特性，建立了苎麻茎秆与机构分离的动力学方程和数值模拟模型，并通过台架试验的方法验证和优化了设计参数，揭示了韧皮纤维层和木质部机械分离、脱胶及分纤机制，为该技术设备研制提供了理论依据。.研究了不同含水率的茎秆冲击载荷下分离断裂能，下端部冲击断裂韧性最大，苎麻整秆最大冲击断裂能平均值为0．5067 J，含水率为84．04％时，苎麻茎秆冲击分离效果最好；中部茎叶连接力平均值最大，最大平均值为14．492 N，中部茎叶冲击断裂能平均值最大，最大平均值为0．042 J；剥离试验表明，苎麻茎秆下部的径向拉伸剥离力最大，最大径向剥离力平均值为1.9977N，而茎秆上部的轴向拉伸剥离力最大，最大轴向剥离力平均值为163.957N，茎秆上部的冲击剥离能最大，最大冲击剥离能平均值为0.384J；通过内聚力模型模拟苎麻茎秆界面微观力学现象，揭示了苎麻茎秆的界面分离中应力场和位移场的分布。.研究了苎麻茎秆机械分离中折断和麻皮麻骨分离瞬时动态过程，推导了辊齿作用于麻秆的折断能和分离能关系表达式，分析了结构参数对茎秆分离的影响，采用EDEM 软件建立茎秆分离与辊齿相互作用的离散元模型，以虚拟仿真模型为平台结合台架试验分析了剥净率影响的重要次序为剥麻辊转速、啮合深度、剥麻辊齿数、剥麻辊半径。.研究了苎麻纤维残留胶质的射流冲击分纤脱胶机理，设计试制了高温射流冲洗试验装置，开展了喷嘴射流冲击纤维壁面分纤脱胶试验和数值模拟，当喷嘴直径为2.0 mm，进口温度为373 K，进口压强为1.2 MPa时，喷距为30mm，喷嘴间距为30 mm，苎麻纤维分纤脱胶最好。. 以上述研究成果为基础，研制了苎麻茎秆分离样机、高温气爆压力脱胶样机和苎麻纤维冲击挤压分纤洗胶样机，经过对麻纺企业的样品测试达到了预期效果。