亚麻茎采后露水沤麻过程中力学性能的实时演化:面向客观沤麻程度评估

《Agriculture》:Real-Time Evolution of the Mechanical Properties of Flax Stems During Post-Harvest Dew Retting: Towards Objective Retting Assessment

【字体: 时间:2026年09月09日 来源:Agriculture 4.5

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  采后田间露水沤麻(dew retting)是亚麻纤维生产中的关键阶段,因为该过程使纤维束(fibre bundles)从周围茎组织中的分离得以实现。现行农艺实践中,最佳停麻点仍主要依赖经验标准判断,这推动了沤麻进程定量指标的研发。研究人员在为期91天的田间露水

  
采后田间露水沤麻(dew retting)是亚麻纤维生产中的关键阶段,因为该过程使纤维束(fibre bundles)从周围茎组织中的分离得以实现。现行农艺实践中,最佳停麻点仍主要依赖经验标准判断,这推动了沤麻进程定量指标的研发。研究人员在为期91天的田间露水沤麻周期中考察了亚麻茎的力学性能。弯曲与侧向压缩实验结合中空管解析模型,由力-挠度测量确定等效弯曲与压缩性能。等效弯曲模量(equivalent flexural modulus)与等效弯曲屈服强度(equivalent flexural yield strength)在长时沤麻中总体降低,而等效压缩性能的系统变化不明显。附加的组织去除实验表明外周组织对整茎弯曲响应贡献显著,光学显微镜显示沤麻后期这些组织分离与脱粘日益明显。上述结果将整茎弯曲性能确定为有前景的沤麻进程定量指标,并为田间沤麻客观力学评估方法的未来发展提供依据。
研究背景方面,亚麻纤维是纺织与复合材料的重要天然资源,田间露水沤麻通过生物过程促进纤维束从周围茎组织分离,后续破碎、打麻与梳理依赖沤麻程度:欠沤阻碍分离,过沤损害纤维质量。田间露水沤麻受环境条件影响强,停麻决策仍主要凭经验。已有生物、化学、光学、光谱及力学方法被探索,但尚无普遍采用的定量方法确定最佳停麻点。亚麻茎是异质多层结构,包含表皮/皮层、含纤维韧皮部、形成层、木质化木部及中央腔(lumen),整茎力学测量反映整体结构而非单组织本征性能,而长时田间露水沤麻中整茎力学性能的系统演化此前未建立,因此研究人员开展本研究以判断整茎力学属性能否作为沤麻进程定量指标。论文发表于《Agriculture》。
主要关键技术方法方面,研究人员在法国北部Killem由Van Robaeys Frères商业田采用亚麻品种Felice开展2022年91天田间露水沤麻采样,约每周两次取茎束;样品取茎中部以降低几何变异,弯曲用12 cm悬臂、压缩用10 mm段,实验室平衡至少4小时;以数字光学显微镜测外/内径,把茎近似均质中空管,用固定-自由悬臂弯曲与重力加载侧向压缩获得力-挠度曲线,由初始线性段算等效弯曲模量、等效弯曲屈服强度、等效压缩模量(equivalent compressive modulus)与等效压缩屈服强度(equivalent compressive yield strength);另做外周组织去除后弯曲实验,并以光学显微镜观察横截面。
研究结果方面,茎尺寸与几何验证显示中部区域近似圆形管,外径相对标准差约2.56%,内径约5.76%,内/外径比0.47±0.07,支持中空管近似。等效弯曲性能显示,126个样品在14个采样日中,等效弯曲模量随长时沤麻总体降低,后期均值最低;等效弯曲屈服强度同样后期较低,VRF定义的约第56天停麻点附近无突变,说明长时露水沤麻伴随整茎弯曲刚度与强度下降。等效压缩性能显示,等效压缩模量全程在125.64±25.13 MPa附近波动,等效压缩屈服强度总体均值42.33±5.91 MPa,无类似弯曲属性的显著系统降低。外周组织去除对弯曲响应影响显示,完整茎等效弯曲模量13.70±2.07 GPa,去外周组织后约6.95±2.26 GPa,证明外周含纤维组织对整茎弯曲响应贡献大。光学显微镜显示,第1天外周组织绿且贴附,第56天变棕并有局部分离,第70天更暗且分离增强,第91天大量脱粘,说明后期外周组织分离脱粘渐显。
讨论部分总结,研究人员指出整茎力学演化具载荷模式依赖性:弯曲属性长时降低,压缩属性变化弱;均匀聚丙烯管弯曲与压缩模量接近,而亚麻茎因纵向含纤维外周组织与木部在两种载荷下贡献不同,故两模态差异大。组织去除与显微观察共同支持外周组织及其界面结构变化参与整茎弯曲响应演化;露水沤麻改性富含果胶(pectin)组分而影响纤维组织黏聚与分离。同周期单纤维弯曲性能变化小,说明整茎演化未必来自单纤维本征性能下降,而可能来自周围组织、组织黏聚与机械耦合改变。整茎弯曲性能有潜力作客观指标,但本研究单品种单季、未同时测纤维提取效率与最终质量,尚不能确立验证化停麻准则。局限包括环境变异、未测个体含水率、中空管模型仅给等效属性、组织去除为非配对样本、显微镜为定性。
结论部分翻译如下:本研究考察了91天田间露水沤麻周期中亚麻整茎力学性能的演化。弯曲与侧向压缩实验结合中空管解析模型,用于确定全程的等效弯曲与压缩性能。等效弯曲模量与等效弯曲屈服强度在长时沤麻中总体降低,而等效压缩性能系统变化不明显。力学演化是渐进的,在VRF定义的停麻点处无突跃。去除外周组织大幅降低整茎等效弯曲模量。光学显微镜进一步显示沤麻后期外周组织分离与脱粘日益明显。综上,涉及外周组织及/或其界面的结构变化可能促成整茎弯曲响应演化;但本研究未能分辨各组织或组织界面的分别贡献。弯曲性能对沤麻进程敏感,表明整茎弯曲测量有潜力作为田间露水沤麻客观评估的定量指标。然而本研究仅单季单品种,且力学测量未直接与纤维提取效率或最终纤维质量关联。需跨品种、生长条件与沤麻季节的后续研究及此类关联,才能确立趋势稳健性,并判断弯曲测量能否最终提供识别最佳沤麻阶段的实用准则。
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