本文報道了通過電子掃描顯微鏡對稻殼生物質(zhì)顆粒進行顯微觀察結(jié)果，從中分析其成型機理，為改進生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。
1、試驗材料和方法
1.1試驗材料及儀器
試材：稻殼生物質(zhì)顆粒，圓柱狀，尺寸為：長80 mm、直徑8 mm。
儀器：Quanta 200型掃描電子顯微鏡（美國FEI公司）。
1.2試驗方法
試件制作：以稻殼作為原料成分，制造出稻殼生物質(zhì)顆粒的成型產(chǎn)品，從中選取成型質(zhì)量好的用于電鏡觀察試驗。
電鏡觀察：首先將直徑為8 mm的圓柱形試件的長度裁至8 mm，用砂紙進行表面清潔。選表面平整，成型效果好，無嚴重缺陷的試件進行編，號，作為試驗用材。然后將試件橫截面向上放置在用于顯微觀察的載物臺上；進行固定之后，對試件表面進行噴金處理。最后，將載物臺放置于電子掃描顯微鏡中進行顯微觀察，觀察結(jié)束后將選好的電鏡照片拷貝存放，用于研究分析。
2、試驗結(jié)果與分析
2.1 稻殼顆粒化學(xué)結(jié)合分析
從化學(xué)結(jié)合方面看，通過圖1，我們發(fā)現(xiàn)以水稻殼作為原料的生物質(zhì)顆粒，其原料之間的結(jié)合不如木質(zhì)顆粒那樣緊密，能夠明晰地觀察到單片狀水稻殼的存在，水稻殼之間的縫隙也比較大，而且片狀的水稻殼沒有發(fā)生明顯的彎曲和變形。這是因為，一方面，水稻殼的外表面覆蓋著一層硅和硅的無機化合物（圖1中片狀“癩皮”式的半球狀突起），呈現(xiàn)網(wǎng)狀排列。由于硅及其無機化合物的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，在普通條件下很難和別的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而且它還具有很高的硬度。因此水稻殼原料在壓縮成型過程中，原料外表面與外表面、外表面與內(nèi)表面相接觸、相結(jié)合的時，含有極性基團的纖維素、半纖維素之間無法形成氫鍵等化學(xué)結(jié)合。另一方面，由于水稻屬于草本植物，其纖維素、半纖維素和木質(zhì)素與木材相比含量較低，尤其是木質(zhì)素含量不到木材的50%，而木質(zhì)素是一種天然的粘合劑，當溫度為70～110℃時木質(zhì)素就能夠開始軟化，具有一定的粘度。在200～300℃呈熔融狀，粘度高。
2.2稻殼顆粒物理結(jié)合分析
從物理結(jié)合方面來分析。微觀上，由于原料水稻殼的外表面覆蓋著一層硅質(zhì)，這層硅質(zhì)具有很高的硬度，特殊的排列方式和立體空間結(jié)構(gòu)。從而使得在壓縮成型過程中，兩片水稻殼相接觸時，很難緊密靠近形成分子間的作用力，而且由于硅及其無機化合物是不具有極性的穩(wěn)定物質(zhì)，所以水稻殼之問也就不具有靜電吸附力。因此，水稻殼之間的結(jié)合程度就不如鋸木屑那樣緊密。宏觀上，由于本研究采用的水稻殼在脫粒后未經(jīng)過粉碎，還保持著水稻殼的原有形態(tài)，它的直徑較大，一般在4～7 mm之間，而且呈片狀；它很難形成木質(zhì)原料之間那樣的緊密填充結(jié)合。從圖2中可以看出，水稻殼生物質(zhì)顆粒中的水稻殼原料之間，片與片錯落有致的層疊在一起。
從圖3中可以觀察出水稻殼原料之間明顯的分層現(xiàn)象。這表明在水稻殼原料的壓縮成型過程中，原料之間產(chǎn)生的主要是“搭橋”，“橋接”結(jié)合，英文稱為Solid bridge。它的形成方式是，體積較大或有一定長度的原料物質(zhì)之間互相搭頭，并層層疊搭。
本研究中采用的水稻殼原料呈片狀，因此我們將它的這種結(jié)合稱為“片搭”或“疊片”。由于較硬的硅質(zhì)層的存在，使得水稻殼的塑性極差，在壓縮過程中很難發(fā)生變形來實現(xiàn)原料之間的緊密接觸，原料之間存在較大空隙，因此在“片搭”的結(jié)合方式下（見圖4），原料之間的摩擦力有限；機械阻力方面，也只有垂直于水稻殼方向的剪切、彎曲阻力較好，而平行于水稻殼的機械阻力就比較差。與木質(zhì)生物質(zhì)顆粒相比較，水稻殼顆粒很容易出現(xiàn)斷層現(xiàn)象，顆粒產(chǎn)品容易折斷。此外水稻殼屬于硬質(zhì)短纖維生物質(zhì)材料，與木材相比纖維長度較短；在壓縮成型過程中，不會出現(xiàn)木質(zhì)原料那樣的纖維纏繞式的結(jié)合。
3、結(jié)論
本試驗通過電子顯微鏡對稻殼生物質(zhì)顆粒進行了觀察和對比，分析了它成型的機理，及與木質(zhì)顆粒的差異。總的來說，稻殼顆粒產(chǎn)品的成型機理包括化學(xué)結(jié)合和物理結(jié)合兩部分。首先，由于硅質(zhì)層的存在，稻殼原料的化學(xué)結(jié)合能力要低于木質(zhì)原料；其次，稻殼原料之間的物理結(jié)合主要采用的是“片搭”的形式，其結(jié)合效果要比木質(zhì)材料稍差。總的來說，利用稻殼作為生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒的原料是可行的，產(chǎn)品成型效果較好，有廣闊的市場前景，具有很好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。
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