为了缓解石油资源枯竭与白色污染等问题,研究学者利用可再生、可生物降解的生物质材料与塑料高分子材料制备新型复合材料。生物质材料在使用前往往需要进行预处理,在众多预处理方法中,蒸汽爆破因为具备无污染、效率高等优点成为了研究的焦点。然而目前市场上的蒸汽爆破设备主要依赖蒸煮作用,其中大部分设备属于间歇式加工,效率较低;而连续式设备又以螺杆设备为主,这类设备的剪切作用强,易导致生物质材料降解。针对传统蒸汽爆破方法及其设备的不足,华南理工大学瞿金平教授提出了生物质体积拉伸形变闪爆的新方法,与传统蒸汽爆破方法相比,其闪爆过程以体积拉伸形变为主,具有传热传质均匀性高、材料适应性强、连续生产效率高和能耗低等优点。本文以偏心转子塑化输运设备为设计基础,研制了偏心转子闪爆模型化设备,并根据生物质材料闪爆过程的气体动力学、能量守恒等关系建立了物理模型和数学模型;通过对模型进行合理的简化和假设,得到了含水率和释放比与生物质闪爆有效能量之间的关系,为生物质体积拉伸形变闪爆方法的工艺调试与设备优化设计提供了理论指导。本文采用偏心转子闪爆模型化设备在不同工艺参数下对三种植物纤维开展闪爆实验,成功实现了棉杆纤维(CF)、麦秆纤维(WF)以及稻秆纤维(RF)的闪爆过程。通过对闪爆产物的微观形貌、化学成分、结晶性能和热性能进行测试表征,揭示了偏心转子闪爆模型化设备各工艺参数对闪爆产物性能的影响规律。实验结果表明:经过偏心转子闪爆模型化设备闪爆后,三种纤维的直径均明显减小,纤维素呈螺旋纹路暴露于纤维表面;随着转子转速的增大,纤维分离程度增加;含水率与闪爆温度的提高均促进了半纤维素的降解,增大纤维素的相对含量,从而改善了闪爆产物的结晶性能和热稳定性;在三种纤维中,棉杆纤维对体积拉伸形变闪爆过程的响应最剧烈,其闪爆产物的性能提升也最明显。生物质材料在闪爆过程中受到的挤压变形作用,有利于破坏其原有结构,增强了后续在体积释放处产生的闪爆效果。实验研究结果表明体积拉伸形变闪爆过程中纤维的最佳闪爆条件为:含水率为50%、转子转速为40rpm和闪爆温度为140℃。偏心转子闪爆模型化设备的成功研制,实现了生物质体积拉伸形变闪爆,解决了螺杆设备剪切应力过大导致生物质材料降解的难题,改变了利用螺杆设备连续闪爆生物质材料的传统方法,对推动生物质连续闪爆方法和设备的发展与应用具有重要的指导意义。