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基于玻璃化转变的稻谷爆腰产生机理研究

刘木华;吴颜红;曾一凡;周小梅

  本文从一种新的观点——玻璃化转变的角度,研究了稻谷干燥和缓苏过程中爆腰的产生原因。玻璃化转变是指稻谷在干燥过程中由于水分散失而使本身的物理性质由橡胶态向玻璃态转变的过程。稻谷内部处于橡胶态时,内部分子链可以通过链段的构象改变来适应外力的作用,所以能适应大的应力或应变而不致破坏内部结构。而当稻谷内部进入玻璃态后,稻谷内部的分子链段处于被冻结的状态,只有那些较小的运动单元如支链和小链节能运动,分子链不能实现从一种构象到另一种构象的转变。此时稻谷内部的力学性质和小分子的玻璃差不多,不能承受大的应力或应变。在超过一定的应力或应变条件下,就很容易破坏内部结构。干燥过程中,当稻谷颗粒由外表向里形成玻璃态时,颗粒内部形成玻璃态和橡胶态两个部分。由于玻璃态和橡胶态的弹性模量和膨胀系数有很大的差别,容忍应力或应变能力相距很大,因此在一定水分梯度条件下,银纹(微裂纹)从两者交界处产生,并可能进一步扩展成爆腰。稻谷缓苏过程中,颗粒内部如果存在橡胶态区,则其不同含水率部分就会在不同水分梯度下分别进入玻璃态,而此时水分梯度若足够大,则会引起各部分不均匀收缩和不相同的应力、应变,这样使玻璃态层产生大量银纹,银纹持续生长即产生爆腰。最后,论文提出两种控制稻谷爆腰的干燥工艺——变温干燥工艺和高温干燥工艺:第一,采用变温干燥工艺,使稻谷在玻璃态下干燥,即使存在大的水分梯度也不会爆腰,而且可不采用缓苏操作。第二,采用高温干燥工艺,使稻谷在较高温度下干燥(即稻谷处于橡胶态),这时必须干燥一定时间后使稻谷缓苏足够时间以降低内部水分梯度,使内部水分均匀,当然采用的缓苏温度应足够高,这样既能有效地控制稻谷爆腰又可提高干燥效率。……