废弃木质材料制备高性能复合材料工艺研究

发布时间：2017-04-03 18:02

  本文关键词：废弃木质材料制备高性能复合材料工艺研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国森林资源日益紧张,人造板产业对木材的需求大,小径材的供给不足将大大制约其发展。因此,人造板产业正面临着急迫的技术升级问题,寻求新的原料来源,提高木质原料的利用技术,实现废材优用。同时,家具家居用品的更新换代速度越来越快,每年产生上千万吨的木质废弃物作为垃圾填埋或燃料燃烧大大浪费了其价值。合理利用废弃木质材料成了开发“第二森林”资源的重要举措,对人造板行业具有重要意义,市场前景广阔。本研究主要以废弃木质材料为原料,研究一种高性能复合材料的制造方法。与以往研究不同,本研究中的废弃木质材料在利用过程中打碎后即可利用,无需热水处理或化学处理等手段还原材料的纤维形态或刨花形态,或除去表面污渍。对来源复杂的废弃木质材料,如木材和人造板,均可一起利用,无需分类使用。针对木粉原料力学性能不足及难以利用问题,研究了不同目数木粉间配合使用的方法;同时,通过废弃中密度纤维板打碎后的碎小纤维作为增强材料加入板材中,提高材料性能;而且利用增湿处理提高传热速度及产品性能,研究最佳的增湿量;通过实验室法及野外埋地法对材料的耐腐性、耐霉性和耐蓝变性进行评价;通过TG-DSC法对材料的耐燃性进行测定。本研究结果归纳如下:(1)废弃木质材料通过合理的工艺可制备出性能优异的人造板。高性能固体粉状酚醛树脂的利用可以解决木粉的力学性能不足难于利用的问题。由于木粉的比表面积大,吸水性好,酚醛树脂可与木粉混合得更均匀,避免了与液体胶黏剂混合时结团问题。同时,木粉可在高含水率状态下与粉状酚醛树脂混合使用,大大节约了对木粉的干燥成本。(2)制备酚醛树脂木质复合材料的最优的工艺为:20目与60目木粉搭配,3:7配比或40目与60目木粉搭配,5:5配比;废弃纤维10%;施胶量10%;增湿处理5%;特殊混合铺装方式;热压时间450s,压力1.8MPa,分段降压。在此工艺条件下,制备出的酚醛树脂木质复合的性能为静曲强度40.11MPa,内结合强度3.85MPa,握螺钉力2773.65N,24h吸水厚度膨胀率3.99%。(3)材料的的实验室耐腐性测试中,耐腐等级达到强耐腐级;野外埋地耐腐测试中都在9.5级以上,抗白蚁蛀蚀为10级;抗蓝变性在0-1级。野外埋地耐腐测试后复合材料静曲强度仍具有良好的力学性能。具有较大的户外开发应用潜力。酚醛树脂既作为胶黏剂又作为防腐剂,降低了室外用材的生产成本。(4)酚醛树脂使得材料具有一定的耐燃性,通过增加酚醛树脂的含量可提高材料的耐燃性,满足不同使用要求。酚醛树脂加热温度达到500℃以上,会向硬质玻璃炭转变。该过程中需要吸收大量的热,降低材料周围的温度。(5)材料热压过程中快速升温段的温度提高,有利于后续温度的快速升高达到与热压板温度接近,而增湿处理对快速升温段影响最大。5%增湿量时工艺最佳,快速升温段时间缩短了约31%,中心层终了温度接近热压板温度。增湿处理后材料密度明显增加,静曲强度平均增加41.2%,最高达到65.4%,内结合强度平均增加21.2%,最高达到31.4%。
【关键词】：废弃木质材料 粉状酚醛树脂 复合材料 热压
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X72;TB33
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 前言11-26
• 1.1 我国林业资源现状11-12
• 1.2 我国人造板产业现状及发展趋势12-13
• 1.2.1 我国人造板产业现状12-13
• 1.2.2 人造板产业的新发展趋势13
• 1.3 研究目的和意义13-15
• 1.4 国内外研究现状15-24
• 1.4.1 废弃木质材料资源状况15-16
• 1.4.2 废弃木质材料国内外相关研究现状和发展趋势16-19
• 1.4.3 酚醛树脂发展状况19-23
• 1.4.4 废弃木质材料与粉状酚醛树脂的结合优势23-24
• 1.5 研究内容与技术路线24-26
• 1.5.1 研究内容24-25
• 1.5.2 技术路线25-26
• 1.6 主要创新点26
• 2 材料与方法26-42
• 2.1 酚醛树脂/木质复合材料制备预试验研究26-28
• 2.1.1 材料与设备27
• 2.1.2 试验方法27-28
• 2.2 增湿处理对板材传热及性能影响研究28-31
• 2.2.1 材料与设备29
• 2.2.2 试验方法29-31
• 2.3 正交试验31-33
• 2.3.1 材料与设备31
• 2.3.2 试验方法31-33
• 2.4 废弃木纤维增强板材性能研究33-35
• 2.4.1 材料与设备33
• 2.4.2 试验方法33-35
• 2.5 最优工艺试验35-36
• 2.5.1 材料与设备35
• 2.5.2 试验方法35-36
• 2.6 加速老化性能测试36-38
• 2.6.1 材料与设备36-37
• 2.6.2 试验方法37-38
• 2.7 耐腐性能测试38-41
• 2.7.1 材料与设备38-39
• 2.7.2 试验方法39-41
• 2.8 TG-DSC测试分析41-42
• 2.8.1 材料与设备41
• 2.8.2 试验方法41-42
• 3 结果与分析42-71
• 3.1 预试验结果分析42-43
• 3.2 增湿处理对板材传热及性能影响结果与分析43-48
• 3.2.1 增湿处理对板坯表层和中心层温度的影响43-45
• 3.2.2 不同热压工艺条件下板坯增湿处理效果45-46
• 3.2.3 增湿量对酚醛树脂/木质复合材料物理性能的影响46-47
• 3.2.4 增湿量对酚醛树脂/木质复合材料力学性能的影响47-48
• 3.2.5 热压温度对酚醛树脂/木质复合材料力学性能的影响48
• 3.3 正交试验设计结果与分析48-56
• 3.3.1 正交试验设计结果48-49
• 3.3.2 正交试验板材力学性能分析49-52
• 3.3.3 物理性能研究52-55
• 3.3.4 正交试验设计结论分析55-56
• 3.4 废弃木质纤维增强板材性能结果与分析56-59
• 3.4.1 废弃木纤维添加方式对板材物理力学性能的影响56-58
• 3.4.2 废弃木纤维含量对板材物理力学性能影响58-59
• 3.5 最优试验结果分析59-60
• 3.6 加速老化性能测试结果与分析60-62
• 3.6.1 材料尺寸分析60-62
• 3.6.2 力学性能分析62
• 3.7 耐腐性测试结果与分析62-65
• 3.7.1 实验室耐腐性测试62-63
• 3.7.2 野外埋地试验及性能测试63-64
• 3.7.3 防霉、防蓝变性能试验64-65
• 3.8 TG-DSC测试结果与分析65-71
• 3.8.1 TG－DSC曲线与分析65-66
• 3.8.2 燃烧特征参数及指数分析66-70
• 3.8.3 综合燃烧性能指数分析70-71
• 4 结论与讨论71-75
• 4.1 结论71-73
• 4.2 讨论与建议73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 附录80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：284720