基于取向冷冻技术的轻质高强人工木头的设计制备和性能研究

发布时间：2017-12-11 17:11

  本文关键词：基于取向冷冻技术的轻质高强人工木头的设计制备和性能研究

  更多相关文章： 轻质高强 取向冷冻技术 酚醛树脂 密胺树脂 人工木头 隔热防火

【摘要】：人类文明的发展与进步和人类对材料的认识和利用息息相关。随着现代社会科技的不断发展与进步,人类加大了对功能材料的开发和利用,同时我们也未曾放缓对结构材料的研究。在开发与利用结构材料的过程中,我们认识到在相同的力学性能下,更轻质的结构材料能够更有效地降低成本与能量消耗,这是研究轻质高强结构材料最重要的意义。木材作为自然界中最具代表性的轻质高强结构材料,具有丰富的取向孔道结构。这种独特的各向异性结构一方面可以降低材料的表观密度,从而提高材料的比强度,另一方面可以赋予材料在垂直孔道方向上优异的保温隔热能力,所以直至今日人类仍大量利用木材作为建筑材料。木材这种天然的轻质高强材料一直是科学家们研究和学习的重点。为了模仿其取向孔道结构,科学家们发展了多种新技术,比如取向冷冻技术等。本论文将着眼于开发仿木结构的新材料,首先综述了包括取向冷冻技术在内的各种轻质高强材料的制备技术与组装方法,其次重点阐述了取向冷冻技术的控制理论与应用方法,最后,在此基础上,我们发展了一种利用取向冷冻技术制备取向多孔轻质高强树脂基人工木头材料的新方法。所取得的研究成果如下:1.发展了一种高分子溶胶体系的取向冷冻新技术,设计制备了新型人工木头材料。我们采用两种树脂,水溶性热固性酚醛树脂和商业水性密胺树脂作为材料基体,采用壳聚糖溶胶作为辅助框架。均匀混合的树脂和壳聚糖溶胶经过取向冷冻和冷冻干燥过程,得到树脂干凝胶材料;经过低温固化后,我们成功制备了具有取向孔道结构的树脂基人工木头材料。其中的取向孔道得以保留得益于树脂与壳聚糖分子间强烈的静电相互作用。同时,我们系统地研究了各种材料制备参数包括树脂含量、冷冻起始温度、冷冻降温速率和固化温度等对所制备人工木头材料的结构和力学性能的影响,为制备具有取向孔道结构的其他聚合物基仿木材料提供了详细的技术指导。2.系统地测试并分析了新型人工木头材料的综合性能。对不同密度的树脂基人工木头材料的力学测试结果表明,通过该方法制备的轻质高强结构材料的力学性能远高于利用同样技术所制备的各种陶瓷材料,且力学性能能够媲美一般的木材。此外,通过对人工木头材料的垂直燃烧测试、极限氧指数测试、热导率测试和耐水性能测试,我们发现所制备的树脂基人工木头相较于天然木材来说具有更优异的隔热防火性能和耐水性能。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB30

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本文编号：1279254