环保地板用秸秆基木质复合材制备及性能研究

【摘要】：我国农作物秸秆资源非常丰富,但利用率较低大部分秸秆被直接弃置或焚烧,不仅造成资源的浪费而且其烟雾灰尘严重污染了大气环境。因此,对秸秆资源的合理开发利用具有重大现实意义。本文以稻草秸秆为研究对象,利用自主研发的无机胶黏剂作为粘结剂,采用冷压成型工艺制备了秸秆板基材,较系统研究了刨花形态、胶草比、密度及板材结构对秸秆板物理力学性能的影响规律；并在此基础上对秸秆板贴面以开发两种结构地板,通过单因素和正交试验系统研究了改性无机胶黏剂的涂胶量、热压温度、热压时间和热压压力对复合材物理力学性能的影响规律,获得优化的环保地板用秸秆基木质复合材工艺；最后,采用锥形量热仪、导热系数仪对复合材的燃烧性能和导热性能进行评价,并同扫描电镜从微观上观察了复合材胶合界面形貌。本研究的主要结论具体如下：(1)不同胶草比、原料形态、密度及板材结构对秸秆板的物理力学性能均有显著影响：随着胶草比的增大,秸秆板的静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)均先增大后减小,秸秆板的内结合强度(IB)均呈现上升趋势,吸水厚度膨胀率(TS)则呈现下降趋势；在同等施胶量的情况下,不同粗细料秸秆板MOR和MOE从大到小依次为：粗料、混合料、细料,IB从大到小而2hTS从小到大依次为：混合料、细料、粗料；模拟秸秆板的密度与MOR、MOE、IB和TS回归方程分别为y=19.148x-2.9411、y=3711.495x-343.1512、y=1.902x-1.0521和y=-2.336x+4.7060,相关系数表明密度与各指标均是密切线性相关；同等细粗料比例下单层结构的MOR和MOE均比三层结构大,单层结构的内结合强度和抑制厚度膨胀也比三层结构的强。(2)单因素试验和正交工艺优化试验表明：采用涂胶量为300g/m2、热压温度为120℃、热压时间为18min、热压压力为1.8MPa作为工艺参数,地板用单层秸秆基木质复合材的各项性能最优：含水率8%、MOR为49.2MPa、MOE为5600MPa、IB为1.15MPa、2hTS为1.56%、SB为0.96MPa、Ⅲ类Ⅱ类胶层均无剥离。(3)单因素试验和正交工艺优化试验表明：采用涂胶量为300-m2、热压温度为120℃、热压时间为18min、热压压力为1.8MPa作为工艺参数,地板用双层秸秆基木质复合材的各项性能最优：含水率8.8%、MOR为53.4MPa、MOE为6120MPa、IB为1.25MPa.2hTS为2.02%、SB为0.94MPa、Ⅲ类II类胶层均无剥离。(4)双层秸秆基木质复合材的导热系数比单层秸秆基木质复合材降低了21.7%,而单层秸秆基木质复合材的导热系数比基材秸秆板只降低了3.4%；两种不同结构复合材的热释放速率(HRR)、pk-HRR、热释放总量(THR)、烟释放速率(SPR)、总烟释放量(TSP)及质量损失速率(MLR)均远远低于普通胶合板的值；双层秸秆基木质复合材静力弯曲试件主要表现为三种破坏形式：断裂型、剪切型和混合型,其中主要以混合型破坏形式为主；适量的胶黏剂在合适的热压成型条件下,可以使胶黏剂渗透进入单板的多孔性结构中,形成力学嵌合或与细胞壁中聚合物成分形成化学连接,有利于提高界面层材料的力学强度和尺寸稳定性。 【关键词】：环保地板 无机胶黏剂 单层秸秆基木质复合材 双层秸秆基木质复合材 燃烧性能
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU564.6;TU531.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 开发农作物秸秆的现实意义11-13
• 1.2.1 林业资源保护的需要11-12
• 1.2.2 生态环境保护和可持续发展的需要12
• 1.2.3 人造板工业产品结构调整的需要12-13
• 1.3 国内外研究进展13-17
• 1.3.1 秸秆板国外研究进展13-14
• 1.3.2 秸秆板国内研究进展14-17
• 1.4 复合地板研究现状17
• 1.5 稻草秸秆开发地板用基材的可行性17-18
• 1.5.1 作为原料的可行性17-18
• 1.5.2 生产技术可行性18
• 1.5.3 生产工艺可行性18
• 1.6 秸秆板面临的主要问题18-19
• 1.7 研究目的与意义19-20
• 1.8 主要研究内容20-21
• 2 秸秆基材制备工艺21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 材料与方法21-23
• 2.2.1 材料与设备21-22
• 2.2.2 试验方法22
• 2.2.3 试验步骤22-23
• 2.3 结果与讨论23-31
• 2.3.1 胶草比对秸秆板性能的影响23-26
• 2.3.2 原料形态对秸秆板性能的影响26-28
• 2.3.3 密度对秸秆板性能的影响28-30
• 2.3.4 板材结构对秸秆板性能的影响30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 单层秸秆基木质复合材制备工艺33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 材料与方法34-35
• 3.2.1 材料与设备34
• 3.2.2 试验方法34-35
• 3.2.3 试验步骤35
• 3.3 结果与讨论35-46
• 3.3.1 涂胶量对复合材性能的影响35-38
• 3.3.2 热压温度对复合材性能的影响38-40
• 3.3.3 热压时间对复合材性能的影响40-42
• 3.3.4 热压压力对复合材性能的影响42-44
• 3.3.5 工艺优化44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 双层秸秆基木质复合材工艺优化47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 材料与方法47-48
• 4.2.1 材料与设备47
• 4.2.2 试验方法47-48
• 4.2.3 试验步骤48
• 4.3 结果与讨论48-59
• 4.3.1 涂胶量对复合材性能的影响48-50
• 4.3.2 热压温度对复合材性能的影响50-52
• 4.3.3 热压时间对复合材料性能的影响52-55
• 4.3.4 热压压力对复合材性能的影响55-57
• 4.3.5 正交试验57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 复合材燃烧性能评价与界面结构特性分析60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 材料与方法60-62
• 5.2.1 材料与设备60-61
• 5.2.2 方法与步骤61-62
• 5.3 结果与讨论62-70
• 5.3.1 物理力学性能对比分析62-63
• 5.3.2 燃烧性能评价63-67
• 5.3.3 热学性能67
• 5.3.4 复合材破坏形式分析67-69
• 5.3.5 微观结构69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 结论72-74
• 参考文献74-80
• 攻读学位期间主要的学术成果80-81
• 致谢81

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