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。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 开发农作物秸秆的现实意义

1．2．1 林业资源保护的需要

1．2．2 生态环境保护和可持续发展的需要

1．2．3 人造板工业产品结构调整的需要

1．3 国内外研究进展

1．3．1 秸秆板国外研究进展

1．3．2 秸秆板国内研究进展

1．4 复合地板研究现状

1．5 稻草秸秆开发地板用基材的可行性

1．5．1 作为原料的可行性

1．5．2 生产技术可行性

1．5．3 生产工艺可行性

1．6 秸秆板面临的主要问题

1．7 研究目的与意义

1．8 主要研究内容

2 秸秆基材制备工艺

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料与设备

2．2．2 试验方法

2．2．3 试验步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 胶草比对秸秆板性能的影响

2．3．2 原料形态对秸秆板性能的影响

2．3．3 密度对秸秆板性能的影响

2．3．4 板材结构对秸秆板性能的影响

2．4 本章小结

3 单层秸秆基木质复合材制备工艺

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料与设备

3．2．2 试验方法

3．2．3 试验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 涂胶量对复合材性能的影响

3．3．2 热压温度对复合材性能的影响

3．3．3 热压时间对复合材性能的影响

3．3．4 热压压力对复合材性能的影响

3．3．5 工艺优化

3．4 本章小结

4 双层秸秆基木质复合材工艺优化

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 材料与设备

4．2．2 试验方法

4．2．3 试验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 涂胶量对复合材性能的影响

4．3．2 热压温度对复合材性能的影响

4．3．3 热压时间对复合材料性能的影响

4．3．4 热压压力对复合材性能的影响

4．3．5 正交试验

4．4 本章小结

5 复合材燃烧性能评价与界面结构特性分析

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 材料与设备

5．2．2 方法与步骤

5．3 结果与讨论

5．3．1 物理力学性能对比分析

5．3．2 燃烧性能评价

5．3．3 热学性能

5．3．4 复合材破坏形式分析

5．3．5 微观结构

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

攻读学位期间主要的学术成果

致谢