棉秆蒸爆处理制备无胶纤维板工艺及胶合机理的研究

摘要

本课题根据前人己经证实的植物纤维可以自胶合的理论，以及对无胶纤维板的研制已有一些进展的基础上，以棉秆为原料，经过蒸汽爆破处理，反复试验不断优化，使无胶纤维板制备工艺取得突破性进展。攻克的关键是改善无胶板性能以及探索无胶纤维板的胶合机理。 在探索蒸爆条件对棉秆原料及其无胶纤维板性能影响的试验中，蒸汽爆破处理可以使棉秆纤维分离，且蒸爆压力越大，分离度越高；蒸爆处理后，纤维素和半纤维素都部分降解，且蒸爆压力越大，降解程度越高；棉秆蒸爆处理后可以压制出性能良好(尤其是防水性能)的无胶纤维板，内结合强度随蒸爆压力的增加而增大，弹性模量和静曲强度则随之减小。 经过探索性试验，正交试验以及单因素试验，得出了在实验室条件下较优的工艺参数范围。棉秆蒸爆法无胶纤维板工艺，在密度为0.85g/cm3，板厚为4mm，热压压力为4.5MPa的设定条件下，当工艺参数为：板坯含水率10％～15％；热压温度200℃～210℃；热压时间90s/mm左右时，产品性能最佳，除静曲强度外，均达到我国现行中密度纤维板标准GB/T 11718-1999中“室内型板物理力学性能指标”的要求。 利用扫描电镜(SEM)分析、X-射线衍射分析(XRD)、红外光谱(FTIR)分析、化学成分分析、高效液相色谱(HPLC)分析等手段，研究制板过程中材料结构、主要化学成分、界面官能团以及纤维素结晶度的变化，以揭示无胶纤维板的胶合机理。本实验所得出的无胶胶合机理可能有以下几种： 1.氢键的结合； 2.糠醛的树脂化； 3.糠醛与木素的缩合； 4.木质素-碳水化合物复合体(LCC)的形成。

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致谢

1绪论

1.1选题依据及意义

1.2国内外木质材料无胶胶合技术研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3蒸汽爆破法在无胶人造板中的应用

1.4研究的主要内容

1.4.1蒸爆条件对棉秆纤维形态及其制品性能的影响

1.4.2热压工艺条件对蒸爆法棉秆无胶纤维板性能的影响

1.4.3蒸爆法棉秆无胶纤维板胶合机理的研究

1.4.4蒸爆法棉秆无胶纤维板发展前景

2蒸爆条件对棉秆纤维形态及其制品性能的影响

2.1试验原料及设备

2.1.1原料

2.1.2主要设备

2.2试验方案

2.2.1蒸爆法棉秆无胶纤维板制备工艺流程

2.2.2试验方法

2.3试验结果与分析

2.3.1棉秆蒸汽爆破解纤机理

2.3.2不同蒸爆压力下纤维形态的对比

2.3.3不同蒸爆压力下纤维化学成分的变化

2.3.4蒸爆压力对棉秆无胶纤维板性能的影响

2.4本章小结

3热压工艺条件对蒸爆法棉秆无胶纤维板性能的影响

3.1初步探索性试验

3.1.1试验材料及主要设备

3.1.2热压过程中板芯层温度的变化

3.1.3蒸爆法棉秆无胶纤维板热压工艺的的初步探索

3.2正交试验

3.2.1试验因子条件

3.2.2试验结果与分析

3.3单因素试验

3.3.1板坯含水率对板性能的影响

3.3.2热压时间对板性能的影响

3.3.3热压温度对板性能的影响

3.4不同密度和不同厚度板材的性能

3.4.1不同密度板材的性能

3.4.2不同板材厚度板材的性能

3.5本章小结

4蒸爆法棉秆无胶纤维板胶合机理的研究

4.1扫描电镜分析

4.1.1试验原料及设备

4.1.2试验方法

4.1.3结果与分析

4.2蒸爆纤维的结晶度分析

4.2.1 X-射线衍射测定木粉结晶度基本原理

4.2.2试验原料及设备

4.2.3试验方法

4.2.4结果与分析

4.3傅立叶变换红外光谱分析

4.3.1基本原理

4.3.2原料准备

4.3.3试验方法

4.3.4结果与分析

4.4制板过程中化学成分的变化分析

4.4.1试验原料与方法

4.4.2结果与分析

4.5无胶纤维板胶合机理

4.6本章小结

5蒸爆法棉秆无胶纤维板发展前景

5.1产品性能及应用

5.1.1产品性能

5.1.2产品的应用

5.2经济性分析

5.2.1原料

5.2.2生产设备

5.2.3生产成本

5.2.4环境效益

5.3几点建议

6总结论

7参考文献

8附录