玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料工艺研究

摘要

玄武岩水晶玻璃粉体是一种新型的高性能粉体，具有防辐射、耐高温、耐腐蚀、强度高等优点，且生产过程绿色无污染。利用玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料可以克服木制材料固有的缺陷，提高木材的使用价值。
　　论文第一部分主要研究了玄武岩水晶玻璃粉体木质复合材料的工艺，胶黏剂为三聚氰胺改性脲醛树脂。通过研究发现标准碱化后的杉木粉更加均匀，能更好的与胶黏剂混合。复合板的拉伸强度提高了7.12％，弯曲强度提高了12.52％。本课题实验结果表明胶黏剂使用量为150g时，此时复合板的总体性能最优，并且不会造成原料浪费。使用KH-550硅烷偶联剂作为玄武岩水晶玻璃粉体的改性剂，采用两种方式，即表面处理和整体掺合的方法。表面处理这种方式得到最佳的浓度为0.75％，此时复合板的拉伸强度达到峰值24.146MPa，弯曲强度为40.301MPa。与未处理时相比，复合板拉伸强度提高了7.98％，弯曲强度提高了8.54％。对于后一种处理方式，得到最佳浓度为1％，此时复合板拉伸强度提高了8.77％，弯曲强度提高了8.98％。极限氧指数仅提高了2.76％。采用三因素三水平正交实验，探究热压的最佳工艺参数。通过复合板拉伸强度和弯曲强度的极差分析和SPSS方差分析，得到最佳的热压工艺为120℃、15MPa、10min。
　　第二部分主要比较了两种玄武岩物质（玄武岩水晶玻璃粉体和玄武岩短切纤维）增强木质复合材料的机械性能、吸水性、阻燃性的不同，增强体的比例为0％，5％，10％，15％，20％，25％。得出粉体最佳增强比例为15％，此时复合板的综合性能最优，拉伸强度为24.322MPa，与未添加增强体的复合材料相比强度提高了94.25％。弯曲强度为40.067MPa，提高了37.37％。复合板的吸水厚度膨胀率为0.02551，24小时吸水率达到最低的0.11086，复合板的极限氧指数为33.5。短切纤维的最佳增强比例为10％，此时纤维增强复合板的拉伸强度达到峰值18.88MPa，与未添加增强体的复合材料相比强度提高了50.79％。弯曲强度为39.209MPa，提高了34.43％。复合板的吸水厚度膨胀率为0.0695，24小时吸水率达到最低，为0.13606，复合板的极限氧指数为32.5。总体来看，粉体的增强效果优于短切纤维，但短切纤维在某些方面（如断裂时延续性）的效果要比粉体强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 木质复合材料的研究进展与发展方向

1．2．1 木塑料复合材料

1．2．2 纤维增强木质复合材料

1．2．3 木材金属复合材料

1．2．4 其他方面的研究

1．2．5 木质复合材料的发展方向

1．3 玄武岩增强木质复合材料研究背景与现状

1．4 木质复合材料胶黏剂的应用与现状

1．4．1 脲醛树脂(UF，urea-formaldehyde)

1．4．2 酚醛树脂(PF，phenol formaldehyde)

1．4．3 三聚氰胺—甲醛树脂(MF，melamine formaldehyde)

1．5 复合材料界面作用及机理

1．5．1 界面作用机理

1．6 课题目的和意义

1．6．1 课题目的

1．6．2 课题意义

1．7 课题研究的主要内容

第二章 实验原料及改性工艺

2．1 玄武岩水晶玻璃粉体

2．1．1 粉体成分

2．1．2 粉体性能

2．1．3 粉体改性工艺

2．2 杉木粉

2．2．1 杉木粉成分

2．2．2 木纤维改性工艺

2．3 三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)

2．3．1 MUF的应用与改性原理

2．3．2 胶黏剂参数及调胶

2．4 硅烷偶联剂KH-550

2．4．1 KH-550硅烷偶联剂主要参数及反应原理

2．4．2 硅烷偶联剂的应用范围

2．4．3 硅烷偶联剂使用方法

第三章 木质复合材料的制备工艺与测试

3．1 实验所用其他原料及设备

3．2 模压成型技术和工艺

3．2．1 热压准备

3．2．2 热压成型工艺的工艺参数

3．2．3 制品脱模

3．3 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料的性能测试

3．3．1 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料拉伸性能测试

3．2．2 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料弯曲性能测试

3．2．3 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料吸水性能测试

3．3．4 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料阻燃性能测试

第四章 玄武岩水晶玻璃粉体增强木质复合材料工艺研究

4．1 木纤维处理工艺研究

4．2 胶黏剂与混合料的最佳工艺组合

4．2．1 胶黏剂用量的选择

4．2．2 产品性能检测

4．3 偶联剂处理最佳工艺研究

4．3．1 实验工艺流程

4．3．2 产品性能检测

4．4 最佳热压工艺参数研究

4．4．1 正交实验表的形成

4．4．2 正交试验结果与极差分析

4．4．3 复合材料拉伸、弯曲测试结果极差分析

4．4．4 正交实验的SPSS方差分析

4．5 本章小结

第五章 玄武岩短切纤维增强与粉体增强木质复合材料性能比较

5．1 玄武岩玻璃陶瓷纤维

5．1．1 玄武岩玻璃陶瓷纤维成分

5．1．2 玄武岩玻璃陶瓷纤维性能

5．2．实验用玄武岩长丝规格与处理

5．3 试验设计方案

5．4 玄武岩粉体改性木质复合材料的性能测试

5．4．1 玄武岩粉体改性木质复合材料拉伸性能测试

5．4．2 玄武岩粉体改性木质复合材料弯曲性能测试

5．4．3 玄武岩粉体改性木质复合材料吸水性能测试

5．4．4 玄武岩粉体改性木质复合材料阻燃性能测试

5．5 复合板性能测试结果及其分析

5．5．1 机械性能

5．5．2 防水性能

5．3 阻燃性能

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 基本结论

6．2 存在问题及下一步研究方向

参考文献

在学期间发表的论文

致谢