陶瓷化复合木材复合方法与性能的基础性研究

摘要

该文以中国丰富的人工林I-69杨树(Populus deltoides)木材为原料,采用溶胶一凝胶的方法来制备陶瓷化复合木材.为了获得性能优良的材料,满足在家具用材、室内装饰用材和室外建筑用材等应用方面的要求,在制备方法上采用先制备溶胶,然后浸注木材的工艺技术,利用真空加压设备强化溶胶向木材的渗透和扩散,保证溶胶最大限度地进入木材内部,其目的是一方面在木材孔隙内形成凝胶,起到填充作用,另一方面为凝胶与木材细胞壁发生键合作用提供条件.研究结果表明:1.凝胶对木材孔隙的填充是有效的.2.红外光谱研究表明,陶瓷化复合木材960cm<'-1>处新增加了一个吸收峰,它是凝胶与木材细胞壁发生缩合反应形成了Si-O-C键引起的.比较X光电子能谱(XPS),陶瓷化复合木材与凝胶的Si2p的谱峰产生了化学位移,说明其化学环境发生了变化,从另一个方面证实了Si-O-C的存在.3.溶胶进入木材后,所发生的核心反应是缩合反应,它一方面是自身的缩合反应,另一方面是溶胶与木材细胞壁上的羟基发生缩合反应,其结果是SiO<,2>凝胶部分与纤维素发生键合,部分以物理填充方式存在于木材空隙内,从而实现将无机SiO<,2>复合到木材组织内的目的,使材料性能得到优化或改善.4.通过甲基三乙氧基硅烷(MTES)与正硅酸乙酯(TEOS)共水解,在凝胶网络中引入-CH<,3>,利用这种改性溶胶来制备陶瓷化复合木材,可以进一步改善材料的性能.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1木材的特点

1.1.1木材、森林与林业

1.1.2木材具有可再生性

1.1.3木材是良好的环境材料

1.2杨木是我国重要的人工林木材

1.3改善杨木材质是木材工业当前重要的研究课题

1.4相关课题研究现状

1.4.1木材陶瓷

1.4.2木材碳化硅陶瓷

1.4.3金属化木材

1.4.4陶瓷化木材

1.4.5无机质复合木材

1.4.6有机/无机复合材料

1.5研究内容

1.5.1木材基体的选取

1.5.2陶瓷前驱体的筛选

1.5.3溶胶渗透木材的工艺研究

1.5.4溶胶在木材内的凝胶复合机理与技术

1.5.5陶瓷化复合木材性能分析

1.5.6陶瓷化复合木材研究的难点与技术关键

1.6课题来源及意义

本章小结

第2章研究方法和材料

2.1研究方法

2.1.1溶胶—凝胶方法

2.1.2复合材料的方法

2.1.3研究的技术路线

2.2试验材料

2.2.1杨树木材

2.2.2化学药品

2.3试验设备与仪器

2.3.1真空加压设备系统

2.3.2力学试验机

2.3.3红外光谱仪

2.3.4 X射线光电子谱仪

2.4试验标准

本章小结

第3章无机质复合木材的方法

3.1引言

3.2试验过程

3.3试验结果

3.3.1室温常压处理下的木材增重率

3.3.2真空加压强制浸注下的木材增重率

3.3.3浸渍温度对增重率的影响

3.3.4木材增重率对无机质复合木材性能的影响

3.3.5无机质复合木材的阻燃性

3.4试验分析

3.4.1无机质复合木材形成过程

3.4.2无机质在木材孔隙内的填充形式

3.5存在的问题

本章小结

第4章溶胶—凝胶法制备陶瓷化复合木材

4.1引言

4.1.1硅及硅键的特性

4.1.2溶胶—凝胶法在材料制备方面的应用

4.1.3利用细胞壁的吸附水形成溶胶—凝胶方法

4.1.4 先制备溶胶然后浸注木材制备陶瓷化复合木材

4.2试验过程

4.2.1陶瓷化复合木材的制备工艺

4.2.2 TEOS溶胶的制备技术

4.2.3溶胶制备方法

4.2.4影响陶瓷化复合木材的工艺因素

4.2.5真空加压设备强制浸注溶胶

4.2.6陶瓷化复合木材的溶胶—凝胶反应

4.2.7陶瓷化复合木材的性能测试

4.3结果与分析

4.3.1 TEOS凝胶结构模型

4.3.2凝胶对木材孔隙的填充

4.3.3凝胶与木材细胞壁的键结合

4.4凝胶与木材的复合机理

本章小结

第5章MTES改性溶胶制备陶瓷化复合木材

5.1有机/无机杂化材料的仿生复合方法

5.2试验过程

5.2.1 MTES改性溶胶制备原料和工艺

5.2.2 MTES改性溶胶制备方法

5.2.3 MTES改性溶胶制备陶瓷化复合木材的工艺方法

5.3结果与分析

5.3.1 MTES改性凝胶的X射线衍射

5.3.2 MTES改性凝胶的显微结构

5.3.3 MTES改性凝胶的红外光谱分析

5.3.4 MTES改性凝胶的X光电子能谱(XPS)

5.3.5 MTES凝胶及MTES改性凝胶结构模型

5.3.6 MTES改性凝胶中的CH3对陶瓷化复合木材性能的影响

5.4陶瓷化复合木材力学性能

5.4.1静力弯曲强度和弹性模量

5.4.2陶瓷化复合木材的冲击韧性

5.5陶瓷化复合木材的耐久性

5.5.1陶瓷化复合木材风化试验

5.5.2陶瓷化复合木材耐腐性试验

5.6陶瓷化复合木材的热重分析

5.7陶瓷化复合木材性能综合比较

本章小结

第6章应用与展望

6.1陶瓷化复合木材在结构材料方面的应用

6.2陶瓷化复合木材在功能材料方面的应用

6.3陶瓷化复合木材的环境协调性

结论

参考文献

攻读博士学位期间所发表的学术论文

致谢

缩略词对照

索引