纳米SiO_2疏水涂层对纸和纸板性能的影响

目的对牛皮纸及瓦楞纸板进行纳米SiO_2疏水涂层处理后,探讨其对纸或纸板性能的影响。方法将纳米SiO_2和有机硅树脂混合制成疏水涂层,浸渍、喷涂于牛皮纸及瓦楞纸板表面,通过测试纸张接触角及可勃吸水值检验疏水效果,并测试纸张的抗张强度、耐折度、撕裂度、耐破度及检验瓦楞纸板的边压强度、平压强度、戳穿强度等物理性能。结果经表面混合树脂处理的疏水纸张的接触角为88.6°,可勃吸水值大大降低。随着涂层层数的增加,牛皮纸耐破度及瓦楞纸板平压强度均整体随之增长。经双涂层涂饰处理后瓦楞纸板的各物理性能均有较大提高,纳米SiO_2双涂层瓦楞纸板较单涂层瓦楞纸板力学性能更优良。结论纸张及纸板经纳米SiO_2疏水涂层处理后,不仅在一定程度上提高了纸张与纸板的疏水性能,对纸张与纸板的物理性能也有一定程度的改良,为实现纸或纸板的防水包装提供了一定的理论基础与处理方法。

5种N-P阻燃剂阻燃抑烟性能的CONE分析

为进一步研究和改进N-P阻燃剂的性能,采用质量分数10%的APP、BL、MBL、GUPR以及WR等5种木材N-P阻燃剂,60℃真空(-0.5MPa)浸渍处理速生杨木,对其进行极限氧指数、烟密度以及锥形量热分析。结果表明,无机型阻燃剂APP、BL、MBL的载药率均较高,BL和MBL处理试样极限氧指数达40以上,阻燃性能良好;有机型阻燃剂GUPR的载药率最低,但其阻燃效率最高,抑烟效果最优;阻燃剂(除WR)使木材耐热性能降低,木材热解进程提前,HRR峰值出现时间推迟;复合型阻燃剂WR延缓热解进程的能力最强,碳层阻隔能力优良,但抑制热释放速率的能力较差;与BL相比,MBL处理试样燃烧总烟气释放量减少,特别是在前300 s内CO释放量降低26.2%,燃烧反应更为缓和,整体阻燃效果提高。

太阳能预干联合热压干燥对桉木单板物理性能的影响

近年来木材太阳能干燥技术取得了一定的进展,但太阳能的不连续、不稳定性使其难以实现连续化干燥,因此联合干燥成为了发展热点。针对桉木单板探索了联合干燥对单板物理性能的影响,模拟太阳能将单板含水率由50%预干至25%~30%,然后联合热压干燥;设置热压温度为140℃、160℃、180℃、200℃,时间为2、3 min,压力为0.5 MPa。对联合干燥单板的压缩率,导热系数、表面颜色、平衡含水率进行测定,并采用扫描电子显微镜、傅里叶红外及XRD衍射光谱对微观层面变化进行分析。研究表明,太阳能预干联合热压干燥相比全程采用太阳能干燥节省时间约为50%;随着热压干燥温度的增加,单板厚度压缩率增大,导热系数增加率最大为14.6%,明度值L*降低范围为0.4%~12.81%,表面颜色朝着暖色调方向发展;与未处理材相比,联合热压干燥后单板的平衡含水率呈降低趋势,最大减小约20%,且由XRD分析可知,联合热压干燥可使单板纤维素相对结晶度增加,能在一定程度上提高单板的尺寸稳定性;SEM显示热压处理改善了表面裂隙,有助于提高后期的胶合质量。因此太阳能预干联合热压干燥能够提高单板干燥效率与应用价值,在一定程度上可以改善单板干燥质量。

硅烷偶联剂对阻燃处理杨木的防水阻燃性能影响

为了改善氮磷为主成分的BL阻燃剂易吸湿性缺陷,本文采用硅烷偶联剂CG-N1613(十六烷基三甲氧基硅烷)对阻燃处理试件进行二次浸渍处理,同时对比石蜡乳液浸渍、表面涂覆清漆处理以及对素材进行混合浸渍(阻燃剂与石蜡乳液的复配混合液),对处理材的防水性能(吸湿性、表面润湿性、抗流失性)和阻燃性能(氧指数LOI、烟密度等级SDR)进行了评估,探究出较优的处理方法。实验表明,BL阻燃剂处理试件的吸湿率为14.58%,二次浸渍硅烷偶联剂的试件吸湿率降低为12.05%,接触角高达133.94°,抗浸提值LRV由-2.11%提升到41.73%,氧指数LOI由32.2%提高到40.5%;最大烟密度值与仅BL阻燃剂处理基本相同,烟密度等级SDR均小于75。二次浸渍硅烷偶联剂的试件不仅防水效果明显提高,并且在一定程度上保持并提高了其阻燃效果。

基于LF-NMR及MRI的2种速生材干燥过程中水分分布状态研究

为了解太阳能干燥过程中速生材内部水分状态及迁移规律,采用低场核磁共振及核磁共振成像检测桉、杨木干燥过程中水分分布、含量变化及迁移过程,借助扫描电镜在微观层面进行分析。结果表明:核磁共振信号强度与称重法所测含水率相关性系数高达0.99以上,因此低场核磁共振可准确测定木材中的水分含量;桉木和杨木饱水试样的核磁共振信号中均存在3种峰,桉木弛豫时间分别为1.32、32.75、403.70 ms,杨木为2.66、32.75、352.12 ms,对应着结合水及两种状态的自由水;随着干燥进行,不同状态水分的横向弛豫时间逐渐减小,木材对水分的束缚增加。当桉木含水率为27.28%,杨木含水率为35.71%左右时,水分散失转为以结合水为主。通过核磁共振成像中氢质子密度的不同可对水分含量进行区分,进而可观测干燥过程中木材内部水分移动状态。因此,通过低场核磁共振及核磁共振成像可研究速生材干燥过程中的内部水分状态及分布。

氮磷阻燃联合热处理杨木表面性能及热稳定性

为降低高温热处理所需温度和缩短保温时间,赋予处理材料阻燃安全性,采用氮磷阻燃剂(FR-NP)作为催化介质,对杨木进行阻燃浸渍处理,再经过120~160℃蒸汽热处理得到阻燃联合低温热处理(NP-Ht)杨木.结果表明:NP-Ht杨木表面颜色装饰性增强,极限氧指数(LOI)>39.00%,烟密度等级(SDR)<40;阻燃联合150℃低温热处理(NP-Ht-150)与220℃高温热处理(Ht-220)杨木的颜色相近,表面硬度和胶合强度分别提高34.15%,53.50%,保温时间缩短75%.FR-NP能促进杨木低温热降解,但纤维素降解程度相比Ht-220杨木明显降低,低温热处理改善了FR-NP在杨木细胞壁上的分布,其微观结构破坏程度明显降低.

温室型太阳能-除湿干燥室干燥杨木单板的试验研究

利用温室型太阳能-除湿干燥室,采用开式模式、闭式模式和组合模式干燥,分析干燥速率、能耗及干燥模式对杨木单板质量的影响。结果表明:本试验条件下,空窑或闭式模式室内温度高于室外23~27℃;初含水率99.21%的单板预干至30%,闭式模式耗时3 h,干燥速率为21.39%/h,耗电量为5.56 kW·h/m3;当含水率由30%降至12%左右,闭式、开式模式干燥分别耗时1、3 h,对应的干燥速率为16.56%/h、5.70%/h。闭式模式借助除湿机在排出水分的同时回收热量,缩短了干燥时间,相比于组合模式可降低干燥能耗。

托盘用人造板弹性模量与强度的相关关系

目的缓解托盘用人造板抽样检测时资源浪费且费时费力的现状,推进实现常用板材的无损检测。方法采用纵向共振法对9层胶合板、单板层积材及一种工厂用新型层积材进行共振频率的检测并计算得到动弹性模量,分析动弹性模量与静弹性模量、静曲强度之间的相关性。结果胶合板、单板层积材的动弹性模量与静弹性模量、静曲强度之间分别在0.001水平上具有较强的线性相关性,新型层积材的动弹性模量、静曲强度、静弹性模量在0.001水平上也具有一定的线性相关性,较胶合板及单板层积材相关性稍差。结论 3种结构人造板弹性模量与静曲强度均存在一定的线性相关性,纵向共振法在新型层积板材上的可应用性较胶合板及单板层积材略差。

N-P阻燃剂处理速生杨木的燃烧性能

选取APP、BL、MBL、GUPR以及WR 5种木材N-P阻燃剂,以速生杨木为试材,采用真空浸渍处理,利用CONE法对5种阻燃剂处理材的燃烧及有毒烟气释放特性进行分析。结果表明:处理材的载药率随阻燃剂溶液的质量分数增加而增加;阻燃处理材的氧指数随载药率增加呈非线性增加,载药率为10%时5种阻燃处理材能达到有效阻燃效果;烟密度(SDR)与载药率为二次函数关系;燃烧过程中阻燃处理材表面炭化,气相产物中固体颗粒物产量减少,CO产量增加;不同N-P处理材的有毒烟气释放性能相异,WR处理材固体颗粒物含量最大,BL处理材的CO产量最大;经三聚氰胺改性后的MBL处理材与BL相比Yco和比消光面积下降。

单板层积材的三维光学检测及其托盘的有限元仿真分析

【目的】单板层积材应用广泛,但其性能测试多采用破坏性实验方法,存在检测效率低且会造成资源浪费的不足。本研究对一种新型层积板材及其制得的托盘进行无损检测,旨在为木质层积材及制品性能的高效、精确检测提供理论参考和技术支撑。【方法】将三维光学检测法与有限元仿真分析相结合,首先采用数字散斑法测量并计算获得新型层积板材的弹性常数(包括弹性模量,泊松比,剪切模量);然后导入有限元仿真分析中,分别选取layer单元和solid 185单元对板材模型进行网格划分和静力模拟,优化其仿真模拟参数;参照国际标准ISO 8611—2011对新型层积板材托盘性能进行检测,利用Solidworks建立及装配托盘模型,在ANSYS workbench软件中对托盘整体结构进行整体抗压、底板抗压、面板抗压和角跌落等仿真模拟,并与实验测试结果进行对比分析。【结果】三维光学法获得的弹性参数可以应用于新型层积板材及其制品的有限元仿真分析中,ANSYS有限元仿真结果可靠;将新型层积材作为整体结构,选用solid 185单元的仿真模拟结果与实际测试情况最为接近;新型层积材托盘静力仿真分析中托盘的最大变形与实验结果相近,4种工况仿真分析结果与实测结果相同。【结论】三维光学检测法结合有限元仿真分析可以对木质层积材及其制品的受力、变形和破坏情况进行无损检测,可达到高效和节能的目的。

复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与动力学分析

为研究复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与阻燃机理,利用热分析法对蒸馏水、聚硅酸磷酸二氢铝（AlSi）、NP阻燃剂（N-P）、聚硅酸磷酸二氢铝复合NP阻燃剂（N-P-Al-Si）处理杨木（编号为A、B、C、D）的燃烧性能进行探讨,分别运用Ozawa-Flynn-Wall法和修正Coats-Redfern法计算阻燃杨木活化能。结果表明：A仅有1个热解阶段,此阶段的活化能值为65~70 k J/mol。阻燃处理材的热解大致分为2个阶段,D的主要热解阶段介于B、C之间,其热释放速率缓慢,失重速率和失重量最小。并且在不同的升温速率下D的失重趋势一致,随着升温速率的增大,失重曲线向高温方向移动。D第1、2阶段的活化能分别为120、240 k J/mol,均显著大于C（115 k J/mol）,表明Al-Si与N-P复配后的阻燃效率得到提高。

三聚氰胺聚磷酸盐-双季戊四醇-硼酸锌复配改善木塑复合材料的阻燃及抗紫外老化性能

为同时改善木塑复合材料(WPC)的阻燃及抗紫外老化性能,采用膨胀型阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、双季戊四醇(DPER)、协效剂硼酸锌(ZB)与木粉(WF)、聚丙烯(PP)共混制备具有一定阻燃耐候功能的木塑材料;通过力学性能测试,热重分析、氧指数测试、烟密度测试、锥形量热仪分析及扫描电镜分析,筛选出阻燃效果较优组,并测试该组别下WPC的抗紫外老化性能。结果表明:当m(MPP)∶m(DPER)=2∶3时,WPC热降解温度升高18.6℃,残炭率达21.6%;氧指数达29.9,烟密度为40.55;阻燃剂复配后,燃烧热释放速率、总热释放量、烟释放量、质量损失率与对照组相比,分别降低了31.9%、45.0%、72.4%、28%;复配阻燃体系能够使燃烧材料表面形成连续紧凑的炭层。750 h抗紫外老化性能测试表明,ZB能够使WPC表面颜色变化减缓,力学性能损失降低,表面裂隙较少,表明ZB具有一定的抗紫外老化作用。

MH复合N-P阻燃剂的合成及其浸渍处理杨木的阻燃抑烟性研究

提高氮磷阻燃剂浸渍处理杨木的抑烟性,在氮磷阻燃剂合成过程中添加少量氢氧化镁(MH),合成了NP、NPMH-1、NP-MH-2和NP-MH-3。杨木置于浓度为15%阻燃剂溶液中浸渍处理,之后对4个阻燃配方处理材进行烟密度、锥形量热和环境扫描电镜分析。结果表明:MH复合NP处理材的烟密度等级均低于NP处理材。其中NP-MH-1的烟密度等级相比最低,在载药率为13%时出现极大值为34.4,比NP处理材降低约31.81%,远低于国家标准规定的SDR≤75的要求。与NP阻燃剂相比,MH复合NP阻燃剂处理材的第一热释放速率峰值、总热释放量、质量损失、总烟产量和CO产量均有不同程度的降低或减少。其中NP-MH-2的阻燃抑烟效果最好,残炭量比NP提高了47.65%,CO产量比NP降低了74.68%,有毒气体产量大大减少。从阻燃碳层的微观结构来看,MH复合NP阻燃剂在木材内部分散均匀,阻燃处理材表面呈现多孔结构。

国产栓皮栎软木热响应特性研究

【目的】软木是一种具有黏弹性的天然高分子材料,除天然软木塞以外,软木制品多由软木颗粒施胶后热压而成,软木材料主要化学组分的熔融温度、玻璃化转变温度等热转变温度对了解软木的黏弹性和制定热加工工艺具有重要的理论参考价值。【方法】首先对栓皮栎软木进行热重分析以了解其热稳定性,确定软木发生热降解的最低温度,之后又采用了DSC、DMA、TMA这3种热分析方法对国产栓皮栎软木材料在热解起始温度内的热效应温度进行分析,并相互验证。【结果】热重分析结果显示在219℃之前栓皮栎软木基本不发生热降解,采用DSC、DMA、TMA方法测得的软木脂微晶的熔融温度分别为66℃、78℃(1 Hz)和78℃,通过DMA测得软木脂无定形区在频率为1 Hz时的玻璃化转变温度在0.7℃左右,在-66℃附近有一次级松弛转变,各热效应温度与栓皮槠软木略有差异,应与两者化学组分的单体构成和分子间作用力之间的差异相关。此外,由于软木径向壁上具有褶皱,采用TMA测试时可发现在加热条件下软木径向尺寸受热膨胀程度要大于轴向。【结论】在栓皮栎软木发生热解前的温度范围内存在主要成分软木脂的各热效应转变温度,据此确定合适的软木热加工温度,可通过增加软木的黏性流动来促进软木材料的热成型。

三聚氰胺复合氮磷阻燃剂的合成及其处理杨木的吸湿性与阻燃性研究

为降低氮磷阻燃剂浸渍处理杨木的吸湿率,在氮磷阻燃剂合成过程中添加少量三聚氰胺(MEL),在磷酸、尿素和MEL不同的摩尔比下合成了NP、NP-MEL-1、NP-MEL-2和NP-MEL-3。杨木置于浓度为10%阻燃剂溶液中,在温度为80℃水浴中浸渍处理。之后对四个配方处理试件进行吸湿率、氧指数、烟密度和锥形量热分析。结果表明:载药率为10%左右时,NP-MEL-3处理试件的吸湿率达到美国建筑规范<28%的要求;载药率为12%左右时,与NP处理杨木相比,NP-MEL-3处理试件的氧指数值提高14.86%,第一热释放速率峰值降低40%,释热总量降低33.89%,CO产量降低34.38%,残碳率提高了30.58%。

太阳能预干联合热压干燥对桉木单板质量的影响

采用模拟太阳能加热(50℃)及太阳能预干联合热压法(温度140～200℃;时间2～3 min;压力0.5MPa)干燥桉木单板,研究太阳能干燥及热压联合干燥条件对单板质量产生的影响,并对单板的干燥质量、力学强度、粗糙度及接触角进行测定,采用近红外光谱及扫描电镜从微观层面分析变化原因。结果表明:太阳能预干干燥过程为等速干燥,单板热压干燥可快速降低含水率,联合干燥可有效提高干燥效率和干燥质量;随热压温度升高和热压时间的延长,单板力学强度不断增大,并在温度为180℃时达到最大值;在热压条件为200℃、3 min下,单板表面粗糙度最小为5.18μm,表面粗糙度与压缩率之间呈负相关关系,相关系数均在0.74以上;在热压条件为180℃、2 min下,接触角为107.63°,并在60 s后基本进入平衡状态。对单板微观结构进行分析可知,太阳能联合热压干燥过程中,单板主要成分会发生化学变化,半纤维素及木质素发生降解,内部成分及抽提物的迁移可增加单板表面的均一性,随着温度的升高,导管及纤维壁上出现褶皱。太阳能预干联合热压干燥在结合两种干燥方式优点的同时,可改善单板表面平整性,增加单板密实化程度,并能提高力学性能。

壳聚糖金属配合物/氮磷阻燃剂处理杨木的防霉阻燃性能

制备兼具阻燃与防霉效果的木材改性药剂,将自行制得的壳聚糖银(CTS-Ag)和壳聚糖铜(CTS-Cu)与阻燃剂聚磷酸铵(APP)和新型磷氮硼复合木材阻燃剂(FRW)进行复配,并对药剂的防霉性能、阻燃性能进行评价,探究较好的防霉阻燃配方。结果表明:对绿色木霉和黑曲霉,添加CTS-Cu的配方防霉效果不显著,FRW+1.0%(wt,质量分数,下同)CTS-Ag配方具有稳定显著的防霉效果,对绿色木霉和黑曲霉的防治效力均达到100%,对木材能够起到有效的防霉效果;CTS-Ag对阻燃效果影响不大;综合考虑,FRW+1.0%CTS-Ag为较合适的阻燃防霉剂配方。

太阳能预干对桉木单板干燥质量的影响

以节约能源,降低单板干燥能耗,为企业发展太阳能干燥提供理论指导为目的,对桉木单板进行太阳能干燥(40～60℃)、常规干燥(100～140℃)以及太阳能预干联合常规干燥,对干燥单板进行质量检测,并观察单板微观结构变化。结果表明:单板干燥曲线大体分为两段,单板含水率在30%以上时,干燥曲线减速率较大,在30%以下时,干燥曲线减速率较小;太阳能干燥耗时较长,在温度为40℃、50℃、60℃下,将单板干燥到含水率为6%所需时间依次为60min、40min、28min;常规干燥时间较短(234～354s之间),但随着温度的升高,单板的翘曲变形和干缩程度增大;联合干燥时间节省约为太阳能干燥的1/3,与常规干燥相比,单板的翘曲度和干缩率降低;桉木单板纹孔为附物纹孔,水分散失通道受阻,易引起单板的皱缩,干燥后单板纹孔膜出现皱缩和破裂。

超声/高温热处理对古琴面板声学性能的影响

优质乐器的需求与日俱增,但是性能优良的木材有限,为了对木材进行声学性能改良、减少优良木材的需求压力,本文以人工林杉木为试材,采用超声波、热处理及超声波-热处理结合工艺对改善木材声学性能进行了探究。结果表明,在超声280w、340w、400w,时间分别为8min、9min、10m i n条件下,随超声处理功率和时间的增加,木材的声学性能改善先增加后降低,超声处理主要改善木材对数衰减系数;从120℃-220℃,随热处理温度升高,木材结晶度与比动弹性模量明显提高,同时对数衰减系数降低。速生杉木声学性能改良的优化处理条件为：400W,8min,220℃,保温30min,且改良杉木声学性能效果接近陈放古木。超声波处理及高温热处理对杉木化学成分含量及声学性能参数均有一定的影响,可以通过降低木材中抽提物、提高木材的纤维素结晶度来改善木材的声学性能。

高温热处理对竹材颜色及其吸附性能影响研究

为了考察热处理温度、保温时间对竹材的颜色和吸附性能的影响以及颜色变化与热处理竹材吸附性能之间的相关性,本文以毛竹为试材,采用6种处理温度(120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃)和4种保温时间(1h、2h、3h、4h)分别对其进行热处理。根据标准色度学系统(CIEL*a*b*)采集热处理前后竹材表面色度学参数,通过激光散射粒子加速测量法定期监测密闭亚克力箱内的烟气PM2.5数值变化,并计算热处理竹材的吸附效率,采用扫描电镜(SEM)分析竹材热处理前后内部结构的变化。结果表明:1)随着热处理温度或保温时间的增加,热处理竹材表面颜色变深,其中温度的影响效果更大;2)热处理竹材表面明度值(L*)与色差(ΔE*)存在相关关系,L*值为主要变化色度学参数;3)随着热处理温度升高,竹材的吸附性能增强,竹材表面L*值与其吸附效率之间存在显著线性关系(R2=0.99);4)高温热处理使竹材内部孔隙增加,细胞壁分层化且被分解产物附着,表面积增大,吸附能力增强。