糠醇浸渍速生人工林木材的干燥特性研究

木材浸渍改性商业应用的主要技术难点之一是二次干燥速度慢、易开裂、易变形。本文以杨木和杉木为研究对象,使用浓度为30%和50%的糠醇水溶液对其进行浸渍改性,再以百度干燥法分析糠醇浸渍材的干燥特性,辅以干缩试验和剖面密度(VDP)试验探究干燥缺陷成因。结果表明:50%浓度浸渍材的干燥缺陷等级均大于30%浓度浸渍材,杨木浸渍材的等级均高于杉木浸渍材;杉木30%和50%浓度浸渍材百度干燥平均时间分别为24 h和29 h,而杨木30%和50%浓度浸渍材分别为20 h和30 h。浸渍材不同位置的干缩系数存在显著差异,浸渍后密度分布更加不均匀。杉木和杨木糠醇浸渍材二次干燥困难的主要原因为固化的糠醇堵塞了水分内部迁移通道,从而使干燥速度降低;糠醇分布不均匀导致干缩系数差异进一步加大,处理材易开裂、易变形。

环氧树脂/竹纤维复合材料性能

为探究不同长度及含量的竹纤维(BF)制备复合材料的性能差异,采用碱/KH550对BF进行表面改性后,剪裁成长纤维(LBF)、短纤维(SBF)两种不同长度的BF,通过编织-模压工艺制备BF质量分数分别为25%,35%,45%的BF增强环氧树脂(EP/BF)复合材料,使用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、动态力学、力学试验机对改性前后BF的性能和复合材料性能进行表征。结果表明,碱/KH550改性处理对BF的化学组分有所影响;EP/LBF复合材料的力学性能和黏弹性都优于EP/SBF复合材料,EP/LBF复合材料中的LBF质量分数从25%增至45%时,力学性能呈递增趋势,当BF质量分数为45%时,EP/LBF复合材料的拉伸强度、弯曲强度分别为100,121.34 MPa,而在SBF质量分数为35%时EP/SBF复合材料的力学性能达到相对最优值,拉伸强度、弯曲强度分别为47.34,73.29MPa;SEM显示了LBF整体分布较为整齐有序,SBF杂乱无序,且LBF的拉伸断裂时抽拔现象没有SBF明显。

脱木质素处理对速生杨木和杉木细胞壁层结构影响

木材吸湿性对于其自身性质和加工利用有重要意义,而吸湿机理尚未完全明晰。本研究旨在探究木材孔隙结构对于吸湿性的影响。以杨木和杉木为研究对象,采用亚氯酸钠溶液不同程度脱除木质素,分析了脱木质素对于孔径分布、微观结构、基团变化、结晶度等的影响,并用Hailwood-Horrobin模型进行了拟合分析与数理表征,进而研究了木材吸湿性及其变化机理。结果表明:脱木质素处理提高了杨木材和杉木材的吸湿平衡含水率,显著降低了吸湿滞后;脱木质素处理后多分子层吸附能力的提升幅度大于单分子层的,脱木质素处理后杨木材多分子层水的吸附能力强于杉木,特别是相对湿度70%~85%时最明显。脱木质素处理主要将微纤丝间隙和细胞角隅及胞间层等位置的木质素脱出,改变了细胞壁中木质素的分布规律,显著增加了2~30 nm间的介孔和1000~21000 nm间大孔的数量,杉木材各个孔径变化范围和孔容增量均大于杨木材。然而,脱木质素材的吸湿性并没有细胞壁中介孔量的变化明显;脱木质素处理没有改变杨木材和杉木材纤维素Ⅱ型结晶结构,但提高了两者的结晶度;红外光谱分析表明,半纤维素和纤维素等主要吸湿物质相对含量增大。因此,脱木质素处理后吸湿性的变化主要是由细胞壁的化学基团、微纳孔隙、结晶度等物理化学性能协同影响造成的。

改性方法对竹束纤维及其增强环氧树脂复合材料性能的影响

竹青束纤维(BGF)、竹肉束纤维(BMF)分别取自于竹材的竹青或竹肉部位,其微观结构及力学性能等有所差异,但业界关注甚少。为研究改性方法对两种纤维束性能及其增强树脂复合材料性能的影响,使用碱、碱/γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性处理竹纤维(BGF、BMF)为增强体,制备竹纤维/环氧树脂(BF/EP)复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、接触角、力学性能和扫描电镜(SEM)对竹纤维及复合材料的性能进行表征。结果表明,碱(NaOH溶液)处理时,BGF的拉伸强度在5%NaOH溶液处理时最高,提高了28.2%,BMF在1%NaOH溶液处理时达到最大,提高了30.1%;碱/KH550处理时,BGF、BMF的拉伸强度降低;BF/EP复合材料断面微观形貌表明碱、碱/KH550处理的界面性能提升,且其力学性能相比未改性的显著增强,其中碱处理的BGF/EP、BMF/EP复合材料拉伸强度分别提高了27.8%、15.9%,碱/KH550处理的则分别提高38.0%、21.2%;碱处理后BF/EP复合材料弯曲强度提升较大,改性BGF/EP、BMF/EP较未处理的分别提高14.4%、15.0%。

二维MXene负载纳米金属及其氧化物构筑新型复合材料的研究进展

MXene因其独特的类石墨烯二维层状结构,优异的电学、光学以及热力学性能,且拥有极大的比表面积、优异的亲水性和丰富可调的表面官能团,作为金属及其氧化物的新型载体为纳米复合材料的微观结构增强设计提供了有利条件,以更好地发挥界面效应。然而,二维MXene存在片层易自主堆叠、纳米金属及其氧化物在MXene载体中的几何分布和复合构型难以精准调控、复合材料的界面结合较弱等难题,导致不能最大化发挥不同组分之间的协同、耦合和多功能响应机制。尤其是对于具有显著本征功能特性(包括导电导热性能和力学性能)的MXene纳米载体,其优异性能难以充分体现,显著影响其复合材料的综合性能。针对上述问题,国内外对二维MXene作为载体负载纳米金属及其氧化物构筑高性能复合材料已开展了初步的探索,相关研究成果已被大量应用于能量存储、光催化、电磁屏蔽、微波吸收、超级电容器等前沿领域。为此,本文重点综述了二维MXene负载金属及其氧化物纳米复合材料的主要制备方法、微观结构和功能特性,归纳了其在能量存储、微波吸收等方面的具体应用及增强机理,指出了目前研究存在的短板,并展望了未来的研究方向及其应用前景,以期为新型MXene基纳米复合材料微观结构调控与性能的优化设计提供坚实的理论和实验基础。

抽提预处理对木材的热重分析研究

为探究不同抽提方式对木材热解特性的影响,以云南松(边材和心材)为原材料,通过热水、丙酮、苯醇以及NaOH溶液抽提预处理,利用热重分析方法研究了不同预处理方式对木材热解失重特性的影响。结果表明:云南松心材与边材热解特性是不一致的;经NaOH溶液处理云南松及西南桦样品热解失重率较对照材较低了13%左右,可见经过低浓度NaOH溶液处理后木材增加了木材的残碳率,低浓度NaOH溶液处理使得木材生成一定量的酚类和酮类组分;经有机溶剂及热水处理虽加快了热解反应的进行,但对热解失重率影响不大。