桦木单板−金属铜网复合材料声学振动性能研究

【目的】传统实木乐器音板的选材和用材都十分严格,然而当下我国优质木材资源紧缺,资源需求压力较大,开发可用作乐器音板的复合材料是缓解木材需求压力的有效途径。【方法】试验制备了双层、5层桦木单板分别与金属铜网复合的两种厚度复合材料。在分析复合材料尺寸稳定性的基础上,利用双通道快速傅里叶变换频谱分析仪测试其声学振动性能,研究桦木单板铺装方向、金属铜网添加位置与添加层数对声学振动性能的影响,并采用综合评分法比较了复合材料与西加云杉的声学性能。【结果】加入金属网后制备的双层、5层桦木单板复合材料的抗湿胀系数最高分别为80.00%与88.09%,胶合界面的增加提升了复合材料的抗湿胀系数。桦木单板铺装方向影响复合材料的E_(L)/E_(R)值,以单板纹理平行铺装的双层单板复合材料E_(L)/E_(R)值为29.09,以单板纹理交错铺装的双层单板复合材料E_(L)/E_(R)值为0.99。加入2层金属铜网的5层复合材料,具有接近西加云杉的振动效率品质和更为优秀的音色,其抗湿涨系数平均值达到87.61%、纵向比动弹性模量达到20.20 GPa、声辐射品质常数达到6.13 m/(Pa·s^(3))、声阻抗为3.29 Pa·s/m、E/G值达到29.63。【结论】通过与西加云杉木材的比较表明,复合材料的声学振动性能基本能达到一般乐器的要求,并且具有良好的尺寸稳定性,是传统实木音板的良好替代材料。

桦木单板芯表层染色工艺参数的遴选

在浴比为15条件下,采用酸性橙Ⅱ对1.5mm厚的漂白过的桦木单板进行染色,采用上染率和单板芯、表层明度(L*)差值和色差(ΔE*)差值来综合评价单板的染色效果,最终确定染色各单因素适宜取值为:染料质量分数0.5%,NaCl质量分数0.5%,表面活性剂(平平加O)质量分数0.1%,温度85℃,染色时间4h,染液pH值4。

NaBH_4前处理桦木化学镀镍制备木质电磁屏蔽复合材料

以桦木单板为基材,利用NaBH4处理后直接进行化学镀镍制备电磁屏蔽复合材料。研究NaBH4浓度和浸渍时间、施镀时间和NaOH浓度对表面电阻率的影响。分别采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析对比NaBH4前处理和胶体钯活化所得复合材料的表面形貌和组织结构,利用频谱仪和直拉法分别测定电磁屏蔽效能和镀层附着强度。结果表明:利用4g/L的NaOH配制3g/L的NaBH4溶液,前处理5~10min,化学镀镍20min,此条件下制备的复合材料的表面电阻率低于150mΩ/cm2,在9kHz^1.5GHz频段,电磁屏蔽效能高于60dB。NaBH4前处理所得复合材料的电磁屏蔽效能高于胶体钯活化;从表面形貌上观察,两种方法均可得到均匀、连续和致密的镀层,镀层完全覆盖了木材表面,具有金属光泽;XRD分析表明,NaBH4前处理所得镀层厚些,且结晶状态更佳,木材和镀层之间为物理结合;强度测试显示两种方法所得镀层均与木材表面结合牢固。

桦木单板漂白处理工艺的优选

采用双氧水作为漂白主剂对桦木单板进行漂白正交试验,以各组成药剂质量分数和染色工艺作为试验因素,对漂白后单板白度的变化值进行测量和分析。结果表明,双氧水最佳质量分数为4%,最佳漂白温度为90℃,磷酸钠最佳质量分数是0.7%,最佳漂白时间为30min,适宜的浴比是10∶1。该结果对提高桦木单板的仿真染色效果及其附加值具有指导意义。

化学镀镍桦木单板的镀层成分分析及性能研究

通过对桦木单板表面化学镀镍,可以得到连续、均匀的镀层,从而制得具有良好导电性和电磁屏蔽功能的木材-金属复合材料。扫描电子显微镜(SEM)观察表明:看似光滑的桦木单板表面是很粗糙的,经化学镀后桦木表面金属感极强,但基本构造没有明显改变。利用能谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明:镀层中主要成分为镍,磷含量很低。X射线衍射仪分析表明镀层为多晶结构。此木材-金属复合材料的电磁屏蔽效能在9kHz^1.5GHz的频率范围内可达到60dB,导电性和导热性能较素材有显著提高。

桦木单板化学镀镍过程的FTIR和XPS分析

采用化学镀法在桦木表面获得Ni-P合金镀层。利用傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)技术,分析桦木单板化学镀前预处理后,桦木表面官能团的变化和化学镀后元素的变化。FTIR分析表明:分别经活化和解胶处理后的桦木单板表面FTIR谱与素材几乎重合,表明活化和解胶处理过程没有使木材表面发生任何化学反应。XPS分析结果表明:活化后桦木单板表面吸附了内部包裹着具有催化作用的Pd0胶粒,此时Pd0起不到催化作用;解胶后,Pd0才显露出来并催化化学镀反应的进行,但化学镀过程之初是Ni先沉积而P的沉积滞后,所得镀层成分为Ni-P合金。

树脂增强桦木单板重组材的性能研究

采用三聚氰胺甲醛树脂辊压浸注桦木单板,通过热压定型得到树脂增强重组材。探讨不同树脂固体含量、辊压压榨率和热压压力对板材吸水厚度膨胀率、静曲强度、顺纹抗拉强度、胶合强度等性能的影响。结果表明,树脂固体含量50%、辊压压榨率20%、热压压力2.0 MPa时,重组材的物理力学性能指标综合水平较佳。

温度对桦木单板表面化学镀Ni—Cu—P三元合金的影响

利用化学镀方法在桦木单板表面沉积Ni—Cu—P三元合金,考查施镀温度对镀后单板表面电阻率和电磁屏蔽效能的影响,采用扫描电镜(SEM)观察镀后单板的表面形貌,利用EDS和XPS分析镀层成分,利用X射线衍射(XRD)分析镀层的组织结构,采用直拉法测定镀层与木材表面的结合强度。结果表明:当温度从80℃升高到90℃时,镀层平均表面电阻率从0.451Ω/cm2降低至0.301Ω/cm2;继续升高温度,表面电阻率小幅升高;在90℃时,施镀单板的电磁屏蔽效能在9 k Hz^1.5 GHz频段达到55~60 d B。SEM观察发现镀层连续、致密且具有金属光泽;EDS分析可知镀层中存在Ni、Cu和P元素,XPS分析可知镀层组成为Ni、Cu、P,其质量分数分别为79.84%、11.82%和8.34%;XRD分析表明镀层为微晶态结构;镀层与木材表面结合牢固。

超声波辅助桦木单板表面化学镀Ni-P合金的研究

利用超声波辅助化学镀法在桦木单板表面沉积Ni-P合金镀层。以镀后单板的电磁屏蔽效能为指标,研究100W超声波辅助下施镀温度和施镀时间的影响,对比0、100和250W超声波辅助的影响。同时,利用X-射线衍射、扫描电镜和能量分散色谱分析超声波功率与镀层的组织结构、表面形貌和P含量的关系。利用直拉法测定0和100W超声波辅助化学镀所沉积镀层的结合强度。结果表明:施镀温度较低时,超声波的辅助作用更加明显;100W超声波辅助,施镀温度62℃,施镀时间20min,镀后桦木单板在9kHz^1.5GHz频段,电磁屏蔽效能达到60dB;较无超声波辅助降低了温度,缩短了时间;超声波辅助使镀层中的P含量随功率的增加而增加,均匀性变差,但晶态结构未改变;无论有无超声波辅助,桦木表面所沉积的镀层均具有很高的结合强度;过高功率的超声波辅助对化学镀过程是不利的,综合分析认为100W最为适宜。

桦木单板仿珍贵材三刺激值配色技术

以桦木单板为试材,利用计算机配色技术中的三刺激值法,以Kubelka-Munk理论为依据,对仿珍贵木材染料配方的调配方法进行研究,得出4种仿珍贵木材的染料配方。紫檀:活性艳红X-3B为0.116%,活性黄X-R为0.219%,活性蓝X-R为0.032%;黑酸枝:活性艳红X-3B为0.461%,活性黄X-R为0.544%,活性蓝X-R为0.177%;黑胡桃:活性艳红X-3B为0.119%,活性黄X-R为0.206%,活性蓝X-R为0.077%;柚木:活性艳红X-3B为0.122%,活性黄X-R为0.400%,活性蓝X-R为0.082%。研究发现此方法对于木材染色的配色十分有效,经过极少次的校正就可以得到仿珍贵木材的染料配方,三刺激值相对误差小于5%。

高强轻质竹木复合材料生产工艺研究

以竹材近青竹篾和桦木单板为原料制备竹木复合单板层积材,选用酚醛树脂胶黏剂,探讨了竹木复合单板层积材生产工艺各因素对复合材料性能的影响。结果表明,在试验选取的因素水平内,随涂胶量的增加、压力的增大,板材性能先增大而后降低;随浸胶时间的延长、密度的增大,板材性能也随之增大。确定了高强轻质竹木复合单板层积材较合理的制造工艺参数。

助剂对桦木单板漂白与耐光性的影响

在桦木单板漂白的基础上,考察添加助剂种类、用量以及处理方式对单板漂白效果及漂后单板耐光性的影响。结果表明:助剂的使用不影响单板漂白,单板可以获得较高白度,同时能够减缓光变色引起的白度下降的趋势;漂洗阶段添加浓度为0.4%的苯骈三唑,漂后单板的耐光性能较为理想。

镀镍桦木单板的物理性能分析

利用化学镀法在桦木单板表面沉积Ni-P合金镀层制得镀镍桦木单板。测试了镀层与单板表面的结合强度,对比分析测试了镀镍前后单板的抗拉强度、胶合强度、表面润湿性及导热性,同时还分析了其环境适应性(如抗低温、耐高温和耐腐蚀等性能)。结果表明,镀层与单板表面的结合非常牢固,经表面镀镍后,抗拉强度和表面耐磨性有所提高,胶合强度和表面润湿性稍有下降,导热性能显著提高。镀镍桦木单板具有良好的抗低温、耐高温和耐腐蚀性能,能够满足实际应用的要求。

染色工艺对染色桦木单板耐水牢度的影响

通过分析染色单板在65℃水煮1h后明度差与色差的变化,研究染色工艺对染色单板耐水牢度的影响。结果显示,提高染料浓度、延长染色时间,适宜的NaCl用量、pH值和温度都能提高染色单板的耐水颜色牢度;增加平平加O用量却使染色单板颜色耐水牢度下降。各个因子对明度差的影响同样重要,在α=90%水平下未达到显著差异;然而各因子对于色差的影响在α=90%水平下有显著差异。染料和NaCl浓度的影响最重要。随后是pH值,第3位是平平加O用量,温度和时间对颜色稳定性影响最小。单靠改变染色工艺,对染色单板的耐水牢度提高有限,染色后的单板还要靠后续的固色处理来提高其耐水性能。

桦木单板的无损去色工艺研究

为了改善木材颜色缺陷,提高后续的使用价值,本研究以过氧乙酸为去色剂对桦木单板进行去色处理。以去色前后单板表面白度差值为考察指标,讨论去色剂和稳定剂浓度、温度、初始pH值对去色效果的影响,并对过氧化氢及次氯酸钠去色工艺进行对比。得出过氧乙酸去色桦木单板的优化工艺参数为过氧乙酸浓度10 g/L,初始pH值6.5,温度65℃,浴比1:20,时间1h。红外、X-射线衍射及扫描电子显微镜结果表明,过氧乙酸去色单板的化学组成与素材相近,对木材结构的损伤较小,而使用过氧化氢及次氯酸钠去色的单板化学组成与素材相差较大,去色工艺对木材均有较大的损伤。

桦木单板/玻璃纤维复合材料声学振动性能的研究

【目的】面对我国乐器音板用材资源的严重不足,寻找新材料替代传统乐器木质音板用材是非常有必要的。【方法】本试验以玻璃纤维为增强材料,桦木单板为基体,按照单板层积材结构设计制备桦木单板/玻璃纤维复合材料。通过对玻璃纤维复合材料声学振动性能检测分析,探究玻璃纤维布的不同铺放位置和铺放层数对复合材料声学振动性能的影响。【结果】用1层玻璃纤维布铺放在表层单板下的复合材料A的比动弹性模量和E/G值分别为22. 20 GPa和16. 55,比用1层玻璃纤维布铺放在芯层单板单侧的复合材料B分别高了8. 7%、17. 8%。用2层玻璃纤维布分别铺放在上下表层单板内的复合材料C的比动弹性模量和E/G值分别为25. 04 GPa和17. 04,比用玻璃纤维布铺放在芯层单板两侧的复合材料D高了7. 5%和18. 0%。纤维铺放位置对声辐射品质常数和声阻抗的影响较小。玻璃纤维布的层数与复合材料的声学振动性能不成线性关系,铺放2层玻璃纤维布的复合材料具有较高的比动弹性模量和E/G值。玻璃纤维布铺放3层和4层的复合材料的比动弹性模量和E/G比铺放2层的都小。随着玻璃纤维布层数的增加,声辐射品质常数呈减小的趋势。通过综合评分法分析发现:玻璃纤维布铺放在表层单板下的复合材料综合评分值都高于铺放在靠近芯层单板的复合材料,铺放2层玻璃纤维布的复合材料的综合评分值达到最大。【结论】玻璃纤维布铺放在表层单板下的复合材料声学振动性能优于纤维布铺放在靠近芯层单板的复合材料。铺放2层玻璃纤维布的复合材料C的声学振动性能达到最好。尽管复合材料C的E/G值约为西加云杉的80%,但比动弹性模量和西加云杉的相接近,说明桦木单板/玻璃纤维复合材料具有替代传统木质音板用材的可能性。

卫浴用树脂浸渍单板重组材的尺寸稳定性

为满足卫浴装饰装修用木材的需求,以速生桦木为原料,开发出一种树脂浸渍单板重组材。通过分析浸渍三聚氰胺-甲醛(MF)树脂固体含量、浸渍方法、热压压力等因子对板材尺寸稳定性的影响,结果表明:当MF树脂固体含量45%、热压压力1.0MPa,采用辊压浸渍(压榨率50%～70%)时,板材的极限体积膨胀率为6.2%,低于水曲柳、栎木等实木试件,尺寸稳定性大大改善。

钢琴桦木贴面用的胶粘材料制备

针对传统天然木材因天然缺陷和加工缺陷造成的声学振动性能不高,难以作为乐器板材使用的问题,提出桦木单板/玻璃纤维胶粘复合材料的制备。研究了工艺参数对本试验制作的复合材料声学振动性能的影响。具体结果为:当热压温度和压力分别为89℃和1.3 MPa,施胶量为180 g/m^(2)时,桦木单板玻璃纤维复合材料声学振动性能较为优异;该条件下的桦木复合材料比动弹性模量(E/ρ)、动弹性模量(E)与动态刚性模量(G)的比值(E/G)分别为26.71 GPa、18.41。

乐器用玻璃纤维/桦木单板复合材料的制备及性能

利用桦木与玻璃纤维进行复合加工,制备一种能够广泛应用于乐器加工领域的新型复合材料,探讨了该类型材料中玻璃纤维的结构变化对制备的复合材料声学性能的影响。通过综合分析该玻璃纤维/桦木单板复合材料各项声学振动性能指标,探讨了该复合材料替代传统乐器制备用木材的可行性。