天然生物质材料改性酚醛泡沫的研究进展

酚醛泡沫(PF泡沫)是研究最早、应用最广泛的热固性硬质泡沫材料之一,具有热稳定性、阻燃性、低发烟量和抗老化等多种优异特性,在航空航天、交通运输和建筑保温领域获得广泛应用。然而由石油基衍生物制备得到的传统酚醛泡沫具有脆性较大、不可再生等问题,导致其环境效益差的短板较为突出。采用化学或物理的手段,向酚醛泡沫中引入来源广泛、产量丰富、绿色可再生的天然生物质材料是改善其脆性和减少不可再生材料用量的有效途径。简要概述了酚醛泡沫的改性机制,研究了生物质材料改性酚醛泡沫的最新进展,最后展望了生物质改性酚醛泡沫的潜在发展方向。

声发射检测技术及其在木质材料无损检测中应用的展望

介绍了声发射检测技术的定义、原理和特点,回顾了声发射技术的发展历史以及它在木质材料无损检测领域中的应用;在此基础上提出声发射检测技术在木材科学与技术领域的应用前景。

生物质能的热化学转化技术

生物质能源是未来替代化石资源的丰富和可再生清洁能源之一,它具有二氧化碳中性。生物质的热化学转化可以形成固、液、气3种形态的生物质能源,用以提供热能和动力。对生物质热化学转化中的燃烧、气化、液化和热解技术进行阐述,同时提出生物质热值低、运输贮存不易、反应副产物难分离和政策、资金投入力度仍需加大等问题,对生物质能源发展和研究进行展望。

阻燃木质材料的测试分析技术

通过对阻燃木质材料测试方法的简介,综合论述了阻燃木质材料的近代测试分析技术。

“家具与室内装饰材料”重点课程的建设与实践

"家具与室内装饰材料"课程是东北林业大学重点课程。本课程建设的创新之处在于面向室内装饰行业和家具行业的实际发展情况,在课堂教学环节上既注重艺术教育又注重技术教育。在实践教学过程中,强化学生创新精神和实践动手能力的培养,使课堂教学与实践紧密结合。本课程的教学改革成果可以极大的提高学生学习的主动性、创新性和积极性。

生物质基光学材料研究进展

近年来由于不可再生资源的日益枯竭,以及全球能源危机等问题,生物质资源的研究和利用受到人们的广泛关注。以往材料的制备与合成往往以石油及其衍生物为原料,过程繁琐、成本高昂、原料不可再生,且对生态环境造成了不可逆转的破坏,而生物质基材料因绿色、可再生、环境友好等,其设计与构筑已成为基础科技研究的前沿与热点。在过去的研究中,国内外学者以相关生物质为基础构筑“基石”,利用其本征结构及特性原位合成或与异质单元复合,构筑了大量的功能光学材料。功能光学材料的应用领域包括但不限于催化、光动能转换、生物成像、光电器件、海水淡化、信息防伪等。笔者对生物质基光学功能性材料方面的代表性成果进行梳理与总结,主要包括林木芳香生物质荧光材料、多糖生物质荧光材料、林木生物质光热材料、纳米纤维素光子晶体材料、生物质基光热材料,以及以上材料在食品检测、生物成像、加密打印、发光器件、光 热 动能转换领域中的应用,并且对该领域内存在的问题及未来发展方向作了展望。

高附加值生物质复合材料研究现状

以生物质原料特性为出发点,简要介绍了微纳米纤维素复合材料和木塑复合材料的独特优势,针对当前研究的热点问题,总结了已有的研究成果,并对二者未来的发展方向和应用领域做出了展望。

木材化学功能改良技术进展与产业现状

木材化学功能改良旨在通过物理或化学的方法(主要是利用热或具有反应活性官能团的低分子单体/低聚体),对木材细胞壁成分进行永久改变和/或对木材细胞腔进行物理填充,由此改善木材的各项物理力学性能,并赋予其特定的新功能,提高木材的附加值,延长木材的使用寿命,从而实现木材的高效节约利用,缓解木材资源紧张的局面。对国内、国际上木材功能改良技术的发展和现状进行系统回顾,介绍炭化处理、乙酰化、氮甲氧基树脂处理、糠醇处理、热固性树脂处理等典型改性技术的原理、产品性能的优缺点及其商业化现状,展望木材功能改良技术发展面临的机遇与挑战。

甘油用量对淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

以玉米淀粉和聚乳酸为原料,甘油为增塑剂,利用熔融挤出法制备了淀粉/聚乳酸复合材料。研究了甘油用量对复合材料熔融流动性、界面相容性、力学性能、吸水率以及流变性能的影响。结果表明,甘油用量增加可以提高复合材料的熔融流动性能,降低复数粘度,有利于提高复合材料的加工性能。甘油的加入提高了淀粉和聚乳酸的界面相容性,并且甘油用量增加,相容性提高越多。相容性提高使复合材料的拉伸强度提高。增塑剂能够破坏淀粉的结晶结构,降低分子间相互作用力,提高复合材料的柔顺性。随着甘油用量增加,淀粉/聚乳酸复合材料的弯曲强度降低,储能模量也逐渐降低,但断裂伸长率增大。吸水率测试结果表明,甘油用量增加有利于提高复合材料的耐水性能。

马来酸酐接枝PP/PE共混物及其木塑复合材料

通过聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)机械混合来模拟废旧塑料混合物,利用马来酸酐(MAH)对PP/PE混合物进行接枝改性,然后以接枝共混物作为基体与木纤维复合制备木塑复合材料。通过对比接枝前后的红外光谱图,证明MAH已成功接枝在PP/PE共混物上。力学测试结果显示:基体经过接枝改性后,复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度均大幅度升高,当MAH用量为1%时,弯曲强度提高了50.4%,无缺口冲击强度提高了90.8%,而以废旧塑料为原料制备的复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度分别提高40.2%和53.4%。微观相形态分析表明:通过接枝改性不仅改善了PP/PE共混体系的相容性,同时也显著改善了木纤维与PP/PE共混物之间的界面结合状况,因而宏观上表现为力学性能提高。这表明,共混接枝改性方法可能是利用混合废旧塑料制备高性能木塑复合材料的一条可行途径。

硅烷偶联剂对木粉/HDPE复合材料力学与吸水性能的影响

采用乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(DB-550)、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(DB-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(DB-570)和γ-巯丙基三乙氧基硅烷(DB-580)6种含有不同取代基的硅烷偶联剂对木粉(WF)进行表面处理,然后与高密度聚乙烯(HDPE)混合挤出制备处理木粉/HDPE复合材料。对复合材料的拉伸、弯曲和无缺口冲击强度及吸水率进行测试,采用扫描电子显微镜(SEM)观察其断面微观形态,并对硅烷处理前后的木粉进行红外光谱(FTIR)分析,从而筛选出较适宜的硅烷偶联剂。结果表明:经这6种偶联剂对木粉处理后,复合材料的力学性能、耐水性和界面相容性都有所改善,其中A-171的处理效果最好,处理后复合材料的弯曲、拉伸和无缺口冲击强度分别提高了31.59%,31.26%和49.29%,冷水和沸水吸水率分别降低了59.71%和48.29%。通过对复合材料SEM观察和FTIR分析可知:A-171成功与木粉发生缩聚反应,最有效地改善了复合材料的界面相容性。这应归因于乙烯基三甲氧基硅烷兼有适宜地与木粉发生缩聚接枝反应及可能与HDPE发生加聚接枝反应的综合优势,偶联作用强,使木/塑界面相容性显著改善。

动态载荷下基于声发射技术的杨木破坏过程检测

利用声发射检测和力学试验相结合的方法,研究山杨木材在动态载荷下的声发射演变过程;结合木材粘弹性特点,通过声发射参数分析研究在不同受力阶段木材的声发射特点。结果表明:1)声发射信号幅值不连续,是跃迁的;材料断裂前声发射信号的幅值和能量比断裂后小,在断裂点对应声发射信号幅值和能量的局部极大值。2)随时间和载荷的变化,声发射累计撞击数和累计能量增加快慢可以体现杨木在受力条件下的完全弹性、弹性为主的弹塑性共存、塑性为主的弹塑性共存3种状态。3)声发射率和幅值参数可以预测材料纤维开始断裂进入危险期的第一“临界点”和材料大量纤维断裂进入严重危险期的第二“临界点”,如果继续加载材料将会破坏断裂。

木塑复合材料老化性能研究进展

对木塑复合材料(WPC)在耐紫外线老化性能、耐潮湿及冰冻性能和耐真菌腐蚀性能方面的研究成果进行介绍,希望有助于正确评价和使用木塑复合材料,同时为新产品开发提供借鉴。WPC在紫外线作用下产生褪色现象,力学性能降低,而且喷水与紫外光的共同作用会加剧破坏程度;木粉含量高、颗粒大的WPC更易遭受真菌腐朽威胁,目前已研制出硼酸锌等多种专用防腐剂;WPC吸水速度慢,但绝大部分集中在表层,吸水与冻融循环都会降低力学性能。不同方式生产的WPC其性能有所差异。目前,对老化降解的机理问题仅进行了初步解释。

CMC-g-PMMA改性稻壳碎料-水泥复合材料的性能

采用羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物(CMC-g-PMMA)作为改性剂对稻壳碎料进行表面处理,制成不同稻壳碎料含量的稻壳碎料-水泥复合材料(RHPC)。对RHPC复合材料的密度、抗折性能、断面表面形貌、吸声性能、保温性能和燃烧性能进行测试和分析。结果表明:添加CMC-g-PMMA可大幅度提高RHPC复合材料的抗折强度和模量,当稻壳碎料含量为20%,CMC-g-PMMA添加量为1%时,抗折强度和模量分别为未添加助剂试样的2.27和2.71倍;声波频率为2000Hz以下,提高稻壳碎料含量后,水泥复合材料的吸声系数明显提高,1000Hz时,稻壳碎料含量为40%的试样的吸声系数高达0.67;制备的稻壳碎料-水泥复合材料为不燃性材料,具有良好的保温性能。

纤维增强木塑复合材料研究进展

木塑复合材料属于生物质复合材料的范畴,是一种无毒、可循环利用的环境友好型材料,从20世纪末开始到现在经历了20多年的高速产业化发展。但木塑复合材料力学性能偏低,特别是韧性差,导致应用领域偏窄,是目前制约木塑复合材料发展的主要因素之一。众多研究表明,将纤维添加到木塑复合材料中形成多元结构复合材料,可提高木塑复合材料的力学性能。本文概述了纤维增强木塑复合材料的研究现状,按天然纤维素纤维、合成纤维、非金属纤维、金属纤维4大类归纳了常用作增强复合材料的纤维,综述了采用玻璃纤维、矿物质纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和天然纤维素纤维等增强木塑复合材料的制备方法和增强效果。结果表明,不同种类的纤维对木塑复合材料均有不同程度的增强或增韧作用。短切纤维在添加量上存在"临界值",在"临界值"之前,添加量与增强效果呈正相关,在"临界值"之后呈负相关。连续玻璃纤维的增强效果尤为明显,其中冲击强度可增加20倍。天然纤维素纤维在木塑复合材料中的应用虽然较少,但目前在欧洲已被用于高附加值的汽车零部件领域。本文还介绍了银纹剪切带机制、刚性粒子增强理论、多缝开裂理论和复合力学理论等用于解释纤维增强复合材料的作用机制,这些理论均被用于解释纤维对于木塑复合材料基体的作用效果,其中后2种理论最常用于解释纤维对于复合材料强度提高的作用机制。本文同时指出,目前尚没有哪一种理论能全面揭示由于纤维加入后结构趋于复杂的木塑复合材料的力学行为。总结了纤维的添加对材料力学性能、吸湿性和热性能的影响,发现纤维的添加不仅可以提高木塑复合材料的力学强度,对于降低吸湿性和提高热稳定性也有积极效果,一些纤维的添加还可以提高基体的结晶度。本文最后提出纤维增强木塑复合材料产业化发展前景和需要解决的问题,包括进一步提高生产效率,研制纤维增强木塑复合材料专用装备,开发连续纤维增强木塑复合材料技术和开拓高性能、高附加值木塑复合材料市场。

EPDM_MA对木粉/聚丙烯复合材料性能的影响

采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组,以挤出的方式制备木粉/聚丙烯复合材料.主要采用静态力学试验、动态力学热分析(DMTA)和扫描电子显微镜(SEM)观察等方法,研究了马来酸酐改性的三元乙丙橡胶(EPDM-MA)对木粉/聚丙烯复合材料的静态力学性能、动态力学性能和吸水性能的影响.静态力学性能试验结果表明:添加适量的EPDM-MA有利于提高木粉/聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度,冲击强度的提高最为显著,但EPDM-MA的添加对复合材料的模量有不利影响.动态力学性能分析结果表明:复合材料的储能模量(E')和损耗因子(tanδ)的峰值均随EPDM-MA加入量的增加而降低,后者说明EPDM-MA改善了木粉与聚丙烯的界面结合;EPDM-MA的加入,使得复合材料的主转变温度略向高温方向移动,并且在-50℃左右的低温区出现了次级转变峰,表明EPDM-MA对复合材料的热性能产生影响,尤其有利于改善其耐低温冲击性能.SEM研究结果表明:EPDM-MA的添加不仅提高了木粉和聚丙烯的界面结合,并且以直径约为0.1～1μm的球状粒子形态分散于聚丙烯中,能够通过自身的塑性变形而提高复合材料的抗冲击性能.EPDM-MA的添加,有效降低了复合材料的吸水性.

纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料研究进展

纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber,本文缩写为CNF)因其独特的网状结构和性能特点,在增强聚合物制备复合材料方面发展迅速。简述CNF的制备及特征;然后从改善团聚、提高界面相容性的角度,介绍对CNF进行表面衍生化、表面接枝和添加偶联剂等表面化学改性研究及改性后CNF的性能特点;简述利用CNF增强聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂、酚醛树脂等聚合物的研究进展;最后对CNF增强聚合物复合材料今后的主要研究方向进行展望。

针状木纤维/HDPE复合材料的力学性能

采用一步法连续挤出技术将杨木针状纤维与高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融复合制备木塑复合材料(NF-WPC)。用正交试验法分析纤维尺寸、纤维添加量、偶联剂含量和润滑剂含量4个因子对NF-WPC力学性能影响的显著性;用扫描电子显微镜观察分析NF-WPC中木纤维与HDPE的界面结合状况;提出优化的工艺配方并与相同木材含量的木粉/HDPE复合材料进行对比研究。结果表明:针状木纤维的含量对NF-WPC冲击强度影响显著,对弯曲性能和拉伸性能的影响高度显著;偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)的添加量对NF-WPC的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度影响显著;在本文的试验范围内,木纤维尺寸和润滑剂石蜡的含量对NF-WPC力学性能的影响不显著。确定的优化工艺配方为:木纤维长度为3~4mm、长径比为8~11,木纤维含量60%,MAPE含量4%,石蜡含量0·3%;采用优化工艺制备的NF-WPC的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别为58·7MPa、3·0GPa、39·6MPa、4·0GPa和12·7kJ·m-2。除冲击韧性略低外,用优化工艺配方制备的NF-WPC其他力学性能均高于用同比例木粉制备的木塑复合材料。

淀粉/聚乳酸可生物降解复合材料相容界面构建研究进展

淀粉/聚乳酸(淀粉/PLA)可生物降解复合材料的开发能够缓解塑料工业对石油资源的依赖性和从根本上解决传统塑料所带来的"白色污染"问题。对淀粉与PLA之间的相容界面性进行构建,可以有效提高淀粉/PLA复合材料的机械性能、耐水性能和熔融加工性能等。概述了淀粉/PLA的界面特性和构建机理,从淀粉塑化改性、增容剂改性、淀粉疏水改性和PLA亲水改性4个方面综述了淀粉/PLA复合材料相容界面构建进展。针对淀粉/PLA复合材料在构建方法和构建机理等方面研究的不足,提出了进一步开展研究的建议。

磷酸脒基脲与聚磷酸铵协同阻燃的木粉/HDPE复合材料

采用锥形量热仪(CONE)、极限氧指数(LOI)、热重分析(TGA)和力学试验等研究手段,分析聚磷酸铵(APP)、磷酸脒基脲(GUP)及二者复配(GUP/APP)对木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料燃烧性能、热降解行为以及力学性能的影响。CONE研究结果表明:APP可显著降低WF/HDPE复合材料的热释放,但同时也使得复合材料的烟释放增加;将GUP与APP按适当比例复配不仅可以有效抑制复合材料的热释放,而且可以降低烟释放速率,表现出较好的协同阻燃和抑烟作用。TGA结果表明:GUP与APP复配使得WF/HDPE复合材料的初始热分解温度降低,残炭产率提高。此外,GUP和APP复配阻燃WF/HDPE复合材料具有较高的氧指数和较小的力学性能损失。