基于Kolb循环与4MAT模式的林业工程类计算机辅助设计课程规划——以东北林业大学为例

基于近10年来在林业工程类本科专业计算机辅助设计(CAD)课程的教学实践,将“Kolb学习循环”与4MAT教学模式应用于计算机辅助设计课程的理论与实践教学规划中,致力于针对不同学习风格学生的个性特点,激发学生学习兴趣,用“产生学习”代替传统的“提供学习”,实现创新型卓越工程人才的培养目标。在教学工作中以AutodeskAutoCAD与TrimbleSketchUp为理论-实践技术平台,充分利用二者在二维工程设计-绘图与实用三维模型构建领域的优势,基于项目学习法原理并紧密结合木材科学与工程专业需求,分别以“移动终端产品外保护壳”、“木材干燥设备”的工程设计与虚拟实现为背景,设计研发教学课程模块。在特定的4MAT体系框架下,一个课程专题的学习周期内灵活布置“背景讨论”、“知识讲授”、“督促操练”、“自我发现”四个教学模块,分别对标“想象型”、“分析型”、“常识型”、“活动型”四种学习风格,创设自然-和谐的学习环境。

基于生物质燃气介质下的落叶松热处理木材的制备技术

本文以人工林落叶松木材为试材、以生物质燃气为木材热处理介质,采用特定的处理装置和一定的处理条件,对照生物质燃气和氮气两种介质,试验分析处理介质对落叶松热处理木材性能的影响。结果表明:落叶松热处理木材的密度、平衡含水率和尺寸稳定性在两种处理介质中没有显著的变化,说明生物质燃气可以作为热处理木材的介质,并且具有处理成本低、原料来源广泛的特点。

生物质碳点敏化超薄g-C3N4的表征及其对四环素的光催化降解

以三聚氰胺、碳量子点为原料,通过高温煅烧法,制备了一种碳量子点敏化超薄氮化碳(CQDs/g-C3N4)的复合材料。通过采用TEM、XRD、FT-IR、和BET等手段对复合材料进行物理性能表征;通过探究四环素(TC)的质量浓度、循环次数和物料比等考察CQDs/g-C3N4的光催化活性。结果表明:CQDs与超薄片状g-C3N4间通过杂化作用形成了复合物,CQDs均匀的分布在g-C3N4薄片上。当CQDs的质量百分比为0.5%时,CQDs/g-C3N4复合光催化剂降解TC的光催化活性最高,TC的降解率可达99.2%,是纯g-C3N4的4倍,该复合材料可通过延长可见光吸收区域而促进光生电子-空穴对的产生,促使电子空穴分离,增强光催化性能,在环境净化修复方面具有较大的潜在应用价值。

基于近红外光谱技术的人工林杨木苯醇抽提物质量分数的预测

用近红外光谱法对人工林杨木的苯醇抽提物质量分数进行了快速测定。用国家标准方法测定了42个杨木木材样品苯醇抽提物质量分数,并用近红外光谱仪(LabSpec Pro FR/A114260)测定相应的光谱。在350～2 500 nm、1 300～2 050 nm、2 050～2 500 nm 3个不同的光谱区域,采用未处理、Baseline、一阶导数、二阶导数等光谱的预处理方法,并采用PLS1、PLS2、PCR等3种不同的建模方法,建立了相应的校正模型与交互验证模型。结果表明:当光谱区域为2 050～2 500 nm、光谱数据进行一阶导数预处理、采用PLS1的建模方法、主成分数为7时,建立的校正模型预测效果最佳,校正模型的相关系数r=0.997 8、均方根误差为0.000 3、标准误差为0.000 3,验证模型r=0.736 0,均方根误差为0.006 1、标准误差为0.006 1;采用建立的模型对未参与建模的样本进行预测,其预测结果与实测结果之间的相关系数为0.918 6。

木材导热系数实验与模拟方法的研究进展

精准评定木材的导热系数对木材干燥、热处理等工艺优化及模型构建意义重大。近年国内外学者主要通过实验法与模拟法两方面解析木材的导热行为。本文在综括木材导热系数的实验法与模拟法的基本原理、特点及应用研究现状基础上,从检测方法的规范性、模型构建的合理性两方面,分析不同检测方法的科学性、精确性及实用性,旨在为木材导热系数的精确测算提供借鉴与参考。

电极修饰材料在分子印迹电化学传感器的应用研究进展

在简要介绍分子印迹聚合物(MIP)制备原理,以及分子印迹电化学传感器(MIECS)工作原理的基础上,综述了碳纳米材料、磁性材料和导电聚合材料3种电极修饰材料在MIECS中的应用。碳纳米材料主要涉及石墨烯及其系列衍生物、碳纳米管(CNT);磁性材料在归纳对比了涂覆、磁吸附、电聚合这3种电极修饰方式之外,主要介绍了基于传统电极和基于磁控电极的磁性分子印记聚合物(MMIP)修饰;导电聚合材料的合成方法有化学合成、电化学聚合和微生物辅助聚合,重点叙述了电化学聚合法的特点。最后,对MIECS的发展前景和面临挑战进行了展望。

偶联剂处理对木塑复合材料胶接性能的影响

采用硅烷偶联剂KH-560对木粉/聚乙烯复合材料进行表面涂覆处理,以改善其胶接性能。利用FTIR、XPS和胶接强度测试等方法研究了硅烷偶联剂处理对聚乙烯木塑复合材料胶接性能的影响。结果表明,经机械打磨,硅烷偶联剂涂覆处理后,偶联剂与复合材料表面形成化学键接;并在材料表面引入了环氧基团,从而提高了环氧树脂胶黏剂与聚乙烯木塑复合材料的黏接强度。偶联剂的处理效果受偶联剂的质量分数、处理温度和时间的影响较大,当偶联剂质量分数为5%、处理温度120℃、处理时间为20 min时,涂覆处理聚乙烯木塑复合材的黏接性能最佳。

用TG—DSC—FTIR联用技术研究酚醛树脂的热解行为

采用TG—DSC—FTIR技术研究酚醛树脂的热解过程,并用FTIR对不同温度下的受热产物进行分析。结果表明,酚醛树脂的热解可划分为3阶段:第一阶段,由于树脂中固化后残存的水分蒸发及树脂进一步缩合,质量损失率12.64%。第二阶段,质量损失速率在537.2℃时达到最大值0.151mg/min,共失重19.57%,这是酚醛树脂热分解的主要阶段,释放出H2O、低分子酚类物质(LMP)、CO2、CH4等低分子烃(LMH)和CO等热解产物。第三阶段为热解的收尾阶段,失重8.31%,释放出CH4等LMH和CO。酚醛树脂在氮气保护下的整个热解过程均需吸收热量。FTIR分析表明,酚醛树脂受热后,游离OH含量持续下降,直至完全炭化。在400℃以上,由于热解释放出LMP和CH4等LMH,产物中C—H和酚环C—O吸收峰明显降低。

偶联剂含量对植物纤维/高密度聚乙烯复合材料力学性能的影响

固定植物纤维和高密度聚乙烯比例为4∶6,在一定挤出工艺条件下,制备植物纤维/高密度聚乙烯复合材料,研究偶联剂含量对稻草/高密度聚乙烯复合材料和玉米秸秆/高密度聚乙烯复合材料力学性能的影响。结果表明:偶联剂质量分数为3%时,复合材料的弯曲强度较好,稻草/高密度聚乙烯的弯曲强度提高了50.92%,除去秸叶和秸穰的玉米秸秆/高密度聚乙烯的弯曲强度提高了66.69%;偶联剂质量分数为6%时,复合材料的拉伸强度较好,稻草/高密度聚乙烯的拉伸强度提高了19.44%,除去秸叶和秸穰的玉米秸秆/高密度聚乙烯复合材料的拉伸强度提高了35.18%。

木塑复合材料在家具制造领域的发展机遇

木塑复合材料因其综合性能优越,尤其是因具有防蛀、耐腐、防水、抗潮等性能而被广泛关注,其作为新型环保材料在家具制造领域亦应具有很大发展空间。通过对近年来木塑复合材料与家具制造相关性能的研究进展、木塑家具制造技术发展现状、木塑家具设计理念发展状况三方面进行的梳理,可以看出家具用木塑复合材料有关材性研究在近10年中获得了迅速发展,木塑家具制造技术出现了较大进步,设计师对木塑复合材料的认识日益加深且木塑家具设计理念不断完善。从总体上看,木塑复合材料在家具制造领域的应用虽然刚刚起步,但已呈快速发展态势。木塑复合材料日益契合物联网时代家具制造业的发展需要,在家具制造领域具有巨大的潜在市场和广阔的应用前景。

可膨胀石墨对木粉—聚丙烯复合材料的阻燃作用

用锥形量热仪(CONE)、热重分析(TGA)、极限氧指数(LOI)等研究手段分析了可膨胀石墨(EG)及其与聚磷酸铵(APP)复配对木粉—聚丙烯复合材料燃烧性能的影响。结果表明:随EG质量分数的增加,复合材料的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率(RSR)和总烟释放量(TSR)均有显著降低,极限氧指数增大,表现出较好的阻燃和抑烟效果;与APP或EG阻燃试样相比,用量为15%且EG/APP复配比例为2∶1的膨胀型阻燃体系可显著降低复合材料的热和烟释放,提高复合材料在高温阶段的热稳定性,增加复合材料的成炭率和极限氧指数,二者复配对木粉—聚丙烯复合材料具有显著的阻燃和抑烟协同效应。

紫外光接枝改性木塑复合材料的表面抑菌性

以二苯甲酮为光敏剂,通过紫外光辐照引发,将N,N-二甲基十四烷基对乙烯基苄基氯化铵(C9H9Cl-14DMA)单体接枝在含有乙烯基的木塑复合材料(WPC)表面,赋予WPC表面抗菌功能。利用XPS光电子能谱和扫描电子显微镜(SEM)对WPC的表面化学组成和形貌结构进行表征,采用抑菌圈法对大肠杆菌进行抑菌活性研究。探讨了单体质量浓度、光敏剂质量浓度、光照时间对接枝率的影响。结果表明,最优的接枝条件为:光敏剂质量浓度0.150 g/mL、单体质量浓度0.800 g/mL、光照时间3 min,接枝率为62.5μg/mm2,接枝后的WPC表面具有良好的抑菌性能。

麦秸/聚丙烯复合材料的动态力学和微观性能分析

以麦秸、废旧聚丙烯为主要原料,采用动态力学热分析仪(DMA)及扫描电子显微镜(SEM)等现代分析测试手段,研究麦秸/聚丙烯(PP)复合材料热力学性能及界面结合特性。结果表明:只使用马来酸酐的复合材料性能较差,没有达到刨花板国家标准指标;只使用异氰酸酯或同时使用马来酸酐和异氰酸酯的复合材料力学性能指标均达到了刨花板国家标准指标。通过对力学内耗与界面粘接参数的分析,预测了使用不同偶联剂的麦秸/聚丙烯复合材料的力学性能,结果与实际测试结果基本吻合。用扫描电镜观察的麦秸/PP复合材料微观结构,与DMA分析的结论相同。

聚烯烃木塑复合材料的表面涂饰性能

通过涂饰来提高木塑复合材料(WPC)的抗老化性能和赋予不同的装饰效果,是提高WPC的附加值和拓展其应用领域的重要途径。选用木蜡油、丙烯酸酯、聚氨酯、氟碳、有机硅和丙烯酸聚氨脂等6类共16种涂料,以自制的聚乙烯(PE)基木塑复合材料和聚丙烯(PP)基木塑复合材料为试材进行了涂饰,通过涂料接触角和漆膜附着力测试等方法对木塑复合材料的涂饰性能进行了评价。结果表明:涂料与聚乙烯基木塑复合材料的接触角低于聚丙烯基木塑复合材料,水性涂料与木塑复合材料的接触角明显高于同类成膜树脂的溶剂型涂料;漆膜附着力因涂料的种类和品种不同而异,多数涂料在聚丙烯基木塑复合材料的附着力略高于聚乙烯基木塑复合材料。综合考虑涂料接触角、漆膜附着力和外观等因素,以木蜡油、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、氟碳和有机硅为主要成膜物质的涂料对木塑复合材料的表面涂饰性能较好,其中有机硅和丙烯酸聚氨酯涂料更优。

杉木、马尾松木粉增强高密度聚乙烯复合材料的老化性能

为了有效利用贵州省主要森林采伐和加工树种的木材加工剩余废料和废旧塑料,采用挤出成型法分别制备了杉木和马尾松木粉增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料;经过12个月的室内和户外的自然老化,对比老化前后复合材料的材色、密度、弯曲、拉伸、冲击等物理和力学性能,并分析了动态力学性能。试验结果表明:室内老化使复合材料的材色变暗且向红色和黄色方向变化,户外老化使复合材料的材色变亮且向绿色和蓝色方向变化。复合材料的拉伸性能受老化影响较为显著,户外的环境加快了木塑复合材料的老化降解速率。杉木/HDPE复合材料的耐老化性能均优于马尾松/HDPE复合材料。

木材-纳米SiO_2气凝胶复合材料结构的FTIR表征

在催化剂存在下,使正硅酸乙酯与乙醇-水溶液混合制备硅醇溶胶,迅速将其分别注入到西南桤木和紫椴木材中,令其在室温下反应100min左右得到木材-凝胶,然后采用超临界干燥技术制备木材-SiO2气凝胶。应用FTIR方法对上述溶胶-凝胶法木材-SiO2气凝胶复合材料的结构进行了表征,结果表明,复合材料的FTIR特征基本上是由木材与SiO2气凝胶谱图加合而产生的,没有得到木材与SiO2气凝胶产生化学结合的明确证据,但是观察到气凝胶中Si—OH结构信息(844cm-1);部分木材-SiO2气凝胶复合材料试样中1735cm-1吸收峰强度明显降低,说明不当的制备工艺条件有可能造成木材中半纤维素发生降解。

尼龙及增容剂对聚氯乙烯木塑复合材料性能的影响

PVC木塑复合材料中添加低熔点尼龙,并引入3种增容剂:马来酸酐接枝EVA(EVA-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH),以提高材料的性能。力学性能测试显示:尼龙及增容剂的添加提高了PVC木塑复合材料的力学性能。其中,EVA-g-MAH的使用效果最为明显,复合材料的冲击强度提高了39.02%,弯曲强度提高了16.37%。动态力学性能测试表明:添加低熔点尼龙及增容剂,不同程度地降低了复合材料的储能模量。转矩流变性能测试表明:低熔点尼龙降低了复合材料的平衡转矩。而EVA-gMAH及POE-g-MAH提高了尼龙-PVC复合材料的平衡转矩,对材料的加工性有不利的影响。扫描电镜分析表明:加入增容剂后,复合材料界面不同程度发生钝化,复合材料相容性提高。吸水率测试结果表明:低熔点尼龙的加入提高了PVC复合材料的吸水率,而增容剂对降低材料吸水率有明显作用。

贵州省马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯复合材料

利用两步挤出法分别制备马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,研究两种复合材料的颜色、密度、硬度、尺寸稳定性、弯曲、拉伸、冲击和在50 N载荷作用下的24 h蠕变-24 h回复性能。马尾松纤维/HDPE复合材料的表面明度明显大于杉木纤维/HDPE复合材料,且相对偏向绿黄色,而杉木纤维/HDPE复合材料则偏向红蓝色。两种材料的密度、硬度和24 h吸水率相差均不超过5%,但马尾松纤维/HDPE复合材料的24h吸水厚度膨胀率是杉木纤维/HDPE复合材料的3.43倍。杉木纤维/HDPE复合材料的力学性能明显优于马尾松纤维/HDPE复合材料,而马尾松纤维/HDPE复合材料抗蠕变性较好,50 N的载荷作用下24 h的应变仅为杉木纤维/HDPE复合材料的77.29%,但回复性能相对稍差。

SiO_2/β-环糊精/脲醛树脂微胶囊相变材料的制备

以β-环糊精改性脲醛树脂为壁材,以石蜡为芯材成功制备了球形SiO2/β-环糊精/脲醛树脂微胶囊相变材料。采用FT-IR、SEM、DSC、TGA和XPS等分析手段对该球形微胶囊相变材料进行了表征,详细地讨论了不同SiO2用量对微胶囊的微观形貌、热稳定性以及相变焓的影响。实验结果表明:SiO2/β-环糊精/脲醛树脂相变微胶囊表面Si元素的原子质量分数为19.53%,相变焓值高达144.8 J·g-1,初始质量损失温度提高了约90℃。

木塑窗角的熔焊-电磁感应复合连接技术

选取挤出型工艺生产的木塑异型材作为研究试件,采用熔焊-电磁感应加热复合连接木塑窗角的方法,先用熔焊进行木塑窗角的初步连接;再用电磁感应加热热熔窗角,熔化腔内的填充物,待冷却后形成加强筋塑件角码,完成二次加强连接。用单因素分析法,探索复合连接技术适宜工艺参数。结果表明:在焊接温度260℃、焊接时间60 s、加热时间50 s、左右进给压力0.2 MPa、前后压钳压力0.4 MPa,完成初步焊接;在电磁感应加热时间55 s、输出振荡频率50 k Hz时,效果最好,试件受压弯曲的最大力为3 952 N、受压弯曲应力为26.97 MPa。熔焊-电磁感应加热复合连接木塑窗角,实现了连接速度快、热效率高、木塑表面无破坏、具有一定连接强度等优点。