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用于装饰型材基材之增强型单板层积材研发

时间:2015-06-28 16:59来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是林业工程师论文,研究新型复合层积装饰型材的基材的复合工艺(即:单板复合层积材,以无纺布增强材料与单板复合而成)并在生产企业进行应用。

1绪论


1.1课题研究背景
随着我国经济的快速发展,木材原料及其加工产品市场的持续稳定增长。目前,中国在世界木材生产和加工方面已名列前茅,同时还是木材进出口和消费大国。数据显示,我国木材产品市场所需原木对外依存度高达44.8%。其中,国家林业局统计数据显示,2012年我国原木产量达7494.37万m3,锯材产量为5568.19万m3;人造板总产量为22335.79万m3,比2011年增长6.77%。近些年来,我国木材工业的发展使得木材总需求量一直在增加,每年进口木材约1亿m3。然而,随着森林资源的持续减少,竞争压力的不断增大,再加上各原木出口国生态环保意识的增强,原木出口方针不断调整,使世界原木价位一路爬升,因此我国进口木材量增长势头渐渐趋于平缓。相对木材消费需求的增长,以及木材资源供应量的下降,木材供需矛盾十分突出,大径级原木和硬阔叶材,特别是贵重的阔叶材资源十分缺乏。同时,除中密度纤维板、创花板等生产装备及技术采用引进、吸收、先进技术国产化等方式得到大幅提高,产品质量较高、木材利用率高外;胶合板、集成材、细木工板以及其它实木材集成类人造板材的生产装备与技术相对落后,产品质量参差不齐,木材综合利用率低,木材利用附加值低,木材浪费严重。据统计,2012年至2017年,我国建筑装饰用木材的年缺口量均在0.54亿m3以上。天然林保护工程的实施和国外对原木出口的限制,木材的供给与市场需求的矛盾愈加突出。如何高效利用现有木材资源,提高产品的科技含量和附加值,已经成为木材加工研究的热点问题。包括木质装饰型材在内的装饰木材因为优良的特性,越来越受到人们的青睐,在装饰装修中占有举足轻重的地位[10]。近5年来,我国各县市住房完工面积约为50亿m2。2010-2015期间,每年完工面积约为5.5-6.5亿m2。今后5年每年竣工面积预期为4-5亿m2,按80%装修比例计算,每年需装修的面积为3.2-4.0亿m2。此外,在此期间还有约4000万m2左右的公共建筑和别的建筑要装修,这为木质装饰型材带来了巨大的市场空间[10-11]。
……….


1.2国内外研究现状
目前,国内装饰型材的生产原料主要为金属、塑料、木材和无机材料等,其中金属以锦、铁为主,塑料以PVC和低发泡聚氨酯为主,木材则多为实木[12]。无机材料以水泥和石膏较为常用。然而,釆用金属制品加工而成的装饰型材,因其成本极高,在现阶段一般很少使用;采用合成树脂注塑成型的塑料型材,由于合成树脂现在多以石化产品为主,如乙稀、丙稀等,需要消耗一定的石化资源,存有一定的局限性,并不是理想的替代材料;同时,水泥和石膏等无机材料因密度较大等不足,也不是理想的材料。此外,利用实木加工而成的装饰型材,有相当一部分产品是直接釆用实木进行成型加工,还有一部分是利用小径材通过胶拼、加工而成,产品质量不稳定,而且生产成本高。虽然木质材料加工而成的装饰型材存有一定的不足,但仍因其木质产品本身所具有的环保、贴近自然、回归自然等优点而受到广大消费者的喜爱。国外的装饰型材,除釆用实木加工外,也有釆用合成树脂成型,面对包括木材资源的相对不足的全球化问题,合成树脂也消耗一定的石化资源,并不是理想的替代材料。无论在国内还是国外,作为装饰型材必须具有更高的环保要求,同时具有一定的物理力学性能,包括质轻、尺寸稳定、不变形等特点。由此可见,木质装饰型材具有更好的应用前景。
……….


2不同无纺布堪强单板层积材的研究


2.1引言
目前,通过增强材料复合单板层积材的制备已成为研究的热门,利用各种不同材料的优势,对单板层积材的不足进行改善,从而达到增强单板层积材的相关物理力学性能的目的,并尽可能控制单板层积材的生产成本,扩大产品的应用领域。本章主要对普通单板层积材在工厂生产加工过程中存在的问题进行阐述和分析,然后利用偶联剂处理无纺布制备多层无纺布复合单板层积材的研究,主要目的是通过无纺布复合单板层积材的制备和产品性能检测,探讨各影响因素对无纺布复合单板层积材相关性能的影响,并为工厂的生产优化出最优加工工艺,为进一步装饰型材的工厂加工试验奠定基础[36]。通过正交试验制备普通单板层积材,优化出最优工艺条件,并在此基础上进行多层无纺布复合单板层积材的制备,然后在相同的条件下对两种单板层积材试件进行相关物理力学性能检测,获得相应的试验数据。最后,采用极差、方差分析法,确定正交试验的最优试验方案。
………


2.2试验材料与方法


2.2.1试验材料
试验所用的桉树单板来自福建南平市元乔木业有限公司,单板公称厚度为3.20mm,单板初含水率为8%±1%。试验中所使用的无纺布为购于福州市批发市场,厂家为瑞安市舒佳特无纺布有限公司。聚丙稀无纺布(亲水)厚度为0.22mm±0.01mm,聚丙稀无纺布(疏水)厚度为0.22imn±0.01mm,聚对苯二甲酸乙二醇酷(PET)无纺布厚度为0.22mm±0.01min。试验所用的脲醒树脂胶来自福人木业(福州)有限公司,树脂固含量为63%t3%,粘度为 250±10Pa.s (20°C), pH 值为 7.7±0.2。试验中所使用的偶联剂为桂烧偶联剂KH-550、KH-560和A-171。产品目标厚度为15mm,产品压缩率为12%±2%。本试验结合福建南平市元乔木业有限公司既有的生产工艺参数制备单板层积材,单板含水率在8%±1%,单板层积材采用五层结构,进行顺纹组还,对单板双面按260g.m的涂胶量进行涂胶,涂胶后陈化放置15niin,然后每层都添加一张无纺布,并喷洒偶联剂,用量为施胶量的1.0%,最后组还用热压压力为1.2MPa、热压温度为125°C、热压时间为的工艺参数进行热压,并将制得的单板层积材成品按照国家标准GB/T20241-2006《单板层积材》据制成检测用的标准尺寸的试样,对单板层积材的静曲强度、弹性模量和水平剪切强度等性能进行检测分析和讨论。


……


3亲水性PP无纺布增强单板层积材的热压工艺研究...........27
3.1引言 .........27
3.2试验材料与方法......... 29
3.3试验结果与分析......... 30
3.4验证试验......... 31
3.5本章小结......... 32
4增强型单板层积材生产装饰型材的性能对比......... 35
4.1引言.........35
4.2装饰型材生产工艺......... 37
4.3不同基材生产的装饰型材的性能对比......... 41
4.4本章小结......... 44
5亲水性PP无纺布增强型单板层积材机理分析......... 45
5.1引言 .........45
5.2傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析......... 45
5.3扫描电子显微镜(SEM)分析......... 48
5.4本章小结......... 50


5亲水性PP无纺布增强型单板层积材机理分析


5.1引言
前文已对亲水性PP无纺布增强型单板层积材的原料、热压工艺和物理力学性能等进行了相应的测定与分析,在一定程度上分析研究出了该产品的一些差异与问题所在,但在一些情况下,这些研究并不能对产品间的差异和现象进行完全且深层次的描述。因此,需要利用更多测试手段和方法对产品进行深入的研究。例如,傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等检测分析手段。借助这些先进的仪器设备,国内外学者在单板层积材的增强性能方面获得颇多的研究成果和收获,也有力地推动了该研究成果的产业化推广进程。傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)以测定速度快、灵敏度和信噪比高、分辨率高、测定光谱范围宽等突出的特点而被广泛运用于现代分析化学和结构化学中官能团的定性和定量分析中。在相同条件下,通过对比试样与标准物的红外光谱图中的吸收峰,便可确定未知物的结构组成或官能团。试验所用仪器为美国Thermo electron corporation的型号为Nicolet380的傅里叶变换红外光谱仪,压片机为上海山岳科学仪器有限公司产的YP-2压片机。
………


结论


本文探讨了不同增强组合和热压工艺参数对单板层积材物理力学性能的影响,主要包括了无纺布种类、偶联剂种类、施胶量和热压三要素的影响。在福建南平市元乔木业有限公司原有的工艺参数基础上,首先研究了无纺布种类、偶联剂种类和施胶量对增强型单板层积材的物理力学性能的影响并得出最佳组合。其次,通过正交试验设计优化试验方案,并探讨了该条件下所制得的单板层积材的物理力学性能受热压工艺参数变动的影响情况,优化出增强型单板层积材的最佳制备工艺。最后,本试验研究的工艺完全可用于生产。在此基础上,本研究得出以下几点结论:
(1)从单板层积材的增强因素正交试验可知,施胶量、无纺布种类和偶联剂种类等因素均在一定的程度上对单板层积材的各项物理力学性能有影响。板材的相关物理力学性能均呈现不同程度的变化。此外,亲水性PP无纺布的综合增强效果最佳,其次是疏水性聚丙烯无纺布。最后,对于偶联剂来说,硅烷偶联剂KH-560处理后的板材的综合性能较佳。综合分析以上三种影响因素,并考虑实际生产需要,降低生产成本,最终得出的单板层积材的最佳增强组合为:施胶量260g-nf2、亲水性PP无纺布、硅烷偶联剂KH-560。
(2)从热压工艺参数正交试验可知,在增强型单板层积材的制备过程中,热压工艺参数对板材的相关物理力学性能均有一定程度的影响。当热压压力从l.0MPa增大至1.2MPa,然后至超过1.2MPa的过程中,压力对各性能的影响均为先增后减;随着热压温度的升高,板材的静曲强度和水平剪切强度均逐渐增大,不过,当温度从125°C升至135°C的过程中,两者的上升幅度并不明显。另外,弹性模量则呈现相反的变化趋势;随着热压时间的延长,板材的静曲强度和水平剪切强度均呈现先增后减并在1.0 min-mm-1时达到最大值,弹性模量则是先减后增。
…………
参考文献(略)

(责任编辑:gufeng)
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