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竹质重组材热压工艺与质量控制的研究

时间:2015-06-29 17:41来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是林业工程师论文,在工业化生产上,热压的方式与各工艺因素的过程控制方面的研究相对薄弱。热压过程中竹质重组材板还内的传热机理、热压压力、热压温度等工艺因素与热压

第一章绪论


1.1引言
我国是人造板生产大国,据国家林业局统计,我国人造板销售量己从2007年的8804.20万立方米,增长至2012年的2.72亿立方米,年均复合增长率超过20%。随着前期投资建设的产能逐渐释放,人造板行业已从快速发展时期迈入成熟期,人造板行业竞争也越发激烈。受国内房地产调控政策和国际经济形势影响,自2010年开始,人造板销售增速已经放缓趋势。2012年,我国人造板产销量分别为2.86亿立方米和2.72亿立方米,同比分别增长21.56%和17.17%。随着人造板产品的下游需求的放缓,以及人们对健康环保产品的要求越来越高,人造板行业结构性产能过剩现象日趋明显,加上原材料价格和人工成本不断上涨,人造板生产企业经营压力较大。未来人造板生产企业要在不利的行业环境下取得发展,需要整合木材资源,高效利用木材或非木材植物原料⑴。我国也是木材消耗大国,每年木材消耗量达到3亿多立方米。但也是典型的木材进口依赖型国家,由于木材供应的缺口超过1亿立方米以上,我国每年需进口 4000万立方米以上的原木。有数据表明,到2015年时,我国潜在的木材供应缺口将达到1.5亿立方米,这将超过加拿大2009年全部的木材产量。为了满足原材料需求,我国需要每年以8%-10%的增长速度来增加原材料的供应量。但是,我国森林资源严重不足。据《2012年国民经济和社会发展统计公报》数据显示,2012年我国林业全年完成造林面积601万公顷,其中人工造林410万公顷,全年木材产量8088万立方米。人造板生产以木材及木材加工剩余物为主要原料,因此,为了大力发展人造板行业,解决木材供不应求的局面,就要采取新的措施。而寻找木材原料的替代品,是一种有效的解决办法。
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1.2竹质重组材工艺及质量的研究现状
由于竹材地理位置的分布及种类的不同,对竹质重组材的研究最早起源并主要集中于亚洲的部分国家例如印度尼西亚和日本。关于竹质重组材的研究,印度尼西亚进行了大量的工作,目前已经投入生产了一些比较小规模的竹质重组材生产线。他们的做法是先把原竹压淸、碾压,干燥至含水率8?10%,浸演酌醛树脂胶或脲酸树脂胶,而后进行组述、热压、裁边,参考日本工业标准JISA5908进行性能检测。印度竹子资源世界排名第二,政府非常重视竹材加工产业,已经着手幵始竹质重组材的研发工作[28]。日本FFPRI的Shibusawa和Kim[29]—直以来致力于竹质重组材的研究,但发现产品要进行大批量工业化生产应用仍存在许多困难。日本京都大学的Nares Avoro Nugroho和Naoto Ando[3W]也做了很多关于竹质重组材的实验,研究表明毛竹竹束宽度、板材目标密度对竹质重组材的静曲强度、弹性模量等相关的物理力学性能影响较为显著,在多次的干湿循环试验后板材仍可保持良好的尺寸稳定性。而后还采用了高温预压竹束,研究竹束展开量的变化[32]。美国学者Mansui Ahmad统地研究了竹质重组材静曲强度、弹性模量、
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第二章原料特性与分析


2.1引言
在竹质重组材生产过程中,需要将原竹碾压成竹束,以竹束为单元进行漂白或炭化处理,一次干燥后浸渍紛醛树脂胶粘剂,而后进行热压成型工艺。在竹束的处理过程中,竹束的化学组份、纤维结构将发生变化,这将引起产品的质量及相关性能的差异。酷醛树脂胶粘剂大部分是以苯紛和甲酵为原料合成的,固化后具有良好的胶合强度和耐候性,但其固化条件较为苟刻,固化过程包括分子链的形成、线性增长、支化和交联等反应。因此,在使用前对酷醛树脂胶粘剂的固化历程进行研究,有助于竹质重组材热压过程中工艺的制定。本章节通过化学分析对原竹、漂白和炭化处理后竹束的纤维素、半纤维、木质素以及其他少量的抽提物质进行测定,应用数码生物显微镜观察微观构造,采用导热性能测试仪对基本单元竹丝的导热性进行分析研究,利用差示扫描量热分析酷醒树脂胶粘剂的固化进程。数码生物显微镜利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息,图像呈三维,能用来鉴定样品表面结构。竹束导热性能采用热流法进行测定,热流法可直接用来测量低导热与绝热材料的导热系数,具有准确、快速、易操作等特点。差示扫描量热分析可提供跟热量变化有关的定量或定性的信息。
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2.2材料与方法
本试验过程中,竹材原材料及酹醛树脂胶粘剂由福建篁城科技竹业有限公司提供。其中竹材为4-?5年生毛竹,竹片经辗压撕裂成形状较规整的丝状,竹束规格约为2000x25x2 (mm)。竹束经过漂白或炭化处理。漂白处理釆用过氧化氢漂白主剂、漂白液浓度15%、漂白温度75 °C、浸渍处理时间6 h; 竹材的主要化学组份包括纤维素、半纤维素、酸不溶木质素等,在检测过程中,釆用硝酸一乙醇法测定纤维素含量,釆用国家标准GB/T 2677.10-1995测定综纤维素含量,釆用国家标准GB/T 2677.9-1994测定半纤维素含量,釆用国家标准GB/T 2677.8-1994测定酸不溶木质素含量,采用国家标准GB/T2677.3-1993测定灰分含量,而水抽出物含量、l%NaOH抽提物含量、有机溶剂抽提物含量则分别根据国家标准GBAT 2677.4-1993、GB/T 2677.5-1993、GB/T2677.6-1994 来测定。釆用数码生物显微镜观察竹材的表面显微结构,取小段竹束制成小块方形状,用双面胶将一面粘贴在载物台上,放入键膜仪中,进行表面喷金处理。喷金后将样品小心放入数码生物显微镜,调整好相应的倍数,进行多角度观察、拍照。酹酸树脂胶固化过程研究釆用差示扫描量热分析的技术。将酸酸树脂样品置于洁净的表面皿中,在冷冻干燥机内冷冻干燥至溶剂挥发。测定时称取约5ing的样品置于银甜锅中密封,温速率对样品进行动态固化行为扫描,测定紛酵树脂胶固化反应的起始反应温度、峰顶温度和反应热等指标,并生成相应的图谱。
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第三章竹质重组材热压工艺的研究........ 20
3.1 引言........ 20
3.2 材料与方法........ 20
3.3 试验结果与分析........ 24
3.4 热压工艺因素对竹质重组材物理力学性能的影响........ 26
3.5 竹质重组材热压过程中板坯芯层温度的变化 ........31
3.6 小结........ 33
第四章热压排湿工艺与质量控制的研究........ 34
4.1 引言 ........34
4.2 材料与方法........ 34
4.2.1 试验材料........ 34
4.2.2 试验方法........ 34
4.2.3 仪器与设备........ 36
4.3 试验结果与分析........ 36
4.4 稳定性试验分析........ 42
4.5 小结........42
第五章结论........ 44


第四章降压排湿工艺与质量控制的研究


4.1引言
竹质重组材现行热压工艺采取冷却降压,通常是冷却到5°C才能卸压出板,保证不会出现分层鼓泡现象。但是所需的时间较长,生产效率低。为了缩短热压周期,提高热压效率,同时保持板材质量,可采用提高热压机后期出板温度。因此,本章重点进行竹质重组材排压排湿工艺的研究,并探讨竹质重组材生产过程中质量控制的主要因素及手段。由表4-4极差分析可知,影响静曲强度指标的因素主次为出板温度、降压时间、排湿时间、降压压力;影响弹性模量指标的因素主次为出板温度、降压时间、降压压力、排湿时间;影响吸水厚度膨胀率指标的因素主次为出板温度、排湿时间、降压压力、降压时间。由表4-5方差分析可知,对于静曲强度指标,出板温度对其影响比较显著,降压时间对其影响一般显著;对于弹性模量和吸水厚度膨胀率指标,出板温度对其影响比较显著;其他因素对指标影响都不显著。板坯进入压机后,热压板与板坯热交换,板坯表层吸收热量并通过水分移动汽化,使热量快速向芯层传递,而后板坯表层含水率保持在一个较低的程度;在热压过程中表层进行热传递至芯层,板坯中最大含水率的位置不断向芯层移动,板坯内部含水率过高不仅会使热量消耗增加,而且会延长热压周期,板坯内部的胶合强度下降,板材易造成分层、鼓泡、芯层固化不好、厚度不均等质量缺陷。采用“V”型的降压方式,其最大的特点在于有利于板坯内部水分的排出,有利于减小热压后期的排湿量。


……….


结论


本论文以竹质重组材为主要研究对象,采用化学分析法测定竹材的化学组份,利用电镜观察竹材微观结构,利用导热仪分析竹材导热性能,采用正交试验方法控制热压过程中热压压力、热压温度、热压时间等工艺因素,对竹质重组材静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率等相关物理力学性能进行检测,研究竹质重组材板坯内的传热机理、降压方式的选择、竹质重组材分层、鼓泡、板面平整度等质量缺陷的控制探讨,以获得各工艺因素之间最佳的协调性关系,达到缩短热压周期、提高生产效率的目标。本论文主要结论如下:漂白处理和炭化处理之后,竹束的纤维素、半纤维素、木质素及各类抽提物含量均有所降低。漂白竹束、炭化竹束的纤维素降低幅度分别为4.72%、5.08%,半纤维素降低幅度分别为15.20%、17.40%,木质素降低幅度分别为5.70%、6.25%,热水抽提物降低幅度分别为7.20%、10.45%, l%NaOH抽提物降低幅度分别为3.20%、1.69%,苯醇抽提物含量降低幅度分别为6.88%、2.04%。由此可知,在三大素中,半纤维素变化幅度最大;在各抽提物中,热水抽提物降低幅度最大。竹束、漂白竹束、炭化竹束各化学组份的降解程度与蒸汽压力与温度、蒸煮时间、漂白剂种类与浓度、pH值、浴比等工艺参数密切相关。扫描电镜观察竹材,可知竹材包含基本组织薄壁细胞、维管束、导管、纤维鞘等。漂白处理后的竹束纤维素含量降低,细胞间的纤维相互滑移,将影响竹质重组材的物理力学性能。炭化处理后的竹束细胞空隙率明显增加,纤维群的细胞间隙相互脱离,但相互间的脱离程度不大,说明炭化工艺影响竹材整体强度不明显。
…………
参考文献(略)

(责任编辑:gufeng)
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