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图书分类

Book classification
  1. 本书研究利用木材加工剩余废料马尾松和杉木的木粉增强热塑性树脂制备复合材料,并围绕复合材料的物理力学性能和蠕变性能展开应用基础研究。从两种木粉的组分构成和用量比入手,通过对复合材料的体视显微镜观察、密度测试、硬度测试、吸水性能测试、弯曲测试、拉伸测试和冲击测试、扫描电镜下冲击断面的观察以及长期蠕变性能测试和短期蠕变-回复性能测试,阐明各树种木粉化学组分构成、用量、形态、改性方法对复合材料性能的影响规...查看更多
  2. 前  言
    近年来,贵州省大力推进生态文明建设,突出加强生态建设、调整产业结构、发展循环经济、全面深化改革四个重点,加快建设生态文明先行示范区,走出了一条经济和生态“双赢”的路子。同时,这也对贵州省的林业发展提出了更多和更高的要求,贵州现代林业建设也要发展一条特色的具有竞争力的道路,走生态建设与经济发展并重的发展道路。因地制宜,以贵州省特有优势品种对接林业市场,提高林产品的价值和附加值来激活贵州的林业市场,是很重要的一个发展方向。
    木塑复合材料,简称木塑(Wood-Plastic Composites, WPCs),是以农林废弃物、木材加工剩余废料、废旧塑料等为主要原料,按照一定比例混合,适量添加助剂,经过高温熔融、混合、挤出、注塑、压制等成型工艺制备得到的一种主要用作天然木材和传统塑料制品的替代品的高性能、高附加值的绿色环保复合型材,在环境保护和节约能源等方面发挥了重要的作用。
    贵州省主要森林采伐和加工树种马尾松(拉丁学名:Pinus massoniana Lamb.)和杉木(拉丁学名:Cunninghamia lanceolata (Lamb.)Hook.,又名:沙木、沙树等)等在加工过程中产生木屑、锯末和废料等剩余物的年产量极大,如此丰富的生物质资源除少量被作为低质燃料或原材料被粗放利用外,未得到充分合理的开发。另外贵州省每年塑料类消费量也相当巨大,废旧塑料的随意丢弃造成严重的环境污染。利用贵州省优势木种的木粉填充废旧塑料,制备成木塑复合材料,可用于户外地板、风景园林、外墙挂板、装饰材料等多方面,不仅可以缓解环境污染问题,而且有助于提高材料附加值,创造良好经济效益。
    另外,木塑复合材料常用作建筑材料和户外栈道、凉亭、座椅、包装制品等,会长期暴露于自然环境中,它的应用范围、使用寿命都和使用环境有密切关系,尤其在贵州这样气候特别的省份,贵州位于中国西南的东南部,地理坐标位于东经103°36′~109°35′、北纬24°37′~29°13′,属亚热带高原季风湿润气候。贵州省温和宜人的气候给木塑复合材料的户外使用提供了有利的条件,但多雨湿润的天气不利于延长木塑复合材料的使用寿命,而且紫外光的强大能量可以破坏木塑复合材料中的自然纤维和合成高分子链,引发塑料的热氧化降解从而变脆,影响力学性能,同时使木纤维因产生大量自由基而降解,这都导致WPC的力学性能下降、寿命缩短。因此,对于马尾松、杉木纤维增强聚合物复合材料的老化性能研究更加重要。 
    本书从有效利用贵州省森林资源优势和废弃塑料的角度出发,采用挤出成型法制备马尾松纤维增强高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,简称:HDPE)复合材料、杉木纤维增强HDPE复合材料以及马尾松纤维和杉木纤维的混合纤维增强HDPE复合材料,通过研究其密度、表面明度、颜色和尺寸稳定性等物理性能以及弯曲、拉伸和冲击等力学性能、蠕变和老化性能,以及马尾松纤维和杉木纤维的质量比对其增强HDPE复合材料的物理、力学性能的影响,以期为该种复合材料的应用提供参考。
    实验结果表明,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24h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。
    固定马尾松纤维和杉木纤维与HDPE的质量比、减小马尾松木粉和杉木木粉的质量比,7种混合木粉/HDPE复合材料的密度相差不大,而表面明度值和黄蓝轴色度指数均呈现减小趋势;杉木木粉/HDPE复合材料的吸水尺寸稳定性较好,24h吸水率和24h吸水厚度膨胀率分别为2.412%和1.411%,更适合在户外潮湿环境中使用;随着马尾松木粉含量从60%逐渐减小到0,复合材料的力学性能逐渐增强,静曲强度(MOR)和静曲模量(MOE)分别提高了47.46%和22.91%,拉伸强度和拉伸模量分别提高了92.44%和131.58%,冲击强度提高了70.03%。
    对杉木纤维/HDPE复合材料和马尾松纤维/HDPE复合材料进行6个月的室内和户外的自然老化,并对比老化前后复合材料的表面明度、颜色、密度、弯曲、拉伸、冲击等物理和力学性能。实验结果表明,老化使复合材料的密度增加,马尾松/HDPE复合材料的密度变化较小。室内老化使复合材料的表面明度变暗,户外老化使复合材料的表面明度变白,颜色均向红色和黄色方向移动。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。
    最后,有必要在极端环境下研究马尾松/杉木/HDPE复合材料耐老化性能以及循环加工“再生”材料的性能,并建立预测模型,指导适合在贵州省气候条件下使用的木塑产品的设计,为延长WPCs的使用寿命、提高产品的使用安全性和循环利用率、拓宽其应用范围提供理论参考依据,有利于促进贵州省木塑复合材料产业的发展,并为木材加工废料和废弃塑料的循环利用提供有效的途径。
        因作者水平有限,书中难免存在疏漏之处,敬请广大读者批评指正。


    作 者
    2017年6月
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  1. 目  录
    1  绪  论 - 1 -
    1.1  引  言 - 1 -
    1.2  木材改性研究现状 - 1 -
    1.2.1  木材外观和颜色处理技术 - 1 -
    1.2.2  木材表面软化处理技术 - 2 -
    1.2.3  木材尺寸的稳定性处理技术 - 2 -
    1.2.4  木材力学性能的强化处理技术 - 3 -
    1.2.5  木材阻燃、抑烟和防腐处理等改性技术 - 3 -
    1.3  木塑复合材料概念、特点及应用 - 3 -
    1.4  木塑复合材料改性研究现状与展望 - 5 -
    1.5  木塑复合材料的力学研究现状 - 6 -
    1.5.1  木塑复合材料弯曲性能的研究 - 7 -
    1.5.2  木塑复合材料拉伸性能的研究 - 9 -
    1.5.3  木塑复合材料冲击性能的研究 - 12 -
    1.6  木塑复合材料的蠕变现象、机理和研究进展 - 13 -
    1.6.1  蠕变性能研究意义 - 14 -
    1.6.2  蠕变产生机理 - 14 -
    1.6.3  木塑复合材料蠕变实验研究进展 - 15 -
    1.6.4  蠕变的影响因素及蠕变模型 - 19 -
    1.7  本书的主要研究内容 - 22 -

    2  贵州省优势木种及其利用 - 38 -
    2.1  引  言 - 38 -
    2.2  贵州省优势木种杉木纤维增强聚合物复合材料的研究进展 - 39 -
    2.2.1  杉木纤维增强聚合物复合材料 - 39 -
    2.2.2  杉木纤维增强复合材料的研究现状 - 40 -
    2.2.3  贵州省优势木材的改性研究展望 - 44 -
    2.2.4  杉木纤维增强复合材料的研究展望 - 44 -
    2.3  本章小结 - 45 -
    3  贵州省特定的地理条件和气候特点 - 47 -
    3.1  引  言 - 47 -
    3.2  “天无三日晴” - 47 -
    3.3  “地无三里平” - 48 -
    3.4  “人无三分银” - 49 -
    3.5  贵州省特殊的地理环境对气候的影响 - 49 -
    3.5.1  贵州省的地貌特征 - 50 -
    3.5.2  贵州省冬无严寒、夏无酷暑的宜人气候 - 50 -
    4  马尾松纤维增强HDPE复合材料和杉木纤维增强
    HDPE复合材料的物理性能 - 53 -
    4.1  引  言 - 53 -
    4.2  实验部分 - 54 -
    4.2.1  主要原料及试剂 - 54 -
    4.2.2  主要仪器及设备 - 54 -
    4.2.3  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的制备 - 55 -
    4.2.4  松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的表面的颜色和明度测试 - 55 -
    4.2.5  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的密度测试 - 55 -
    4.2.6  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的硬度测试 - 55 -
    4.2.7  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的尺寸稳定性测试 - 56 -
    4.3  结果与讨论 - 56 -
    4.3.1  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的表面明度和颜色 - 56 -
    4.3.2  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的密度和硬度 - 57 -
    4.3.3  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的尺寸稳定性 - 57 -
    4.4  本章小结 - 58 -
    5  马尾松纤维增强HDPE复合材料和杉木纤维增强
    HDPE复合材料的力学性能 - 62 -
    5.1  引  言 - 62 -
    5.2  实验部分 - 65 -
    5.2.1  实验材料 - 65 -
    5.2.2  实验仪器 - 65 -
    5.2.3  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的制备 - 66 -
    5.2.4  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的力学性能测试 - 66 -
    5.3  结果与讨论 - 67 -
    5.4  本章小结 - 67 -
    6  马尾松纤维和杉木纤维质量比对其增强
    HDPE复合材料的物理和力学性能的影响 - 72 -
    6.1  引  言 - 72 -
    6.2  实验部分 - 72 -
    6.2.1  主要原料及试剂 - 72 -
    6.2.2  实验仪器 - 73 -
    6.2.2  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的制备 - 73 -
    6.2.3  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的密度测试 - 74 -
    6.2.4  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的颜色测试 - 74 -
    6.2.5  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的
    尺寸稳定性测试 - 74 -
    6.2.6  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的弯曲性能测试 - 74 -
    6.2.7  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的拉伸性能测试 - 75 -
    6.2.8  马尾松纤维/杉木纤维/HDPE复合材料的冲击性能测试 - 75 -
    6.3  结果与讨论 - 76 -
    6.3.1  马尾松纤维和杉木纤维的质量比
    对复合材料物理性能的影响 - 76 -
    6.3.2  马尾松纤维和杉木纤维的质量比
    对复合材料力学性能的影响 - 77 -
    6.4  结  论 - 79 -
    7  马尾松纤维增强HDPE复合材料和杉木纤维增强
    HDPE复合材料的蠕变性能 - 81 -
    7.1  引  言 - 81 -
    7.2  实验部分 - 81 -
    7.2.1  主要原料及试剂 - 81 -
    7.2.2  主要仪器及设备 - 82 -
    7.2.3  马尾松纤维/ HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的制备 - 82 -
    7.2.4  马尾松纤维/ HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的蠕变性能测试 - 83 -
    7.3  结果与讨论 - 84 -
    7.4  展  望 - 85 -
    7.5  本章小结 - 86 -
    8  马尾松纤维增强HDPE复合材料和杉木纤维增强
    HDPE复合材料的老化性能 - 90 -
    8.1  引言 - 90 -
    8.2  实验部分 - 91 -
    8.2.1  主要原料及试剂 - 91 -
    8.2.2  主要仪器及设备 - 91 -
    8.2.3  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的制备 - 92 -
    8.2.4  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的室内老化处理 - 92 -
    8.2.5  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的户外老化处理 - 93 -
    8.2.6  马尾松纤维/HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料性能测试 - 93 -
    8.3  结果与讨论 - 95 -
    8.3.1  马尾松纤维/ HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的物理、力学性能 - 95 -
    8.3.2  马尾松纤维/ HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的室内老化性能 - 96 -
    8.3.3  马尾松纤维/ HDPE复合材料和杉木纤维/
    HDPE复合材料的户外老化性能 - 98 -
    8.4  本章小结 - 101 -
    结  论 - 104 -
    研究进展 - 106 -
    展  望 - 133 -
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