竹木复合积成材制备工艺及性能研究

论文摘要

我国是森林资源贫乏的国家,无论森林的覆盖率还是人均占有量都低于世界平均水平,特别是我国国产优质大径木材资源更加紧缺,而人工速生林木材、小径材及制材边皮等资源较丰富。另外,我国的竹类资源也十分丰富,其面积和产量均居世界首位。如何很好的综合利用这些丰富的资源对缓解我国木材资源紧张矛盾,促进人造板工业的可持续发展具有非常重要的意义。竹材具有强度高、硬度大、韧性好、耐磨等优点,但也有径级小、利用率低等缺点。而速生材和小径材具有加工容易、生产效率高等优点,但同时存在强度低、表面硬度低、残余应力大等缺点。因此,通过研究竹木复合材料,可以更科学合理地发挥竹材和木材各自的优点和特性,获得既降低生产成本,又保证产品内在和外观质量的双重效果。木材梳解加工工艺是利用小径杉木及制材边皮制备新的构成单元的独特方法。经梳解后获得的木束条呈单根分离体,各单根木束条除宏观上粗细尺寸变小外,微观组织结构基本不变,最大限度保持原料强度、刚度等物理力学性能。采用人工筛分的方法将木束条分为四个级别,结果表明,各个级别木束条质量百分比分别为:A级别20.0%;B级别35.3%;C级别20.4%;D级别23.4%。竹木复合积成材是以小径杉木及制材边皮梳解获得的木束条和刨切薄竹加工过程中产生的废竹片为原料,将两者复合制成的一种新型材料。实验室条件下,主要考虑竹木混杂比、木束条施胶量、木束条粗细及比例、板密度四个因素对竹木复合积成材物理力学性能的影响,采用正交试验法进行试验设计,以获得竹木复合积成材的较佳制备工艺。结果表明:（1）随着竹片用量的增加,竹木复合积成材的各项性能均有不同程度的提高。（2）竹木混杂比、木束条粗细及比例和板密度对竹木复合积成材纵向静曲强度和纵向弹性模量的影响较大;木束条施胶量对板材吸水厚度膨胀率和内结合强度的影响较大。（3）竹木复合积成材较佳制备工艺参数为:竹木混杂比2:8;木束条施胶量9%（10%）;粗细木束条均匀混合;板密度0.75g·cm-3。在实验室竹木复合积成材研究的基础上,根据较佳工艺参数对竹木复合积成方材进行中试,并测试其各项物理力学性能。结果表明:（1）以小径杉木及制材边皮经梳解获得的木束条和刨切薄竹加工过程中产生的废竹片为原料,采用模具冷压法生产积成方材工艺可行。（2）竹木复合积成方材的强度与竹木混杂比和密度密切相关,生产中可以人为控制其混杂比和密度,以满足不同用途需要。竹木复合积成方材产品材质较均匀,具有较好的物理力学性能,用途广泛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 小径材资源及加工利用状况
• 1.2 竹材资源及加工利用状况
• 1.3 国内外竹木复合材研究及发展现状
• 1.3.1 竹木复合材的形式及分类
• 1.3.2 国外竹木复合材研究现状
• 1.3.3 国内竹木复合材研究现状
• 1.4 本课题研究的目的和主要内容
• 1.4.1 本课题研究的目的
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 2 木束条制备工艺研究
• 2.1 木材梳解原理
• 2.2 梳解设备
• 2.3 木束条制备方法
• 2.4 木材梳解过程中采取的技术措施与工艺
• 2.4.1 逐级定宽梳解
• 2.4.2 利用辗压展平辊定厚控制
• 2.4.3 采用旋转铡刀切成定长
• 2.4.4 确定适宜的梳解工艺
• 2.5 木束条尺寸分布规律测定
• 2.5.1 试验方法
• 2.5.2 试验结果与分析
• 2.6 小结
• 3 竹木复合积成材制备工艺研究
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 杉木木束条
• 3.1.2 废竹片
• 3.1.3 胶粘剂
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 试验工艺流程
• 3.2.2 试验方案设计
• 3.2.3 性能测试
• 3.2.4 试验设备和仪器
• 3.2.5 检测用试件尺寸及板材裁剪图
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 性能测试结果
• 3.3.2 纵向静曲强度的统计分析
• 3.3.3 纵向弹性模量的统计分析
• 3.3.4 横向静曲强度的统计分析
• 3.3.5 横向弹性模量的统计分析
• 3.3.6 吸水厚度膨胀率的统计分析
• 3.3.7 内结合强度的统计分析
• 3.4 小结
• 4 竹木复合积成方材中试
• 4.1 试验材料
• 4.2 中试工艺流程
• 4.2.1 木束条筛选
• 4.2.2 施胶与干燥
• 4.2.3 计量与定向组坯
• 4.2.4 装模与冷压成型
• 4.2.5 升温固化与冷却
• 4.2.6 拆模及后续加工
• 4.3 试验设计
• 4.4 试验设备和仪器
• 4.5 性能测试
• 4.5.1 密度及含水率分布
• 4.5.2 静曲强度和弹性模量
• 4.5.3 吸水厚度膨胀率
• 4.5.4 内结合强度
• 4.6 小结
• 5 结论
• 5.1 工艺可行性分析
• 5.2 产品性能分析
• 5.3 产品用途预测
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢