二氧化硅/木材复合材料的微细构造与物性

论文摘要

为了弄清二氧化硅／木材复合材料的微细构造与物性，通过SEM、EDXA及XRD方法分析其微细构造，通过介电松弛、粘弹性、应力松弛、吸湿性、耐热性及表面硬度分析其物性，并从介电松弛、粘弹性等分析二氧化硅／木材复合材料的分子运动规律，从其分子运动方面揭示二氧化硅与木材之间的结合情况。同时，分析微细构造与物性的关系，即二氧化硅的存在空间位置、二氧化硅与木材的结合方式对二氧化硅／木材复合材料物性产生的影响。主要研究结论如下： 1) 二氧化硅／木材复合材料的增重率随着预处理材含水率的增加而增大，直接溶胶-凝胶法制备的二氧化硅／木材复合材料的增重率大于加硅烷偶联剂法制备的。细胞壁膨胀率随着增重率的增加而增大，并且有两个明显不同的增大过程。 2) 二氧化硅／木材复合材料的横切面、弦切面、径切面SEM分析表明，各个切面上均看到了固体物质——二氧化硅。EDXA分析表明：未处理材硅元素很少，只有0.10％（摩尔百分数，下同），呈星散状分布于细胞壁中。预处理材含水率在纤维饱和点以下，二氧化硅生成于细胞壁中，预处理材含水率在纤维饱和点以上，二氧化硅生成于细胞腔、细胞壁中。 3) 二氧化硅／木材复合材料的XRD衍射峰位置不变，经Rietveld分析表明，晶格常数不变，但是，随着增重率的增加，衍射峰强度减小，结晶度减小。经Scherrer公式计算表明，二氧化硅／木材复合材料结晶区的宽度及长度均不变。构筑了二氧化硅进入木材细胞壁的超微构造图，介入Matrix区域。 4) 二氧化硅／木材复合材料的介电松弛过程中的松弛强度、松弛时间分布谱发生了变化，随着增重率的增加，直接溶胶-凝胶法制备的介电松弛强度呈先减小后增加的趋势，松弛时间分布峰先变低、变宽，随后变高变窄的趋势；加硅烷偶联剂法制备的介电松弛强度减小，松弛时间分布峰呈变低、变宽的趋势，而增重率为89.27％的介电松弛强度增加，其值为1.09，松弛时间分布峰变高、变窄。 5) 二氧化硅／木材复合材料的介电松弛过程中的表观活化能随着增重率的增加而增大。随着增重率的增加，介电松弛过程中的热力学量活化焓△H增大，活化熵△S增大，而活化自由能△G略减小。根据表观活化焓求得介电松弛过程中需要切断的氢键结合数量，构筑了二氧化硅／木材复合材料介电松弛回转取向运动模型，随着增重率的增加，需要切断的氢键数量增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二氧化硅/木材复合材料的研究概况
• 1.2.1 溶胶-凝胶法的反应机理及影响因素
• 1.2.2 二氧化硅/木材复合材料的制备方法
• 1.2.3 二氧化硅/木材复合材料的微细构造
• 1.2.4 二氧化硅/木材复合材料的性能
• 1.3 二氧化硅/木材复合材料及本论文研究的目的、意义
• 1.4 论文构成
• 2 二氧化硅/木材复合材料的制备
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 含水率对增重率的影响
• 2.3.2 增重率对细胞壁膨胀率的影响
• 2.4 小结
• 3 二氧化硅/木材复合材料的微细构造
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试样
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 SEM分析
• 3.3.2 EDXA分析
• 3.3.3 XRD分析
• 3.3.4 Matrix区域的变化
• 3.4 小结
• 4 二氧化硅/木材复合材料的介电松弛
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试材
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 介电松弛的温度谱及频率谱
• 4.3.2 Cole-Cole圆弧则变化
• 4.3.3 松弛时间谱
• 4.3.4 介电松弛动力学
• 4.3.5 介电松弛模型
• 4.4 小结
• 5 二氧化硅/木材复合材料的动态粘弹性
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试样
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 直接溶胶-凝胶法制备的二氧化硅/木材复合材料
• 5.3.2 加硅烷偶联剂法制备的二氧化硅/木材复合材料
• 5.3.3 直接溶胶-凝胶法与加硅烷偶联法制备的比较
• 5.4 小结
• 6 二氧化硅/木材复合材料的应力松弛
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 试样
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 直接溶胶-凝胶法制备的二氧化硅/木材复合材料
• 6.3.2 加硅烷偶联剂法制备的二氧化硅/木材复合材料
• 6.3.3 直接溶胶-凝胶法与加硅烷偶联剂法的比较
• 6.3.4 应力松弛动力学
• 6.3.5 热力学量
• 6.4 小结
• 7 二氧化硅/木材复合材料的吸湿性、耐热性、表面硬度
• 7.1 引言
• 7.2 材料与方法
• 7.2.1 试材
• 7.2.2 实验方法
• 7.3 结果与分析
• 7.3.1 吸湿稳定性与增重率的关系
• 7.3.2 耐热性分析
• 7.3.3 表面硬度
• 7.4 小结
• 8 总结论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢