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竹基纤维复合材料的染色介质及温度对其性能的影响

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木材工业 2014年第5期28卷 9-12,27页

作者：胡玉安祝荣先余养伦张亚慧高鹏于文吉中国林科院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091 湖北福汉木业(集团)发展有限责任公司湖北武汉430041

以毛竹为原料,在不同染色工艺条件下,研究纤维化竹单板的上染效果以及染色单板制备的竹基纤维复合材料的性能。结果表明:75℃乙醇分散介质染色与90℃水分散介质染色单板的上染色泽,均优于常温水分散介质染色;75℃乙醇染色制备的竹基纤... 详细信息

以毛竹为原料,在不同染色工艺条件下,研究纤维化竹单板的上染效果以及染色单板制备的竹基纤维复合材料的性能。结果表明:75℃乙醇分散介质染色与90℃水分散介质染色单板的上染色泽,均优于常温水分散介质染色;75℃乙醇染色制备的竹基纤维复合材料的色泽最佳,常温水染色时,制备材料的物理力学性能最优。综合考虑竹基纤维复合材料的表观色泽和性能,推荐使用75℃乙醇溶剂作为介质的染色工艺。

关键词：竹基纤维复合材料纤维化竹单板染色分散介质色差

疏解竹单板高温干热处理对竹基纤维复合材料性能的影响

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林业科学 2019年第9期55卷 142-148页

作者：孟凡丹王超向琴余养伦于文吉中国林业科学研究院木材工业研究所

【目的】以高温干热处理疏解竹单板为基本单元,制备竹基纤维复合材料,分析不同热处理温度对疏解竹单板物理化学性能以及竹基纤维复合材料物理力学性能的影响,为高温干热处理竹基纤维复合材料生产工艺优化和新产品开发提供依据。【方法... 详细信息

【目的】以高温干热处理疏解竹单板为基本单元,制备竹基纤维复合材料,分析不同热处理温度对疏解竹单板物理化学性能以及竹基纤维复合材料物理力学性能的影响,为高温干热处理竹基纤维复合材料生产工艺优化和新产品开发提供依据。【方法】以毛竹疏解单板为原料,以180和200℃干热空气为介质,在氧气含量2%~2.5%条件下对其进行热处理;以不同温度处理的疏解竹单板为基本单元制备竹基纤维复合材料,对热处理后疏解竹单板以及竹基纤维复合材料的性能进行分析。【结果】200℃处理4 h疏解竹单板的质量损失比180℃大;随着热处理温度升高,疏解竹单板的综纤维素和α-纤维素含量分别降低11.36%、20.15%和21.95%、35.94%,木质素相对含量分别增加16.36%、43.56%,pH和缓冲容量降低;傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析显示,热处理后疏解竹单板表面羟基数量减少,导致其对水分的再吸收能力降低;热处理后疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;经180和200℃处理后,竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率分别降低11.20%、15.88%、7.03%和21.60%、32.27%、26.60%,静曲强度和剪切强度分别降低39.07%、33.51%和56.14%、42.15%,弹性模量变化不显著。【结论】随着热处理温度升高,疏解竹单板的抽提物挥发和化学组分降解,其质量损失率增加,pH和缓冲容量降低;半纤维素优先降解,导致其对水分的再吸收能力降低,而降解生成的可溶性小分子物质增加,导致其抽提物和木质素相对含量增加;热处理疏解竹单板和竹基纤维复合材料的表面颜色加深;竹基纤维复合材料的吸水宽度膨胀率、吸水厚度膨胀率和吸水率降低,耐水性能增加,静曲强度和剪切强度大幅降低。

关键词：热处理疏解竹单板竹基纤维复合材料耐水性能力学性能

竹基纤维复合材料热压传热规律与工艺优化研究

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竹基纤维复合材料热压传热规律与工艺优化研究

作者：田心池东北林业大学

学位级别：硕士

竹基纤维复合材料作为一种新型的高性能重组材料,其具有性能可控、规格可调、结构可设计等优势,近年来被广泛地应用于室内家具、园林景观、风电叶片、建筑结构、交通护栏等各类场所,受到各界消费者的喜爱,在国内外具有巨大的发展前景。... 详细信息

竹基纤维复合材料作为一种新型的高性能重组材料,其具有性能可控、规格可调、结构可设计等优势,近年来被广泛地应用于室内家具、园林景观、风电叶片、建筑结构、交通护栏等各类场所,受到各界消费者的喜爱,在国内外具有巨大的发展前景。该材料是以纤维化竹单板为基本制造单元,以酚醛树脂为胶黏剂,顺纹组坯后经过冷压热固化法或热压法成型的一种新型竹质重组材料。热压工艺是竹基纤维复合材料的重要生产工艺之一,选择不同的可控变量和工艺参数对热压生产的效率及产品质量具有重要的影响。本文以纤维化竹单板为研究对象,研究了密度和含水率对竹基纤维复合材料传热性能的影响与板坯内部的三维温场变化,提出了热压过程中板坯内部的“锅炉效应”,并通过工艺和机械结构改进或控制等手段对热压装备实现优化,主要进行了如下研究工作。通过试验分析及数学建模的方式,研究含水率对不同密度的竹基纤维复合材料热压传热的影响,将竹基纤维复合材料板坯内部的温度变化曲线分为四个部分:恒温段、升温段、保温段及降温段,分别研究含水率对各段变化速率的影响。同时基于试验数据建立密度和含水率对板坯内部升温的数学模型,探索热压过程中板坯内部的热力学现象,结合热力学现象与预测模型为实际生产竹基纤维复合材料提出有效建议。在热压过程中,由于板坯内部孔隙被压缩以及胶粘剂对通道的封堵,板坯内部的水分汽化膨胀,在微腔内形成了高压蒸汽,类似于板坯内部形成了小型“锅炉”,此时由于边界含水率增高,润湿性减弱,进而过热蒸汽在板坯微腔中形成了沸腾气泡,此时若含水率较高或持续升温,多个沸腾气泡会逐渐增大而连接形成更大的沸腾气泡,板坯内部形成了接近0.5MPa的蒸汽压,将该现象命名为热压过程中的“锅炉效应”。“锅炉效应”能够对板坯内部的温度场变化造成巨大影响,且是导致爆板的主要原因。利用试验数据建立竹基纤维复合材料热压过程中的三维温度场分布模型和水分迁移模型,表明温度和水分主要沿纤维纵向进行迁移,纤维横向的迁移率远远小于纤维纵向;通过改变铺装长度确定铺装幅面对板坯内部温场变化及“锅炉效应”的影响;“锅炉效应”的存在会显著影响板坯内部的水分迁移规律,通过试验分析对比了卸板时的板材水分分布情况。由于热压过程中板材内部的水分含量会较大地影响板坯的传热特性与“锅炉效应”,因此提出了一种采用不同含水率的纤维化单板进行铺装的工艺方法(以下称含水率梯度铺装),并对比了采用含水率梯度铺装时的热学指标和力学指标,发现当采用均一含水率铺装时,含水率越高,保压阶段形成的“锅炉效应”越强,板坯芯部的最高温度和蒸汽压力越大;当采用含水率梯度铺装时,由于内部的水分未能形成饱和,因此保压阶段不会形成强烈的“锅炉效应”,一定程度上降低了爆板的风险。同时含水率梯度铺装并没有使板材的力学性能明显下降,是一种科学有效的工艺方法。在实际生产中,含水率梯度铺装具有较大的操作难度,影响生产效率,因此采用增湿法对工艺进行优化,代替含水率梯度铺装,实现蒸汽冲击传热的高效利用,适度控制增湿量对板坯进行增湿热压能够保证高效传热以及保压阶段板坯内部蒸汽压力的减小,实现热压过程的便捷性与可行性。同时对热压机结构进行优化,从热压板冷却水通道引出周向水流管道,在水流管道上设置4个雾化喷嘴,根据称重的重量对板坯表面进行增湿,优化热压工艺。针对企业不能干预生产、美观、快速、高效等需求,基于板坯内部的温场变化机理与生产经验,搭建了多层热压机PLC智能控制平台,采用PLC控制器结合神经网络算法实现对热压装备的智能控制,利用实时监测自动智能化热压装备控制系统软件能够实现较好的人机交互体验,方便用户简单高效地对多层压机进行监测及控制,确保生产过程的安全性与可靠性。

关键词：竹基纤维复合材料热压传热锅炉效应工艺优化热压装备

含水率对不同密度竹基纤维复合材料热压传热的影响

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木材科学与技术 2022年第5期36卷 50-55,77页

作者：田心池马红霞薛勃赖宇星杨春梅于文吉东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040 广东省林业科学研究院森林工业研究所广东广州510520 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

竹基纤维复合材料在热压过程中由于含水率的影响,其传热性能与力学性能均会产生较大差异。在热压过程中出现芯层温度急剧升高、蒸汽压力过大的“锅炉效应”,导致板材热压周期发生变化。本文探讨含水率对不同密度板坯热压传热和“锅炉效... 详细信息

竹基纤维复合材料在热压过程中由于含水率的影响,其传热性能与力学性能均会产生较大差异。在热压过程中出现芯层温度急剧升高、蒸汽压力过大的“锅炉效应”,导致板材热压周期发生变化。本文探讨含水率对不同密度板坯热压传热和“锅炉效应”的影响,并建立不同密度时含水率对升温时间的数学模型。结果表明,由于“锅炉效应”的影响,在升温阶段,同一密度下,升温时间随含水率的提升而逐渐缩短;在保压阶段,最高温度和升温温度随着含水率的提高而升高;在降温阶段,密度为0.90 g/cm^(3)时,板材的降温时间随含水率的升高先增后减,密度为1.05 g/cm^(3)和1.20 g/cm^(3)时,降温时间随含水率的增加而降低。因此,在实际生产中,压制密度大于1.05 g/cm^(3)的板材时,建议含水率控制在15%左右。该研究为竹基纤维复合材料热压工艺提供了借鉴和参考。

关键词：竹基纤维复合材料热压传热含水率锅炉效应

密度和含水率对竹基纤维复合材料抗弯性能的影响

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木材科学与技术 2023年第3期37卷 44-50页

作者：杨春梅李月茹田心池马红霞丁禹程于文吉东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040 广东省林业科学研究院森林工业研究所广东广州510520 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

通过试验探究不同密度和含水率对竹基纤维复合材料的静曲强度(modulus of rupture,MOR)以及弹性模量(modulus of elasticity,MOE)的影响,并建立密度和含水率对MOR以及MOE影响的预测模型。结果表明,在测试区间内试板的密度与抗弯性能呈... 详细信息

通过试验探究不同密度和含水率对竹基纤维复合材料的静曲强度(modulus of rupture,MOR)以及弹性模量(modulus of elasticity,MOE)的影响,并建立密度和含水率对MOR以及MOE影响的预测模型。结果表明,在测试区间内试板的密度与抗弯性能呈正相关;随着含水率升高,试板抗弯性能先增大后减小。根据预测模型,压制密度1.17 g/cm^(3)、含水率11%左右的板材可以获得较高的MOR,大约为151.32 MPa;压制密度1.20 g/cm^(3)、含水率10.65%左右的板材可以获得较高的MOE,大约为19.68 GPa。该研究为提高竹基纤维复合材料的抗弯性能以及生产实践提供一定理论指导。

关键词：竹基纤维复合材料密度含水率抗弯性能预测模型

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碱性染料对竹基纤维复合材料性能的影响

东北林业大学学报 2014年第10期42卷 100-102页

作者：胡玉安祝荣先余养伦张亚慧高鹏于文吉中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

采用毛竹为原料制造竹基纤维复合材料,研究碱性染料的不同染色工艺对纤维化竹单板的上染效果及对毛竹竹基纤维复合材料的静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率与水平剪切强度的影响。结果表明:漂白后75℃醇溶剂媒介染色与90℃水染染色上... 详细信息

采用毛竹为原料制造竹基纤维复合材料,研究碱性染料的不同染色工艺对纤维化竹单板的上染效果及对毛竹竹基纤维复合材料的静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率与水平剪切强度的影响。结果表明:漂白后75℃醇溶剂媒介染色与90℃水染染色上染最终效果优于20℃水染。采用20℃水染染色制得的材料各项力学性能最优,各工艺制备的竹基纤维复合材料的物理与力学性能达到了重组竹地板国家标准的主要性能要求。

关键词：染色重组竹色差竹基纤维复合材料

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竹基纤维复合材料染色材耐候性能研究

南方林业科学 2015年第4期43卷 54-57页

作者：胡玉安何梅黄慧贺磊王小东余能富王玉江西省林业科学院江西南昌330013

本论文主要以毛竹(Phyflostachys pubescens)为研究对象,以水、醇为介质,采用不同工艺对纤维化竹单板进行染色处理后,以浸渍型酚醛树脂为胶黏剂制备重组竹板材,通过对染色处理后纤维化竹单板制备的竹基纤维复合材料进行室外自然老化的研... 详细信息

本论文主要以毛竹(Phyflostachys pubescens)为研究对象,以水、醇为介质,采用不同工艺对纤维化竹单板进行染色处理后,以浸渍型酚醛树脂为胶黏剂制备重组竹板材,通过对染色处理后纤维化竹单板制备的竹基纤维复合材料进行室外自然老化的研究,探讨室外自然老化与材料表面颜色及尺寸稳定性的关系,揭示在室外老化环境下竹基纤维复合材料性能随时间变化的规律。研究表明:竹基纤维复合材料经过3个月的室外自然老化试验过程后,、随着气候条件的变化,材料表面色泽出现缓慢衰减趋势,宽度损失率、厚度损失率、质量损失率随着气候变化具有类似增减趋势,醇染材料的宽度、厚度、质量损失率均高于水染材料。

关键词：竹基纤维复合材料染色处理室外老化

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竹基纤维复合材料的抗弯性能和抗剪切性能

中国建材科技 2021年第1期30卷 48-49页

作者：张欢欢中铁贵州工程有限公司贵州贵阳550003

选取冷、热压工艺,制得相应的竹基纤维复合材料,使其密度均维持在0.85~1.20g/cm^(3),对制得的材料展开性能检验,明确其物理力学性能表现。结果表明,两种工艺均有可行性,所得竹基纤维复合材料质量较好。冷压工艺所得产品在耐水性方面有... 详细信息

选取冷、热压工艺,制得相应的竹基纤维复合材料,使其密度均维持在0.85~1.20g/cm^(3),对制得的材料展开性能检验,明确其物理力学性能表现。结果表明,两种工艺均有可行性,所得竹基纤维复合材料质量较好。冷压工艺所得产品在耐水性方面有良好表现,而热压工艺所得产品有更好的抗弯及抗剪性能。

关键词：竹基纤维复合材料制作工艺力学性能

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室内地板用竹基纤维复合材料的研制与应用

竹子研究汇刊 2013年第1期32卷 21-25页

作者：余养伦张亚梅于文吉中国林科院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091

以酚醛树脂为胶黏剂,以毛竹和慈竹为原料,在不去竹青和竹黄的条件下,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板后,用冷压热固化法制造本色和炭化色竹基纤维复合材料,再加工成地板,并与... 详细信息

以酚醛树脂为胶黏剂,以毛竹和慈竹为原料,在不去竹青和竹黄的条件下,采用点裂和线裂纤维分离技术,将半圆竹筒疏解形成由竹纤维束交织而成的网状结构纤维化竹单板后,用冷压热固化法制造本色和炭化色竹基纤维复合材料,再加工成地板,并与重组竹进行对比,结果表明:竹基纤维复合材料性能高于重组竹;慈竹竹基纤维复合材料的性能优于毛竹;炭化处理对耐水性和刚度具有改善作用,对胶合强度和静曲强度具有不利影响;用竹基纤维复合制造的室内地板各项理化性能均达到或超过了《重组竹地板》标准规定的性能指标要求。

关键词：纤维化竹单板冷压热固化法竹基纤维复合材料室内地板