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植物酸改性增强竹塑复合材料界面性能
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作者 李晨曦 詹婷 +2 位作者 任津源 彭尧 曹金珍 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第10期149-159,共11页
【目的】竹塑复合材料已广泛应用于建筑及户外制品,其性能优劣的核心在于纤维与基体间的界面结合状态。现有研究多采用传统化学偶联剂改善界面相容性,但存在环境不友好、成本高、作用机制单一等问题,尤其缺乏对“竹纤维-填料-聚合物”... 【目的】竹塑复合材料已广泛应用于建筑及户外制品,其性能优劣的核心在于纤维与基体间的界面结合状态。现有研究多采用传统化学偶联剂改善界面相容性,但存在环境不友好、成本高、作用机制单一等问题,尤其缺乏对“竹纤维-填料-聚合物”多相界面的分析。本研究旨在通过环境友好的两种植物酸对碳酸钙进行表面改性,使其从“填料”转变为“偶联剂”,进而阐明其在改善竹纤维/聚丙烯/碳酸钙(BFs/PP/CaCO_(3))复合材料界面结合与综合力学性能中的作用机制,为开发绿色环保、低成本的竹塑复合材料提供参考。【方法】采用柠檬酸钠和DL-苹果酸分别对碳酸钙进行表面改性,并与传统的硅烷偶联剂KH570对比,研究在不同添加量条件下对碳酸钙表面性能的影响。以碳酸钙、竹纤维和聚丙烯为原料,在控制碳酸钙添加量的条件下,制备BFs/PP/CaCO_(3)复合材料,考察其物理力学性能,并对其微观结构、尺寸稳定性和加工性进行表征。最后,阐明其界面性能增强机制,并综合考虑成本与性能。【结果】通过吸油值与活化度分析,确定柠檬酸钠、DL-苹果酸和KH570的优化添加量分别为碳酸钙质量的15%、5%和10%,且当改性碳酸钙添加量为10%时,复合材料的各项性能达到最优。传统KH570改性组复合材料的拉伸强度达41.30 MPa,弯曲强度和弹性模量分别为63.5 MPa和4.48 GPa;柠檬酸钠与DL-苹果酸改性组则表现出与传统KH570相当的界面结合能力,拉伸强度分别达40.31和39.62 MPa,可媲美工程塑料ABS(38~45 MPa);弯曲强度和弹性模量分别为63.1MPa、63.5 MPa和4.41 GPa、4.37 GPa,均超过LY/T 2565—2015《竹塑复合材料》中规定数值的2倍。柠檬酸钠改性组在满足力学性能要求的同时具备轻量化优势,密度降至1.08 g/cm^(3)(降幅4.42%),而DL-苹果酸改性组显示出较高的尺寸稳定性,其吸水厚度膨胀率仅0.211%,比未改性组降低46.31%。同时,经DL-苹果酸改性后,复合材料的熔体流动指数达到22.77 g/(10 min),与纯PP的熔体流动指数21.00 g/(10 min)相当,加工性能大幅提升。【结论】植物酸改性剂显著提高了碳酸钙表面活性,并通过羧基键合Ca2+及羟基与竹纤维形成氢键网络的协同作用下,有效改善了碳酸钙与竹纤维及PP之间的界面相容性,进而提高复合材料的物理力学性能。植物酸不仅部分力学性能与KH570相当,而且DL-苹果酸可赋予复合材料更好的加工性能,柠檬酸钠则可降低约7%的原料成本。 展开更多
关键词 竹塑复合材料 界面性能 改性 偶联剂 碳酸钙 植物酸 DL-苹果酸 柠檬酸钠
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以Cu颗粒强化导热的木质基复合相变储热材料性能研究 被引量:7
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作者 何林韩 凌凯莉 +2 位作者 任瑞清 陈瑶 高建民 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期132-141,共10页
【目的】高导热的填料虽然能够提升木质基复合相变储热材料的储放热速率,但存在的易团聚现象无法使其均匀分散于材料内部。本研究旨在利用溶液还原法,由内而外地在轻木基体内原位生成单分散的金属铜颗粒,为提高木质基复合相变储热材料... 【目的】高导热的填料虽然能够提升木质基复合相变储热材料的储放热速率,但存在的易团聚现象无法使其均匀分散于材料内部。本研究旨在利用溶液还原法,由内而外地在轻木基体内原位生成单分散的金属铜颗粒,为提高木质基复合相变储热材料的储放热性能探索绿色、经济的道路。【方法】首先利用酸性亚氯酸钠溶液对轻木进行脱木素处理以提高其对相变材料的封装效率。然后利用CuSO_(4)溶液与抗坏血酸溶液在脱木素轻木内利用溶液还原法多次循环制备单分散金属Cu颗粒,并将反应完全后的轻木利用真空浸渍法与石蜡(PW)制备具有Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料。采用场发射电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)、导热系数测试仪和温度巡检仪对材料的微观、结晶、化学结构及储放热性能进行评价。【结果】轻木经脱木素处理后其对石蜡的封装效率从64.9%提升至了82.6%。经过抗坏血酸对Cu^(2+)的还原作用,在轻木基体内原位制造出了Cu。然而循环次数过少,Cu不能均匀地分布在木材基体内,而过多的循环次数则会过量地影响轻木对相变材料的封装效果;其中3次的循环次数最为合适,以此所制备的复合相变储热材料导热系数提升了1.76倍,熔融与凝固潜热分别高达143.7、142.9 J/g,同时储热与放热时间分别缩短了23.7%与32.6%,展现出了更好的温度调节潜力。【结论】利用溶液还原法能够有效地在轻木基体内均匀制备金属Cu颗粒,并且以3次循环制备的Cu颗粒强化导热的木基复合相变储热材料储放热性能较好。 展开更多
关键词 轻木 导热 复合相变储热材料
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软木细胞壁化学组分及软木材料应用探析 被引量:3
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作者 臧小榕 母军 张新宇 《林产工业》 北大核心 2019年第8期47-52,共6页
对栓皮栎与栓皮槠两树种的软木细胞结构、主要化学组分进行综述,并介绍了软木材料的主要应用形式,以期为进一步的软木理论研究及应用开发提供参考。
关键词 软木 细胞构造 化学组分 应用形式
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低温等离子处理对玄武岩纤维表面及复合材料性能的影响 被引量:15
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作者 靳婷婷 申士杰 +1 位作者 李静 赵书平 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期29-35,共7页
对玄武岩纤维表面进行低温等离子处理,研究了低温等离子处理纤维对其表面性能、偶联剂吸附量及纤维增强树脂层间胶合强度和力学性能的影响。结果表明,纤维表面经低温等离子处理后,玄武岩纤维表面接触角由未处理时的132.23°降为75.2... 对玄武岩纤维表面进行低温等离子处理,研究了低温等离子处理纤维对其表面性能、偶联剂吸附量及纤维增强树脂层间胶合强度和力学性能的影响。结果表明,纤维表面经低温等离子处理后,玄武岩纤维表面接触角由未处理时的132.23°降为75.22°,润湿性大大改善;纤维表面偶联剂吸附量在低温等离子处理10遍时达到最大;低温等离子及偶联剂处理纤维表面,处理10遍时,玄武岩纤维增强环氧树脂(BFRP)的拉伸性能、弯曲性能达到最优,而其剪切强度在处理2到10遍范围增加较快,10遍以后几乎不变。 展开更多
关键词 玄武岩纤维 低温等离子体 偶联剂吸附量 复合材料 力学性能
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微波加热中木材内部温度场的电磁-热耦合模拟
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作者 王志闯 王婷欢 +3 位作者 杨晨 何正斌 王振宇 伊松林 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第9期162-170,共9页
【目的】微波加热在木材加工中已显现高效优势,但微波场强分布如何影响木材内部温度变化尚不清晰。本研究拟采用数值模拟,探究微波场分布对木材内部温度场的作用规律。【方法】基于电磁场和传热场耦合理论构建三维有限元模型,模拟不同... 【目的】微波加热在木材加工中已显现高效优势,但微波场强分布如何影响木材内部温度变化尚不清晰。本研究拟采用数值模拟,探究微波场分布对木材内部温度场的作用规律。【方法】基于电磁场和传热场耦合理论构建三维有限元模型,模拟不同微波功率(3.6、4.5、5.4 kW)作用下腔体电场分布特征及木材内部温度场演化规律。通过试验验证模型准确性,并采用均方根误差(RMSE)量化评估仿真精度。【结果】微波加热30 s内木材次外层与中心层温度的仿真结果和试验结果一致,两者的RMSE值随微波功率的增大而增大,次外层和中心层的RMSE值最大分别为8.1和8.8℃,表明该仿真模型准确性较高。在木材微波加热过程中,不同波导输入的微波因干涉叠加形成高、低能区域,腔壁的反射波进一步干涉强化或削弱电场,最终形成驻波效应,导致电场强度呈现空间非均匀分布。高、低能区域电磁能-热能转化效率的差异,导致木材升温速率呈现差别,表明微波场强分布模式能直接调控木材内部温度变化规律。当微波功率增大时,电场分布模式保持不变,但最大电场强度显著增强(p=0.011),木材的升温速率随之加快,表面与内部温差增大。【结论】建立的三维有限元模型可以对微波腔体中电场的强度和分布特征,以及木材的温度变化进行准确预测。本研究阐明的微波加热木材过程中电磁-热耦合机制,能够为优化木材微波加热工艺提供理论依据。 展开更多
关键词 木材干燥 微波加热 数值模拟 电磁方程 传热方程 微波场强分布 温度预测
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热处理温度和时间对杉木质量损失和静曲强度的影响 被引量:10
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作者 张静 漆楚生 母军 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期137-144,共8页
[目的]热处理可以改善木材的尺寸稳定性,同时会降低木材质量并影响木材力学性能,有必要探明热处理对木材质量和力学性能的作用机制。[方法]本研究选用人工林杉木薄片作为试验材,在160、180、200、220℃及氮气环境下分别处理1、2、3、4、... [目的]热处理可以改善木材的尺寸稳定性,同时会降低木材质量并影响木材力学性能,有必要探明热处理对木材质量和力学性能的作用机制。[方法]本研究选用人工林杉木薄片作为试验材,在160、180、200、220℃及氮气环境下分别处理1、2、3、4、5、6h,测试处理后木材的质量损失率(mL)和静曲强度(MOR),采用ATR-FTIR、TGA进行表征,并建立热处理杉木质量损失率和静曲强度的预测模型。[结果]热处理温度低于200℃时,温度比时间对杉木质量损失率和力学性能的影响更显著。当热处理温度高于200℃时,温度和时间对质量损失率和力学性能均有显著性影响。热处理杉木的质量损失率随热处理温度升高和时间延长呈非线性增加,质量损失率范围在0.2%~17.6%之间,其预测模型为lnmL=0.8lnt+9.35lnT-53.67(t为时间,T为温度),R2为0.99,试验测试值与模型预测值基本一致。杉木的MOR随热处理温度升高和热处理时间延长线性降低,与未处理杉木相比,MOR降低了4.4%~74.8%,其预测模型为MOR=-2.57t-0.82T+220.44,R2为0.93,该模型总体预测效果较好。热处理杉木MOR随质量损失率增加呈指数下降,两者关系模型为MOR=65.4e^-20mL+16.4,R2为0.95,此模型能够预测MOR随质量损失率的非线性变化趋势。[结论]通过试验数据建立了杉木的质量损失率与热处理条件,MOR与热处理条件,质量损失率与MOR之间的经验方程,可预测热处理木材质量损失和MOR的变化趋势,为木材热处理工艺的优化和热处理木材性能预测提供参考和依据。 展开更多
关键词 热处理 杉木 质量损失 力学性能 预测模型
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深共晶溶剂(DES)预处理协同聚乙烯醇(PVA)浸渍处理增强增韧竹材
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作者 何忠伟 高宇 彭尧 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第8期162-172,共11页
【目的】竹材因其天然渗透性较差,传统树脂浸渍改性虽能提升其强度,但会使其脆性增加,韧性降低,难以满足高强度、高韧性应用需求。为此,本研究提出一种深共晶溶剂(DES)预处理协同聚乙烯醇(PVA)浸渍处理竹材的改性方法,旨在同步提升竹材... 【目的】竹材因其天然渗透性较差,传统树脂浸渍改性虽能提升其强度,但会使其脆性增加,韧性降低,难以满足高强度、高韧性应用需求。为此,本研究提出一种深共晶溶剂(DES)预处理协同聚乙烯醇(PVA)浸渍处理竹材的改性方法,旨在同步提升竹材的强度与韧性,并阐明其增强增韧机理。【方法】本研究以毛竹为原料,采用乳酸/氯化胆碱的DES体系对竹材进行预处理,通过提高竹材内部孔隙率和渗透性来改善其韧性。在此基础上,以PVA为改性剂对DES处理后的竹材进行浸渍处理。通过表征处理材的微观形貌、孔隙结构、尺寸稳定性和力学性能,深入探究DES与PVA协同增效的机理。【结果】DES预处理增加了竹材的孔隙率,其比表面积较未处理组最大提高49.96%,且新增孔隙中大孔和介孔的比例更高,为后续的PVA浸渍提供了更多空间。相比于未处理材,预处理后的竹材冲击韧性最大提高10.97%,但抗弯强度略有下降。经过PVA浸渍处理后,改性竹材的强度和韧性均得到提升。特别是经DES预处理(110℃、2 h)后浸渍PVA的竹材试件,其冲击韧性、抗弯强度和弹性模量分别较未处理材提高了14.50%、6.65%和34.33%。微观形貌表征表明,PVA填充在细胞腔与细胞间的孔隙中,增强了细胞间的连接,有效分散了外界载荷,从而实现了强度和韧性的同步提升。【结论】DES预处理协同PVA浸渍处理有效突破了竹材改性中强度与韧性难以兼顾的瓶颈,显著提升了竹材在家具和建筑工程等领域的应用潜力。此外,改性材的低增重率以及DES的可回收利用性进一步降低了原料成本,为产业化应用提供了便利。 展开更多
关键词 毛竹 深共晶溶剂(DES) 聚乙烯醇(PVA) 浸渍 孔隙率 渗透性 力学性能 冲击韧性
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竹青层增强竹材耐候性的作用机制
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作者 车皓莹 王玉娇 +1 位作者 孔令凤 彭尧 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第9期153-161,共9页
【目的】圆竹与竹质复合材料已广泛用作户外建筑结构材,二者耐候性能差异的核心在于竹青层的存留与否。现有研究多聚焦于去青竹材,对竹青层在自然劣化中的真实作用与机制缺乏系统认知。本研究旨在探索竹青层在光老化、霉变和腐朽劣化过... 【目的】圆竹与竹质复合材料已广泛用作户外建筑结构材,二者耐候性能差异的核心在于竹青层的存留与否。现有研究多聚焦于去青竹材,对竹青层在自然劣化中的真实作用与机制缺乏系统认知。本研究旨在探索竹青层在光老化、霉变和腐朽劣化过程中的作用及其机制。【方法】以去青和带青竹材为对象,在实验室模拟自然劣化环境,分别对两种竹材进行人工紫外加速光老化、霉变和腐朽处理。用色度仪、光泽度仪和接触角仪记录表面性能变化,并以扫描电镜和红外光谱表征微观形貌与化学结构,以解析竹青层在劣化过程中的真实作用及其机制。【结果】在光老化后,带青竹材的表面总色差和接触角较去青竹材分别减少了60.18%和51%。经苯-醇抽提后,去青竹材表面酸性增强,而带青竹材酸性略有下降。去青竹材表面开裂严重,细胞壁结构溃散,壁层间分离;带青竹材表面仅出现细小裂纹,劣化程度较轻。化学分析进一步证实,带青竹材表面的光降解程度较低,表明竹青层具有一定的耐光老化能力。在霉变与腐朽实验中,带青竹材的质量损失率分别为4.89%和16.39%,均低于去青竹材的6.33%和27.11%,表明竹青层还具有一定的抗微生物劣化性。【结论】研究表明竹青层对竹材的光老化、霉变和腐朽具有一定的防护作用。竹青层的蜡质层和硅质层作为物理屏障,能够削减紫外辐射和水分渗透,并可阻挡真菌孢子及菌丝侵入,从而隔离竹材内部细胞与外部劣化因子,进而提高竹材整体的耐候性。 展开更多
关键词 竹青层 光老化 霉变 腐朽 耐候性
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膨化预处理提升软木生物炭的染料吸附性能及其作用机制
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作者 李承禹 方佳颖 +2 位作者 王启航 曾令顺 母军 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第2期163-174,共12页
【目的】生物炭在处理染料废水方面具有巨大的应用潜力。为制备具有高效染料吸附性能的吸附剂,同时提升生物质资源的综合利用,采用膨化预处理软木制备生物炭。【方法】采用水煮法和微波法对软木进行膨化预处理,然后置于管式炉内550℃热... 【目的】生物炭在处理染料废水方面具有巨大的应用潜力。为制备具有高效染料吸附性能的吸附剂,同时提升生物质资源的综合利用,采用膨化预处理软木制备生物炭。【方法】采用水煮法和微波法对软木进行膨化预处理,然后置于管式炉内550℃热解60 min得到软木生物炭,利用SEM、FTIR和BET分析软木生物炭的微观结构和化学特性,通过批量吸附实验研究软木生物炭对亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)两种阴阳离子染料的吸附性能,并联合动力学、等温线、热力学模型拟合以及结构表征解析吸附机理。【结果】微波膨化预处理得到的软木生物炭(MBC-90)表现出更加粗糙的表面和丰富的微孔和介孔,同时伴随着—OH官能团的减少和芳香性结构的增强,这使得MBC-90更适合吸附小分子染料MB;而水煮膨化预处理得到的软木生物炭(WBC-90)具有更大的孔隙和不规则的孔壁结构,并保留了更多的—OH官能团,这使得WBC-90更适合吸附大分子染料CR。MBC-90对MB的最大吸附容量达到193.63 mg/g,WBC-90对CR的最大吸附容量达到203.55 mg/g,均优于未膨化软木生物炭对MB(129.18 mg/g)和CR(121.44 mg/g)的最大吸附容量。MBC-90对MB和WBC-90对CR的吸附表现出优异的pH适应性,在pH为2~10的范围内保持较高的吸附容量。在经过5次吸附-脱附实验后,MBC-90对MB(95.43 mg/g)和WBC-90对CR(138.17 mg/g)仍具有良好的吸附稳定性和再生性能。吸附过程符合准一级动力学模型和Langmuir等温线模型,表明吸附过程以物理吸附为主导,并在生物炭表面形成单分子层覆盖。热力学分析进一步证实了吸附过程为自发进行的吸热反应,且膨化处理显著提高了吸附的自发性。综合分析表明,软木生物炭对染料分子的吸附机理涉及多重作用力,包括静电引力、氢键相互作用、π-π堆积效应以及孔隙填充。【结论】本研究通过微波和水煮膨化预处理提升了软木生物炭的染料吸附性能。除此之外,制备的软木生物炭还具有良好的pH适应性和循环利用性能,有望应用于工业废水处理,拓展生物质资源的综合利用途径。 展开更多
关键词 废水处理 染料 吸附剂 软木生物炭 膨化预处理 动力学 吸附等温线
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阻燃处理木质壁纸的结构与性能表征 被引量:6
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作者 李为义 张求慧 赵广杰 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期91-97,共7页
为了开发新型阻燃木质壁纸,采用复合阻燃剂(组成包括聚磷酸铵、季戊四醇、磷酸胍和纳米有机蒙脱土)对壁纸的面层装饰薄木和底层无纺纸分别进行超声浸渍处理,制成阻燃木质壁纸(FRWW)。采用锥形量热仪、扫描电镜和电子能谱、傅里叶红外光... 为了开发新型阻燃木质壁纸,采用复合阻燃剂(组成包括聚磷酸铵、季戊四醇、磷酸胍和纳米有机蒙脱土)对壁纸的面层装饰薄木和底层无纺纸分别进行超声浸渍处理,制成阻燃木质壁纸(FRWW)。采用锥形量热仪、扫描电镜和电子能谱、傅里叶红外光谱分别表征FRWW的阻燃性、表面微观结构和元素种类及含量、化学反应官能团。采用CIE1976(L*a*b*)色空间表色系统对阻燃前后木质壁纸的色差进行表征。结果表明:1)与PVC壁纸相比,FRWW的点燃时间延迟了2倍,热释放速率和有效燃烧热分别减少了8.88%和30.79%,总烟释放量和比消光面积分别减少了28.02%和53.09%,但FRWW的总热释放量、质量损失率及CO释放量与PVC壁纸的相差不大;2)FRWW比PVC壁纸的燃烧增长速率指数降低81.93%、火灾性能指数提高2.17倍,显示出前者具有更好的消防安全性;3)阻燃剂以不规则微米级粒状分布于FRWW表面,元素组成主要为C(31.15%)、O(42.07%)、N(19.77%)、P(5.67%)和其他微量元素;4)FRWW中的阻燃活性官能团(仲氨—NH和P—O—Ar)吸收峰位置在1 042和1 015 cm-1处;5)FRWW的色差值ΔE*ab仅为1.734,表明阻燃处理对木质壁纸的装饰效果影响较小。 展开更多
关键词 复合阻燃剂 木质壁纸 结构与性能 表征
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氯化锌浸渍处理对樟子松热处理材尺寸稳定性和处理能耗的影响 被引量:3
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作者 王博 何正斌 +1 位作者 王振宇 伊松林 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期123-131,共9页
【目的】本研究旨在探究弱酸性氯化锌溶液浸渍对热处理材的尺寸稳定性以及处理能耗的影响。【方法】采用质量分数5%的氯化锌溶液浸渍樟子松试样,并进行不同温度的热处理,通过试样吸湿后的尺寸和质量变化分析,评价浸渍–热处理樟子松试... 【目的】本研究旨在探究弱酸性氯化锌溶液浸渍对热处理材的尺寸稳定性以及处理能耗的影响。【方法】采用质量分数5%的氯化锌溶液浸渍樟子松试样,并进行不同温度的热处理,通过试样吸湿后的尺寸和质量变化分析,评价浸渍–热处理樟子松试样的尺寸稳定性和吸湿性,并结合红外光谱分析、X射线衍射分析以及能耗计算,阐明浸渍–热处理对试样尺寸稳定性的影响机制和能量消耗情况。【结果】氯化锌浸渍–热处理组的性能提升效果比热处理组更明显;随着热处理温度的升高,木材的吸湿性降低,尺寸稳定性提高,热处理组和浸渍–热处理组的体积湿胀率分别从3.5%、3.4%下降到2.6%、2.1%;两种处理方式下的处理材红外吸收光谱图中均没有产生新的官能团特征峰,但羟基数量均随着温度升高而明显降低;处理材的相对结晶度呈上升趋势,热处理组和浸渍–热处理组分别由36.05%、38.77%提升到48.51%、53.04%;浸渍–热处理组试材在160℃达到的处理效果比仅进行180℃热处理达到的处理效果更好,同时因为前者的处理温度更低,所以能够减少处理过程中的能耗,在所研究的温度范围内最高可减少10%的能耗。【结论】相比樟子松热处理改性,氯化锌浸渍–热处理联合改性可以通过更低的热处理温度使樟子松达到相同的尺寸稳定性,有助于热处理工序的节能减排,对于力学性能方面的影响则需要进一步深入研究。 展开更多
关键词 樟子松 木材热处理 氯化锌浸渍 尺寸稳定性 能耗差异
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MIL-100(Fe)处理杨木的阻燃性能研究 被引量:1
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作者 曹婷 张晔 +1 位作者 孙子清 王明枝 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期152-162,共11页
【目的】为提高木材的阻燃抑烟性能,本研究采用金属有机框架材料(MOF)作为新型阻燃剂,选用MIL-100(Fe)处理木材,制备一种绿色环保的阻燃材料,旨在为木材阻燃提供新思路。【方法】以MIL-100(Fe)为阻燃剂,采用常压浸泡(WJP组)和真空加压浸... 【目的】为提高木材的阻燃抑烟性能,本研究采用金属有机框架材料(MOF)作为新型阻燃剂,选用MIL-100(Fe)处理木材,制备一种绿色环保的阻燃材料,旨在为木材阻燃提供新思路。【方法】以MIL-100(Fe)为阻燃剂,采用常压浸泡(WJP组)和真空加压浸渍(W-JZ组)两种方法,在木材体内原位合成MIL-100(Fe)。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析处理材形貌结构;采用氮气吸附法对处理材的孔隙结构进行表征;采用极限氧指数、热重测试、锥形量热测试评估处理材的热稳定性和阻燃抑烟性能;最后采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱对残炭进行形貌结构表征并进行机理分析。【结果】两种处理方法均可在木材内原位合成MIL-100(Fe),其中W-JZ组有更多的MIL-100(Fe)前驱体溶液进入木材内部并完成结晶,质量增长率达24.36%,形成的晶体结构更完整均匀,尺寸更小。MIL-100(Fe)处理材表现出良好的热稳定性,其中W-JZ组残炭率提升了39.99%,热质量损失速率峰值降低了26.47%。MIL-100(Fe)处理材的总热释放量和总烟释放量降低,阻燃抑烟性能良好。MIL-100(Fe)发挥凝聚相与气相阻燃作用。其分解过程中可释放不可燃气体稀释可燃气体浓度,同时利用多级孔结构吸附烟气。分解后形成的Fe_(3)O_(4)催化木材脱水反应生成致密的炭层,阻止热量和氧气的传递及可燃性挥发产物的释放。【结论】本研究采用MIL-100(Fe)阻燃剂处理木材,有效提高了木材的热稳定性与阻燃抑烟性能,丰富了现有木材阻燃体系。 展开更多
关键词 木材阻燃 速生杨木 原位合成 金属有机框架材料(MOF)
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基于TG-FTIR的杨木热解过程中脲醛树脂影响机理的模型物研究 被引量:7
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作者 李思锦 母军 张宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1497-1501,共5页
热解是废弃人造板高效回收利用的方式,人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板,解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂(UF)对木材热解特性的影响,深入探索UF对人造板中木材... 热解是废弃人造板高效回收利用的方式,人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板,解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂(UF)对木材热解特性的影响,深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制,以杨木及木材的三种主要组分(纤维素、半纤维素、木素)为研究对象,创新性地依据杨木的化学组成,以纤维素、木聚糖和木素配制成模型物,并加入UF模拟人造板的构成。利用热重红外光谱联用(TG-FTIR)分析法,对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。热重及红外结果表明,UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构,释放大量氨气,并且在200~300℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。由此推测,在人造板热解过程中,木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。 展开更多
关键词 热解 杨木 脲醛树脂 模型物 热重红外光谱法
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低分子量酚醛树脂处理对杉木细胞壁的改性机理研究 被引量:8
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作者 黄艳辉 费本华 赵荣军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3356-3359,共4页
木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂,优化木材处理工艺,提高木材密度、力学、尺寸稳定性等各项性能的关键。以人工林杉木为研究对象,采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理,通过高精度、... 木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂,优化木材处理工艺,提高木材密度、力学、尺寸稳定性等各项性能的关键。以人工林杉木为研究对象,采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理,通过高精度、高分辨的X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和核磁共振仪(NMR)(采用交叉极化/魔角旋转法进行连续测试)对处理和对照试样的相关物理和化学性能进行了对比分析,研究结果表明:水溶性低分子量PF处理后,试样的结晶度与未处理的对照样相比,数值降低明显,平均降低率分别为12.67%,11.91%和6.26%。结合FTIR和NMR13 C的检测谱图发现,水溶性低分子量PF改性后的杉木与对照杉木相比,没有增加新的酯类、醚类等官能团特征峰和化学位移,认为水溶性低分子量PF不能与杉木发生明显的化学反应,但会进入到结构较松散、空隙尺寸较大、相对面积较多的管胞细胞壁中的非结晶区,形成物理性的充填,最终引起杉木相对结晶度的降低。本研究对于研发新型木材改性试剂、优化木材改性处理工艺具有重要的参考价值,研究结果还将为进一步探明木材细胞壁的改性机制、丰富木材细胞壁的改性理论提供重要的依据。 展开更多
关键词 木材 细胞壁 酚醛树脂 傅里叶变换红外光谱 改性
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太阳能预干联合热压干燥对桉木单板物理性能的影响 被引量:3
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作者 张新宇 张静 +1 位作者 母军 储德淼 《西北林学院学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期246-251,共6页
近年来木材太阳能干燥技术取得了一定的进展,但太阳能的不连续、不稳定性使其难以实现连续化干燥,因此联合干燥成为了发展热点。针对桉木单板探索了联合干燥对单板物理性能的影响,模拟太阳能将单板含水率由50%预干至25%~30%,然后联合热... 近年来木材太阳能干燥技术取得了一定的进展,但太阳能的不连续、不稳定性使其难以实现连续化干燥,因此联合干燥成为了发展热点。针对桉木单板探索了联合干燥对单板物理性能的影响,模拟太阳能将单板含水率由50%预干至25%~30%,然后联合热压干燥;设置热压温度为140℃、160℃、180℃、200℃,时间为2、3 min,压力为0.5 MPa。对联合干燥单板的压缩率,导热系数、表面颜色、平衡含水率进行测定,并采用扫描电子显微镜、傅里叶红外及XRD衍射光谱对微观层面变化进行分析。研究表明,太阳能预干联合热压干燥相比全程采用太阳能干燥节省时间约为50%;随着热压干燥温度的增加,单板厚度压缩率增大,导热系数增加率最大为14.6%,明度值L*降低范围为0.4%~12.81%,表面颜色朝着暖色调方向发展;与未处理材相比,联合热压干燥后单板的平衡含水率呈降低趋势,最大减小约20%,且由XRD分析可知,联合热压干燥可使单板纤维素相对结晶度增加,能在一定程度上提高单板的尺寸稳定性;SEM显示热压处理改善了表面裂隙,有助于提高后期的胶合质量。因此太阳能预干联合热压干燥能够提高单板干燥效率与应用价值,在一定程度上可以改善单板干燥质量。 展开更多
关键词 太阳能预干 热压 联合干燥 桉木单板 物理性能
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硅烷偶联剂对阻燃处理杨木的防水阻燃性能影响 被引量:6
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作者 张丽 储德淼 +2 位作者 时雪彤 张晓滕 母军 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期19-24,共6页
为了改善氮磷为主成分的BL阻燃剂易吸湿性缺陷,本文采用硅烷偶联剂CG-N1613(十六烷基三甲氧基硅烷)对阻燃处理试件进行二次浸渍处理,同时对比石蜡乳液浸渍、表面涂覆清漆处理以及对素材进行混合浸渍(阻燃剂与石蜡乳液的复配混合液),对... 为了改善氮磷为主成分的BL阻燃剂易吸湿性缺陷,本文采用硅烷偶联剂CG-N1613(十六烷基三甲氧基硅烷)对阻燃处理试件进行二次浸渍处理,同时对比石蜡乳液浸渍、表面涂覆清漆处理以及对素材进行混合浸渍(阻燃剂与石蜡乳液的复配混合液),对处理材的防水性能(吸湿性、表面润湿性、抗流失性)和阻燃性能(氧指数LOI、烟密度等级SDR)进行了评估,探究出较优的处理方法。实验表明,BL阻燃剂处理试件的吸湿率为14.58%,二次浸渍硅烷偶联剂的试件吸湿率降低为12.05%,接触角高达133.94°,抗浸提值LRV由-2.11%提升到41.73%,氧指数LOI由32.2%提高到40.5%;最大烟密度值与仅BL阻燃剂处理基本相同,烟密度等级SDR均小于75。二次浸渍硅烷偶联剂的试件不仅防水效果明显提高,并且在一定程度上保持并提高了其阻燃效果。 展开更多
关键词 硅烷偶联剂 BL阻燃剂 防水性能 阻燃性能
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万寿菊秸秆微观形貌和化学组成的变异研究 被引量:1
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作者 杨国超 王楠 +3 位作者 黄新鑫 耿亚茹 刘婧 张求慧 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期149-156,共8页
【目的】研究万寿菊秸秆的微观形貌、化学元素组成和官能团的变异规律,可以在微观尺度和分子水平上为科学合理利用农作物秸秆提供技术依据。【方法】采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和电子能谱(EDS)表征万寿菊秸秆横切面的微观结构变异和化... 【目的】研究万寿菊秸秆的微观形貌、化学元素组成和官能团的变异规律,可以在微观尺度和分子水平上为科学合理利用农作物秸秆提供技术依据。【方法】采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和电子能谱(EDS)表征万寿菊秸秆横切面的微观结构变异和化学元素组成变异情况;采用彩色图像计算机分析系统,对万寿菊秸秆的上段、中段、下段进行胞壁率测量;采用傅里叶一维红外光谱(FTIR)、二阶导数光谱(SDIR)和二维相关红外光谱(2DIR)表征万寿菊秸秆沿高度方向上的官能团变异规律。【结果】万寿菊秸秆的径向尺寸在上段变异较小(极差为7.3),而在中段和下段的变异较大(极差分别是10.0和10.7);万寿菊秸秆的上段组织结构"粗疏",但在中段和下段的管孔直径及分布密度差异不大,导管类型主要是单管孔或复管孔,万寿菊秸秆的碳氧比在高度方向由上至下为0.73、0.79、0.83,呈现递增趋势,氮元素原子百分比也有同样趋势;万寿菊秸秆的胞壁率沿径向由内向外,高度方向由上向下均呈现出递增趋势;万寿菊秸秆不同高度对应的FTIR谱图在2 816~2 972 cm-1、1 651、1 461 cm-1、849~800 cm-1处,SDIR谱图在1 700、1 280 cm-1处,以及2DIR谱图在3 240~3 409 cm-1、2 921、2 850、1 619 cm-1处均存在较明显变化,表明对应官能团的种类与吸收峰强度和秸秆高度位置的变化有一定的相关性。【结论】通过对万寿菊秸秆微观形貌和官能团分析,揭示了万寿菊秸秆的径向尺寸、内部组织结构、碳氧原子百分比、细胞的胞壁率与秸秆生长高度方向的对应关系;推测出秸秆主要化学成分所含官能团的种类和数量在秸秆生长高度方向上的变异规律。 展开更多
关键词 万寿菊秸秆 微观形貌 化学组成 变异规律
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纳米纤维素制备及壳聚糖/NCC复合膜的性能研究 被引量:7
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作者 母军 汤立秋 张瑞涵 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期83-85,173,共4页
为了探究包装废弃物瓦楞纸板的回收再利用价值,以杨木浆板为对照,采用包装废弃物瓦楞纸板进行纳米纤维素(NCC)的制备,并以不同比例的NCC和壳聚糖复合成膜,比较研究了NCC含量对壳聚糖/NCC复合膜的膜性能的影响。废弃瓦楞纸板制备NCC的... 为了探究包装废弃物瓦楞纸板的回收再利用价值,以杨木浆板为对照,采用包装废弃物瓦楞纸板进行纳米纤维素(NCC)的制备,并以不同比例的NCC和壳聚糖复合成膜,比较研究了NCC含量对壳聚糖/NCC复合膜的膜性能的影响。废弃瓦楞纸板制备NCC的得率为53.87%,NCC形态为纺锤形,长度和直径范围分别为54~87nm和3~5nm,与杨木浆板NCC的形态相同,但长度较短。随纳米纤维素含量的增加,复合膜的抗拉强度及伸长率均有所提高,透湿量先增加后减少;透光率没有明显变化,均达99.8%以上。以瓦楞纸板NCC制备的壳聚糖/NCC复合膜的抗拉强度和伸长率略低于以杨木浆板NCC的复合膜。研究结果表明:废弃瓦楞纸板可作为NCC制备的来源,用于壳聚糖/NCC复合膜的制备并改善成膜性能。 展开更多
关键词 纳米纤维素 壳聚糖 纳米纤维素的制备 复合膜性能
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5种N-P阻燃剂阻燃抑烟性能的CONE分析 被引量:10
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作者 储德淼 母军 +1 位作者 张晓滕 赵阳 《西南林业大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2015年第3期83-89,共7页
为进一步研究和改进N-P阻燃剂的性能,采用质量分数10%的APP、BL、MBL、GUPR以及WR等5种木材N-P阻燃剂,60℃真空(-0.5MPa)浸渍处理速生杨木,对其进行极限氧指数、烟密度以及锥形量热分析。结果表明,无机型阻燃剂APP、BL、MBL的载药率均较... 为进一步研究和改进N-P阻燃剂的性能,采用质量分数10%的APP、BL、MBL、GUPR以及WR等5种木材N-P阻燃剂,60℃真空(-0.5MPa)浸渍处理速生杨木,对其进行极限氧指数、烟密度以及锥形量热分析。结果表明,无机型阻燃剂APP、BL、MBL的载药率均较高,BL和MBL处理试样极限氧指数达40以上,阻燃性能良好;有机型阻燃剂GUPR的载药率最低,但其阻燃效率最高,抑烟效果最优;阻燃剂(除WR)使木材耐热性能降低,木材热解进程提前,HRR峰值出现时间推迟;复合型阻燃剂WR延缓热解进程的能力最强,碳层阻隔能力优良,但抑制热释放速率的能力较差;与BL相比,MBL处理试样燃烧总烟气释放量减少,特别是在前300 s内CO释放量降低26.2%,燃烧反应更为缓和,整体阻燃效果提高。 展开更多
关键词 速生杨木 氮磷阻燃剂 阻燃性能 抑烟性能 锥型量热仪
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复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与动力学分析 被引量:5
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作者 张晓滕 薛磊 +2 位作者 张宇 储德淼 母军 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期112-117,共6页
为研究复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与阻燃机理,利用热分析法对蒸馏水、聚硅酸磷酸二氢铝(AlSi)、NP阻燃剂(N-P)、聚硅酸磷酸二氢铝复合NP阻燃剂(N-P-Al-Si)处理杨木(编号为A、B、C、D)的燃烧性能进行探讨,分别运用Ozawa-Fly... 为研究复合NP阻燃剂处理杨木的热解特性与阻燃机理,利用热分析法对蒸馏水、聚硅酸磷酸二氢铝(AlSi)、NP阻燃剂(N-P)、聚硅酸磷酸二氢铝复合NP阻燃剂(N-P-Al-Si)处理杨木(编号为A、B、C、D)的燃烧性能进行探讨,分别运用Ozawa-Flynn-Wall法和修正Coats-Redfern法计算阻燃杨木活化能。结果表明:A仅有1个热解阶段,此阶段的活化能值为65~70 k J/mol。阻燃处理材的热解大致分为2个阶段,D的主要热解阶段介于B、C之间,其热释放速率缓慢,失重速率和失重量最小。并且在不同的升温速率下D的失重趋势一致,随着升温速率的增大,失重曲线向高温方向移动。D第1、2阶段的活化能分别为120、240 k J/mol,均显著大于C(115 k J/mol),表明Al-Si与N-P复配后的阻燃效率得到提高。 展开更多
关键词 杨木 阻燃 热解 动力学
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