基于凍融處理的竹基集裝箱底板工藝的研究.pdf

1、當今，在集裝箱行業(yè)資源利用方面最令人關(guān)注的議題莫過于，尋求一種熱帶硬木集裝箱底板材料的替代品。而竹子是一種環(huán)境友好型天然可再生材料，生長速度很快，具有較高的強度，優(yōu)良的韌性，耐磨性好，3～5年內(nèi)即可采伐使用。我國竹子資源豐富，原料來源廣泛，是熱帶硬木的優(yōu)良替代品，可有效減輕或緩解木材資源短缺和熱帶雨林生態(tài)惡化等的問題。與此同時竹基集裝箱底板是一種高效可重復(fù)再利用的“綠色”環(huán)保底板，在人造板工業(yè)的應(yīng)用和節(jié)能減排等方面都具有十分重要的意義。

2、
　　本論文研究分析由竹木復(fù)合結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制備的竹基集裝箱底板優(yōu)化工藝，主要是對竹材進行凍融循環(huán)處理，分析凍融機理與工藝因子的影響。將經(jīng)最優(yōu)凍融循環(huán)處理的竹材與桉木復(fù)合，采用酚醛樹脂膠合熱壓制備竹基集裝箱底板。通常在集裝箱底板的表層采用酚醛樹脂浸漬紙覆面，基材面層采用較為規(guī)整的大片竹席和竹簾，芯層材料采用部分竹簾和桉木單板。制備過程需考慮凍融竹材滲透、干燥及濕材浸漬酚醛樹脂膠黏劑等的工藝，并對相關(guān)性能進行檢測分析，效果予以表征，進而優(yōu)

3、化和改善生產(chǎn)工藝。前期試驗研究結(jié)果表明經(jīng)凍融循環(huán)處理的竹材干燥時間縮短，干燥速率提高；浸漬酚醛樹脂膠黏劑的滲透深度增加，滲透速率隨之提高，浸膠時間相應(yīng)縮短；同時有效降低了集裝箱底板生產(chǎn)周期和成本，符合當下企業(yè)在經(jīng)濟與效益上追求雙贏的宗旨和目標。同時借助多種表征手段分析原材料凍融循環(huán)處理后的特性，采用比表面積分析儀（BET）檢測材料凍融處理前后比表面積、孔徑和孔體積等的變化；掃描電子顯微鏡（SEM）觀察竹材凍融處理前后表面微觀結(jié)構(gòu)的變化；

4、X射線衍射儀（XRD）分析凍融處理前后竹材纖維微晶結(jié)構(gòu)及相對結(jié)晶度變化；接觸角測量儀（DSA30）測定凍融處理前后竹材表面對不同溶液的潤濕性能。本論文主要研究結(jié)論如下：
　?。?）通過響應(yīng)面分析表明，影響浸膠量的因素大小排列次序為融冰溫度＞冰凍時間＞循環(huán)次數(shù)＞融冰時間。四個因素的交互作用對浸膠量的影響均不顯著，其中在取值范圍內(nèi)冰凍時間和循環(huán)次數(shù)的交互作用對浸膠量的影響最為明顯。通過對二元回歸模型分析，在各因素取值范圍內(nèi)，得到的最優(yōu)

5、凍融循環(huán)工藝參數(shù)為循環(huán)4次，冰凍6h，融冰1.5h，融冰溫度60℃。且最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下，酚醛樹脂膠黏劑浸膠量的預(yù)測值為10.25％。
　?。?）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下，檢測竹材凍融處理前后質(zhì)量、硬度和強度的變化。研究發(fā)現(xiàn)凍融處理的竹材質(zhì)量、硬度和強度都有不同程度的降低和損失，說明凍融循環(huán)處理產(chǎn)生的綜合多孔相達到極限應(yīng)力值時帶動竹材組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙增大、裂紋擴展并相互連通，進而破壞竹材，導(dǎo)致其物理力學(xué)性能的損失。
　　

6、（3）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下，通過比表面積分析儀來檢測竹材凍融處理前后比表面積、孔徑和孔體積的變化。研究發(fā)現(xiàn)竹材的比表面積從未凍融處理前的0.88×10-2m2/g增加到了處理后的3.08×10-2m2/g，較未處理前比表面積增大了250%?？左w積從未凍融處理前的1.62×10-4cm3/g增加到了處理后2.18×10-4cm3/g，較未處理前孔體積增加了34.6%。而平均孔徑由未處理前的73.13nm降低到了處理后的28.31 nm

7、，較未處理前降低了61.3%，平均孔徑變小，導(dǎo)致微孔的數(shù)量增多。簡而言之，凍融循環(huán)處理有益于竹材微孔結(jié)構(gòu)等的擴大。
　?。?）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下，采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察凍融循環(huán)處理對竹材表面微觀結(jié)構(gòu)的作用，分析處理前后微觀結(jié)構(gòu)的變化。研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)處理的竹材，孔隙直徑變小，而纖維鞘的直徑變大。未處理竹材微觀結(jié)構(gòu)在竹壁外側(cè)的維管束分布較為疏松，形體較為不規(guī)整，橫切面接近橢圓形。而經(jīng)凍融循環(huán)處理的竹材，橫切面薄壁細胞

8、較大，形狀接近于圓形，彼此之間間隙明顯。且經(jīng)凍融循環(huán)處理后膠液填充內(nèi)部組織比例增加，滲透效果有所提高。
　?。?）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下，利用X射線衍射進行分析。研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)處理的竹材，主要的吸收峰沒有明顯變化，但相對結(jié)晶度減小。相對結(jié)晶度的變小，使得結(jié)晶區(qū)與無定型區(qū)發(fā)生變化，無定形區(qū)比例的增加，從而使竹材結(jié)構(gòu)變得愈加疏松和散亂，疏松的竹材結(jié)構(gòu)有助于酚醛樹脂膠黏劑等的進入和擴散，使之具有較好的滲透性，從而與基材產(chǎn)生較好的膠合

9、。
　　（6）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下就不同竹材部位、不同竹材厚度、不同含水率的影響進行接觸角測量試驗，分析竹節(jié)、竹厚、含水率對不同溶液的表面潤濕性能。研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)處理的竹材吸水率及浸膠量都有所提高；蒸餾水隨著時間的延長可在竹材各個位置完全潤濕；沒竹節(jié)的較有竹節(jié)的潤濕性能更好；竹材厚度較低時潤濕速度快，接觸角小，潤濕性好；隨著含水率的降低潤濕性能提高。
　　（7）在最優(yōu)凍融循環(huán)工藝條件下處理竹材，于竹材含水率40%，膠黏

10、劑固含量25%，浸膠10min，膠液溫度30℃的條件下進行濕材浸膠，浸膠后竹材干燥至含水率為8%～12%，與干燥后的桉木單板膠合組坯，并控制熱壓壓力為4MPa，熱壓溫度為150℃，熱壓時間為1.5min/mm，表層含水率為16%的條件下壓制竹基集裝箱底板。并測定底板的含水率、密度、抗彎載荷、膠合強度、順橫紋靜曲強度和彈性模量等物理力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)凍融循環(huán)預(yù)處理后壓制的竹基集裝箱底板上述各項物理力學(xué)性能除密度降低外，其他物理力學(xué)性能均

11、有所提高，且均達到國家標準使用要求。
　　（8）穩(wěn)定性試驗結(jié)果顯示，經(jīng)凍融循環(huán)處理的竹材，與桉木復(fù)合制備的竹基集裝箱底板，相關(guān)物理力學(xué)性能除密度稍微降低外，其他性能均有所提高，且符合國家標準使用要求。這說明通過響應(yīng)面建立模型得到的凍融循環(huán)工藝具有很好的穩(wěn)定性，且濕材浸膠工藝和熱壓工藝的最優(yōu)方案具有良好的可行性和穩(wěn)定性，設(shè)定的工藝參數(shù)具有一定的參考價值。在此條件下壓制的竹基集裝箱底板其各項物理力學(xué)性能均可達到國家標準，可拓寬集裝箱底