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再利用的“綠色”環(huán)保底板，在人造板工業(yè)的應用和節(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合結構生產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。將經最優(yōu)凍融循環(huán)處理的竹材與桉木復合，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、化和改善生產工藝。前期試驗研究結果表明經凍融循環(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，浸膠時間相應縮短；同時有效降低了集裝箱底板生產周期和成本，符合當下企業(yè)在經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構的變化；

4、X射線衍射儀（XRD）分析凍融處理前后竹材纖維微晶結構及相對結晶度變化；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。本論文主要研究結論如下：
　?。?）通過響應面分析表明，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＞融冰時間。四個因素的交互作用對浸膠量的影響均不顯著，其中在取值范圍內冰凍時間和循環(huán)次數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，得到的最優(yōu)

5、凍融循環(huán)工藝參數為循環(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量、硬度和強度的變化。研究發(fā)現凍融處理的竹材質量、硬度和強度都有不同程度的降低和損失，說明凍融循環(huán)處理產生的綜合多孔相達到極限應力值時帶動竹材組織結構內部空隙增大、裂紋擴展并相互連通，進而破壞竹材，導致其物理力學性能的損失。
　　

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，導致微孔的數量增多。簡而言之，凍融循環(huán)處理有益于竹材微孔結構等的擴大。
　　（4）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構的作用，分析處理前后微觀結構的變化。研究發(fā)現凍融循環(huán)處理的竹材，孔隙直徑變小，而纖維鞘的直徑變大。未處理竹材微觀結構在竹壁外側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。且經凍融循環(huán)處理后膠液填充內部組織比例增加，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，但相對結晶度減小。相對結晶度的變小，使得結晶區(qū)與無定型區(qū)發(fā)生變化，無定形區(qū)比例的增加，從而使竹材結構變得愈加疏松和散亂，疏松的竹材結構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，從而與基材產生較好的膠合

9、。
　?。?）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。
　?。?）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性能。研究發(fā)現經凍融循環(huán)預處理后壓制的竹基集裝箱底板上述各項物理力學性能除密度降低外，其他物理力學性能均

11、有所提高，且均達到國家標準使用要求。
　?。?）穩(wěn)定性試驗結果顯示，經凍融循環(huán)處理的竹材，與桉木復合制備的竹基集裝箱底板，相關物理力學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，設定的工藝參數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性能均可達到國家標準，可拓寬集裝箱底