硅系化合物-木基復(fù)合材料制備與性能評(píng)價(jià).pdf

1、隨著天然林木材的日益匱乏及社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)的人們對(duì)木質(zhì)品的廣泛需求,人工速生林木材已成為提供木材資源的主體,然而,其材質(zhì)疏松、密度低、幼齡材含量高和干燥時(shí)易變形開裂嚴(yán)重影響了利用水平和附加值提高,制約了我國(guó)速生林的發(fā)展。近年來(lái),硅系化合物,包括無(wú)機(jī)硅化合物如硅酸鹽、氟硅化合物、氯硅化合物等,有機(jī)硅化合物如硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅氧烷等廣泛應(yīng)用于速生林木材改性,得到的復(fù)合材料在物理力學(xué)、防腐抗蟲、尺寸穩(wěn)定、防火阻燃等方面都得到改善和增強(qiáng)。因此

2、,本文在綜合總結(jié)國(guó)內(nèi)外的眾多研究基礎(chǔ)之上,以楊木為基材,分別采用溶膠-凝膠法和浸漬硅溶膠法制備了兩類硅系化合物/楊木復(fù)合材料,且研究了含水率、基材預(yù)處理方式對(duì)復(fù)合材增重率及微觀構(gòu)造的影響。運(yùn)用SEM表征了材料的微細(xì)構(gòu)造,通過(guò)XRD、FTIR探討了復(fù)合材各組分間的結(jié)合方式,采用TG分析了復(fù)合材的熱性能,基于Doyle積分法構(gòu)建了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)方程；同時(shí)綜合比較分析了復(fù)合材的抗彎強(qiáng)度、彈性模量及表面硬度等物理力學(xué)性能,主要研究結(jié)論如下:

3、>　　 (1)溶膠-凝膠法制備出的復(fù)合材增重率大于浸漬硅溶膠法,且隨著基材含水率的增加,復(fù)合材增重率也呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。在浸漬硅溶膠處理過(guò)程中,不同的基材預(yù)處理方式對(duì)所得復(fù)合材的增重率有較大影響,先微波再偶聯(lián)劑預(yù)處理后制備的復(fù)合材增重率最大,其次是偶聯(lián)劑處理材,微波處理材次之,素材復(fù)合材增重率最小。
　　 (2)SEM觀察發(fā)現(xiàn),復(fù)合材保持了木材的多孔特性,反應(yīng)生成的固體物質(zhì)主要分布在木材的導(dǎo)管、木纖維、貫通導(dǎo)管與木纖維的紋孔及

4、細(xì)胞間隙之間,且在木纖維中含量最多；在橫切面上,它們以沉積的方式存在,而在縱切面上,它們與細(xì)胞壁物質(zhì)結(jié)合,產(chǎn)生了物理吸附、氫鍵及共價(jià)鍵等化學(xué)鍵。
　　 (3)通過(guò)XRD分析表明,與楊木素材相比,復(fù)合材的衍射峰位置沒(méi)有變化,只是衍射峰的強(qiáng)度有所減弱,生成的無(wú)定形態(tài)硅氧化合物沒(méi)有改變纖維素的結(jié)構(gòu)及晶面間距,但是影響了木材的結(jié)晶度。隨著增重率的增加,衍射強(qiáng)度越來(lái)越弱,且對(duì)纖維素(100)結(jié)晶面影響最大,對(duì)(040)結(jié)晶面影響最小。FT

5、IR分析發(fā)現(xiàn),木材的基本特征吸收峰都沒(méi)有變化,但是新的Si-O-Si鍵出現(xiàn)在復(fù)合材中,受硅氧基團(tuán)與細(xì)胞壁纖維素生成的氫鍵影響,Si-O-Si鍵的所有振動(dòng)都向高頻區(qū)移動(dòng)了30-40cm-1,然而,Si-O-C鍵由于生成量少且振動(dòng)較弱,在光譜圖上沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)。
　　 (4)TG分析表明,復(fù)合材在熱解階段的反應(yīng)溫度區(qū)間變小,縮短了高溫?zé)峤鈺r(shí)間,促進(jìn)炭化進(jìn)行；質(zhì)量損失率明顯減少,木材的熱穩(wěn)定性提高,表現(xiàn)出一定的阻燃特性。熱動(dòng)力學(xué)分析表明

6、,硅系化合物的引入,提高了熱解階段的活化能,降低了反應(yīng)速率,在一定程度上緩解了木材的熱解,對(duì)木材具有阻燃及保護(hù)作用。
　　 (5)溶膠-凝膠法制備的硅系化合物/楊木復(fù)合材的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量都小于楊木素材,但隨著增重率的增大,復(fù)合材的抗彎性能逐漸增強(qiáng)。浸漬硅溶膠法制備的硅系化合物/楊木復(fù)合材的抗彎性能表現(xiàn)出溶膠-凝膠法相似的變化趨勢(shì),但是基材經(jīng)過(guò)微波改性處理后的得到的復(fù)合材的抗彎彈性模量均高于楊木素材。兩種方法所得的復(fù)合材的