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Luận án tiến sỹ tại trung quốc, sử dụng keo đậu trong sản xuất ván nhân tạo; sản sất ván dăm phức hợp từ gỗ dương, cỏ đuôi lang, rơm rạ; chế tạo nhựa gỗ WPC từ sợi cỏ đuôi lang và nhựa HDPE. nghiên cứu công nghệ và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
分类号 041.8 学位代码 208 UDC 665.9 学校代码 10298 密 GK 学 6210204 级 号 南 京 林 业 大 学 研 究 生 博 士 学 位 论 文 论文题目：豆胶杨木/麦秸和狼尾草复合人造板的工艺 及特性研究 作 者：吴英山 （NGO ANH SON） 专 业：木材科学与技术 研究方向：人造板与胶粘剂 指导老师：张 洋 教 授 二〇一三年五月 摘 要 随着森林资源逐渐减少，自然环境日益恶化，人类可看见其已经影响到现在和将来。 保护资源、保护环境、充分开发和合理利用天然再生资源已是人们不断追求的目标。为了 使秸秆能够取代部分木材原料生产人造板，减少木材资源消耗，近年来在中国，随着农作 物秸秆人造板的生产技术日益完善，很多企业开始重视农作物秸秆人造板的生产。 本文参照制浆造纸原料分析的国家标准，对杂交狼尾草、华南象草、苏牧二号象草、 桂牧 号象草和象草进行了化学分析，并初步探讨和验证了杂交狼尾草用于刨花板和纤维 板生产的可行性。 目前生产刨花板常用的三醛胶，来源于不可再生的石油资源，在生产及使用过程中会 释放对人体及环境有害的甲醛物质。因此，研究环境友好型生物质胶粘剂豆胶在刨花板中 的应用具有重大的生态效益和环保意义。 采用正交试验的方法，分别以豆胶为胶黏剂、以豆胶和脲醛胶为胶黏剂、制造杨木/ 麦秸复合人造板，研究了施胶量、热压温度、热压时间、杨木/麦秸刨花质量比例等工艺 因素对杨木/麦秸复合刨花板的静曲强度、弹性模量、内结合强度、吸水厚度膨胀率等性 能的影响。结果表明：采用杨木、麦秸为原料制造豆胶杨木/麦秸复合刨花板和豆胶/脲醛 胶杨木/麦秸复合刨花板是可行的，其优化工艺参数为施胶量 14%、热压时间 12min、热 压温度 170℃，杨木/麦秸刨花质量比例 7/3。对于豆胶/脲醛胶混合，优化工艺参数为热压 时间为 min、热压温度为 170℃、施胶量为 14%、杨木/麦秸刨花重量比例为 50%/50%。 采用正交实验设计的方法，研究了豆胶胶黏剂的施胶量、热压温度、热压时间等工艺 因素对狼尾草刨花板的静曲强度、弹性模量、内结合强度、吸水厚度膨胀率等性能的影响。 研究结果表明：狼尾草应用在刨花板制造中是可行的；其中狼尾草刨花板制造的最佳工艺 参数为热压时间 12min、热压温度 170℃、施胶量 14%。 用狼尾草纤维板为基材，福建柏薄木贴面以及豆胶应用在纤维板贴面中的可行性，薄木贴 面狼尾草纤维板与狼尾草纤维板基材相比，MOE增加8.7%、MOR增加46.9%。最优工艺 参数为热压时间4min、热压温度130℃、施胶量200g/m2。 以聚乙烯 PE、狼尾草粉为原料，采用正交实验设计的方法，研究了草粉、草粉尺寸、 相容剂(PE-MAH)因素对复合材料性能的影响，研究结果表明，PE-MAH 可以增加草粉与 PE 的界面结合，提高复合材料的性能，合适的用量是 份左右;增加草粉含量(于 80 份) 可以提高复合材料的拉伸弹性模量、弯曲性能、吸水度，但拉伸强度有不同程度的降低。 草粉的理想用量是 60 份左右。 关键词：豆胶；杨木；麦秸；狼尾草；人造板 ABSTRACT Nowadays, the decline speed of forest resources happen rapidly, this natural resource is more and more rare Humans can see its impact now and in the future, so the protection of natural resources and environment, the development of researches as well as the recycle of material are significant and necessary for people In order to supply a large amount of raw materials, reducing consumption of timber resources for wood-based panels production In recent years, in China, along with the development of manufacture technology for straw-based panel, many factories begin to pay more attention to straw-based panel production In this paper，National standards for pulp and paper are used to analyze the chemical composition of elephant grass-Pennisetum Hybrid, South China elephant grass, Sumu No.2 elephant grass, Guimu No.1, and N51 elephant grass It is preliminary explored and validated that hybrid Pennisetum for particleboard and MDF production is feasible Presently the more commonly used resins in particleboard industry are UF, PF and MUF However, these resins are derived from non-renewable oil resources, and will release toxic formaldehyde in its producing and using So, there is much interest in developing environmentally friendly bio-based adhesives in the particleboard The poplar/wheat straw particleboard using soybean adhesive and using mixed soybean adhesive, urea-formaldehyde (UF) resins, soybean adhesive was studied in this paper By orthogonal theories the authors analyzed the effects under different levels of glue content, weight ratio, hot pressing temperature and hot pressing time on physical and mechanical properties of the particleboard including MOR, MOE, IB and TS The results showed that: it is available to manufacturing poplar/wheat straw particleboard using soybean adhesive; the optimal parameters were: glue content 14%, the weight ratio of poplar wood and wheat straw 70%/30%, hot pressing time 12min and hot pressing temperature 170℃and using mixed soybean adhesive, urea-formaldehyde (UF) resins; the optimal parameters were glue content 14%, the weight ratio of poplar wood and wheat straw 50%/50%, hot pressing time and hot pressing temperature 170℃ By using orthogonal theories, the authors analyzed the effects under different levels of glue content, temperature of hot pressing and hot pressing time on the physical and mechanical properties including MOR, MOE, IB and TS of the particleboard The results showed that: Pennisetum pureum could be used in particleboard production Using soybean adhesive the optimal parameters were glue content 14%, hot pressing time 12 and temperature of hot pressing was 170℃ Pennisetum MDF covered with soybean adhesive and Vietnam Fokienia hodginsii veneer is feasible Pennisetum fiberboard has an improvement in performance as substrate The optimal parameters were glue content 200g/m2, hot pressing time and temperature of hot pressing 130℃ Polyetylene (PE) and Pennisetum pureum powder were employed to prepare composites via twin-serew extrusion By using orthogonal theories, the authors analyzed the effects under different level of straw powder measurement of powder and PE-MAH compatibilizer on the properties of composite was studied，the technology of extrusion was discussed PE-MAH improved the affinity between straw powder and PE，so that it can improve the properties of the composite its suitable content was phr The tensile modulus，flexural strength and water sucking degree of the composite increased within creasing content of straw powder (typically 80phr)，however，the im-Pact strength decreased Key Word: Soybean adhesive; Poplar wood; Wheat straw; Pennisetum; Wood based panel 目 绪 论 1.1 中国木材资源及人造板发展现状 1.2 1.3 录 1.1.1 木材资源及速生杨木资源状况及其利用 1.1.2 农作物秸秆资源 1.1.3 中国的狼尾草资源及其利用 1.1.4 秸秆人造板国内外研究现状 大豆蛋白胶粘剂的研究发展 1.2.1 蛋白质的特性 1.2.2 豆胶的胶接理论 1.2.3 国外豆胶研究概况 10 1.2.4 中国豆胶研究概况 13 塑木复合材料的研究与发展概况 14 1.3.1 国外塑木复合材料研究概况 15 1.3.2 中国塑木复合材料研究概况 16 1.3.3 国外木塑产业发展趋势 16 1.3.4 中国木塑产业发展趋势 17 1.4 越南木材资源和木材加工业发展概况 17 1.5 研究目的和主要内容 18 狼尾草和象草的原料特性分析 23 2.1 2.2 狼尾草和象草有机溶剂抽出物分析 23 2.1.1 材料 23 2.1.2 仪器设备 23 2.1.3 试验方法和结果 23 狼尾草和象草灰分的分析 23 2.2.1 材料 23 2.2.2 仪器与方法 24 I 2.2.3 2.3 2.4 2.5 2.6 狼尾草和象草纤维素和半纤维素及综纤维素含量分析 24 2.3.1 材料与试剂 24 2.3.2 仪器与设备 24 2.3.3 试验方法 24 2.3.4 纤维素、半纤维素和综纤维素含量分析 26 狼尾草和象草木质素含量分析 26 2.4.1 材料 26 2.4.2 仪器与方法 26 2.4.3 结果与分析 26 狼尾草和象草的红外光谱分析比较 27 2.5.1 试验材料 27 2.5.2 试验仪器 27 2.5.3 结果与分析 27 结论 29 豆胶杨木/麦秸复合刨花板的工艺研究 31 3.1 结果与分析 24 试验材料和设备 31 3.1.1 试验材料 31 3.1.2 试验设备 32 3.2 试验方法 33 3.3 结果与分析 34 3.3.1 工艺参数对 MOE 与 MOR 的影响 34 3.3.2 工艺参数对 IB 的影响 36 3.3.3 工艺参数对 TS 的影响 37 3.4 豆胶杨木/麦秸刨花板的优化工艺参数 38 3.5 结论 39 豆胶/脲胶杨木/麦秸复合刨花板的工艺研究 41 II 4.1 4.2 试验材料和设备 41 4.1.1 试验材料 41 4.1.2 试验设备 41 4.1.3 试验方法 41 结果与分析 43 4.2.1 工艺参数对 MOE 与 MOR 的影响 43 4.2.2 工艺参数对 IB 的影响 45 4.2.3 工艺参数对 TS 的影响 46 4.3 豆胶/脲胶杨木/麦秸刨花板的优化工艺参数 47 4.4 豆胶/脲醛胶杨木/麦秸复合刨花板的性能对比 48 4.5 小结 49 豆胶狼尾草刨花板的工艺与特性研究 50 5.1 5.2 试验材料与方法 50 5.1.1 试验材料 50 5.1.2 试验设备 50 5.1.3 试验方法 50 结果与分析 52 5.2.1 工艺参数对 MOE 与 MOR 的影响 52 5.2.2 工艺参数对 IB 的影响 54 5.2.3 工艺参数对 TS 的影响 55 5.2.4 狼尾草刨花板的优化工艺参数 56 5.3 结论 56 狼尾草纤维板薄木贴面工艺研究 58 6.1 试验材料和方法 59 6.1.1 试验材料 59 6.1.2 试验仪器与设备 59 6.1.3 试验方法 59 III 6.1.4 6.2 6.3 结果与讨论 60 6.2.1 工艺参数对贴面纤维板 MOE 和 MOR 的影响 61 6.2.2 工艺参数对贴面纤维板胶合强度的影响 62 6.2.3 工艺参数对浸渍剥离性能的影响 63 6.2.4 狼尾草纤维板薄木贴面优化工艺参数 64 结论 65 狼尾草/塑料复合材料的工艺条件对其性能的影响 66 7.1 7.2 材料和方法 66 7.1.1 试验材料 66 7.1.2 试验设备 66 7.1.3 草塑复合材料制备工艺 66 结果与分析 68 7.2.1 工艺参数对拉伸强度与拉伸弹性模量的影响 68 7.2.2 工艺参数对弯曲强度与弯曲弹性模量的影响 70 7.2.3 工艺参数对耐水性能的影响 72 7.2.4 工艺参数对浸水试样拉伸和弯曲性能的影响 73 7.3 狼尾草/塑料复合材料的优化工艺参数 75 7.4 狼尾草/塑料复合材料扫描电镜分析 75 7.5 正交试验的因素水平 60 7.4.1 扫描电子显微镜原理 75 7.4.2 相容剂对草塑表面和断面扫描电镜分析 76 7.4.3 草粉用量对复合材料表面和断面 SEM 分析 77 7.4.4 草粉尺寸对复合材料表面和断面 SEM 分析 81 结论 83 总结论 85 IV V 7.2.3 工艺参数对耐水性能的影响 当将试样浸渍在 20℃、70℃的水，浸泡 天之内，重量变化的结果看在表 7.3。进行 方差和极差分析显示 7.9、7.10、7.11 表。 表 7.9 正交试验结果吸水性能在 20℃的方差分析表 Tab 7.9 Orthogonal test results water sucking performance at 20℃ analysis of variance table 方差来源 草粉的尺寸/mm 塑料/草粉比例 塑料/相容剂比例 误差 偏差平方和 0.719288889 1.446022222 0.122288889 0.104288889 自由度 2 2 F值 6.89708075 13.86554443 1.172597486 Fa=0.05（2,2） 19.00 19.00 19.00 显著性 由表7.9、7.11可知，在置信区间95%条件下，各因素对狼尾草复合草塑的吸水性能影 响不显著，即是各因素变化减小还是增加对吸水的性能影响很低。 表 7.10 正交试验结果吸水性能在 70℃的方差分析表 Tab 7.10 Orthogonal test results water sucking performance at 70℃ analysis of variance table 方差来源 草粉的尺寸/mm 塑料/草粉比例 塑料/相容剂比例 误差 偏差平方和 6.947466667 5.502466667 0.076866667 0.0674 自由度 2 2 F值 103.078140 81.6389713 1.14045499 Fa=0.05（2,2） 19 19 19 显著性 *** ** 在表7.10中方差分析显著，在置信区间95%条件下，草粉尺寸、塑料/草粉比例对吸水 性能响高显著、相容剂用量影响不显著。因素主次关系，草粉的尺寸>塑料草粉比例>塑 料/相容剂比例。 对狼尾草复合草塑的吸水性能进行极差分析，分析结果见表7.11。 表 7.11 吸水性能结果极差分析表 Tab 7.11 Analysis of testing results for water sucking performance 性能指标 吸水性能 20℃ 吸水性能 70℃ 草粉的尺寸/mm k1 k2 k3 R k1 k2 k3 R 塑料/草粉比例 0.94 1.40 1.62 0.68 3.15 4.70 5.22 2.07 0.88 1.23 1.85 0.97 3.29 4.65 5.13 1.85 由表7.11可看见在70℃材料吸水性能的最主要因素。 72 塑料/相容剂比例 1.41 1.39 1.16 0.26 4.43 4.41 4.23 0.21 图7.5 工艺参数对产品吸水性能的影响 Fig 7.5 Effects of technical parameters on water sucking performance 从表 7.11 和图 7.5 中可知：草塑复合材料试样在 70℃条件吸水量比 20℃下高，在 20℃ 条件下试样吸水重量在 1.85%以下，在 70℃条件下，草塑复合材料吸水试样重量增加从 3.14%到 6.03%。随草粉尺寸和草粉量增加，草塑复合材料吸水量有明显提高，相容剂用 量增加有利于草塑复合材料吸水率下降。这个增加的重量引起试样形变给性能带来不利影 响。 7.2.4 工艺参数对浸水试样拉伸和弯曲性能的影响 试样浸水以后，再测拉伸和弯曲的性能，正交试验结果在表 7.12 表 7.12 正交试验结果 Tab 7.12 Orthogonal test design and results 序 号 剩余拉 伸强度 保持率 于 20℃ /% 100.2 100.2 99.9 100.1 99.9 99.8 100.1 99.7 99.2 剩余拉 伸强度 保持率 于 70℃ /% 92.7 92.6 83.9 93.3 95.2 81.4 86.6 87.1 76.3 剩余拉 伸弹性 模量保 持率于 20℃/% 99.8 99.8 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.6 99.7 剩余拉 伸弹性 模量保 持率于 70℃/% 93.8 91.7 87.9 91.7 90.1 89.1 89.3 87.4 84.6 剩余弯曲 强度保持 率于 20℃/% 99.4 98.2 98.4 99.0 99.3 97.5 99.3 98.1 98.0 剩余弯 曲强度 保持率 于 70℃ /% 82.7 85.7 83.4 86.5 84.5 78.9 91.4 76.8 74.1 剩余弯 曲弹性 模量保 持率于 20℃/% 99.2 99.1 98.8 99.1 99.0 98.9 98.7 98.7 99.0 剩余弯 曲弹性 模量保 持率于 70℃/% 91.5 90.3 90.4 90.2 93.2 89.6 89.2 86.9 86.9 从表 7.12 可看出，泡水在 20℃每个性能变化太小。特别是对于拉伸强度，有一些试 样非但不降下去，反而增加，比如 1,2,4,7 的试样。因为水量透进不多，其结构变化更小 引出影响到性能较低，1,2,3,4 的试样有水量透最低（看表 7.3）。可这水量进去里面时，它 73 填满里面的漏洞做加强的连结，从此增加拉伸强度。 表 7.13 试验结果分析 Tab 7.13 Analysis of testing results for curve strength and curve elasticity modules 因子 草粉的 尺寸 /mm 塑料/草 粉比例 塑料/相 容剂 水 平 剩余拉伸强度率 /% (于 70℃ ) 剩余拉伸弹性模 量率/% (于 70℃ ) 剩余弯曲强度 率/% (于 70℃ ) 剩余弯曲弹性模 量率/% (于 70℃ ) k1 k2 k3 R k1 k2 k3 R k1 k2 k3 R 89.7 90.0 83.3 6.6 90.9 91.6 80.5 11.1 87.0 87.4 88.6 1.5 91.1 90.3 87.1 4.0 91.6 89.7 87.2 4.4 90.1 89.3 89.1 1.0 83.9 83.3 80.8 3.2 86.9 82.3 78.8 8.1 79.5 82.1 86.4 7.0 90.7 91.0 87.7 3.3 90.3 90.1 88.9 1.4 89.3 89.1 91.0 1.8 将试样泡进 70℃的水，性能结果可知明：复合材料草塑的性能都下降，下降地幅度较 大因为在 70℃水量进入试样较多，其结变松弛。 从表 7.13 可知草粉尺寸对拉伸强度、草粉用量对拉伸强度和弯曲强度、相容剂用量对 弯曲强度的影响比较明显，其它的影响不太大。看图 7.6、7.7 说明不同因素对复合材料草 塑性能的影响和变化的趋势。 图7.6 工艺参数对产品拉伸强度和拉伸弹性模量的影响 Fig 7.6 Effects of technical parameters on stretching strength and elasticity modules 74 图7.7 工艺参数对产品弯曲弹性模量的影响 Fig 7.7 Effects of technical parameters on curve strength and elasticity modules 7.3 狼尾草/塑料复合材料的优化工艺参数 经过方差和极差分析可看出如下，对于不同的指标而言，影响因素的主次顺序是不一 样的，不同指标所对应的最优组合条件也是不同的，但通过综合平衡分析可以得到综合的 优方案。针对体例具体平衡如下: 对拉伸强度的指标：影响因素的主次顺序为塑料/草粉重量比例>草粉尺寸>相容剂量， 塑料/草粉重量的因素是影响的最主要因素。优化的方案为塑料/草粉重量（k1）、草粉尺 寸（k1）、相容剂量（k2）。其中k1、k2、k3 为因素的水平。 对拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量的指标：影响因素的主次顺序为塑料/草 粉重量比例>草粉尺寸>相容剂量。优化的方案为方案为塑料/草粉重量（k3）、草粉尺寸 （k1）、相容剂量（k3）。 对吸水性能的指标：影响因素的主次顺序为草粉尺寸>塑料/草粉重量比例>相容剂量。 草粉尺寸的因素是影响的最主要因素。优化的方案为方案为草粉尺寸（k1）、塑料/草粉重 量（k1）、相容剂量（k3）。 由此可见，综合平衡法取得三个因素对五个狼尾草/塑料复合材料的指标影响的主次 顺序为因素影响的主次顺序为因素影响的主次顺序为塑料/草粉重量比例>草粉尺寸>相容 剂量，但是相容剂量条件在试验中，其影响对草塑复合材料不显著，即是随便减小还是增 加相容剂的用量对性能差别不大。优化的方案为方案为塑料/草粉重量（k3）、草粉尺寸 （k1）、相容剂量（k2）。 因此在满足草塑材料性能的前提下，应尽量减少施胶量、提高生产效率。根据上述原 则，得到的优化工艺参数为为塑料/草粉重量100/40份、草粉尺寸为 0.15mm以下、塑料/ 相容剂比例为100/8。按优化工艺参数制得的豆胶刨花板性能可以达到国标要求。 7.4 狼尾草/塑料复合材料扫描电镜分析 7.4.1 扫描电子显微镜原理 扫描电镜 (Scanning Electron Microscope ),简写为 SEM,是一个复杂的系统；浓缩 了电子光学技术真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。扫描电镜是在加速高 压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小的电子束。在试样表面进行扫 描,激发出各种信息,通过对这些信息的接收、放大和显示成像,以便对试样表面进行分析。 75 入射电子与试样相互作用产生如图 所示的信息种类。这些信息的二维强度分布随试样 表面的特征而变 (这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等) ,是将各种探测 器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号,再传送到同步扫描的显像管并调制其 亮度,就可以得到一个反应试样表面状况的扫描图。如果将探测器接收到的信号进行数字 化处理转变成数字信号,就可以由计算机做进一步的处理和存储。扫描电镜主要是针对具 有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分 析断口以及未经人工处理的自然表面。 扫描电镜可做如下观察: (1) 试样表面的凹凸和形状; (2) 试样表面的组成分布; (3) 可测量试样晶体的晶向及晶格常数; (4) 发光性样品的结构缺陷,杂质的检测及生物抗体的研究; (5) 电位分布; (6) 观察半导体器件结构部分的动作状态; (7) 强磁性体的磁区观察等。 扫描电镜的主要性能 ➢ 放大倍数 扫描电镜的放大倍数可用表达式 M=AC/AS 式中 AC 是荧光屏上图像的边长，AS 是电子束在样品上的扫描振幅。 目前大多数商品扫描电镜放大倍数为 20-20000 倍，介于光学显微镜和透射电镜之间。 ➢ 分辨率 对微区成分分析而言，它是指能分析的最小区域；对成像而言，它是指能分辨两点之间 的最小距离。 SEM 的分辨率大小与以下因数有关： • 入射电子束束斑直径 • 入射电子束在样品中的扩展效应 ➢ 景深 • 景深是指一个透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。 • 扫描电镜的景深为比一般光学显微镜景深大 100-500 倍，比透射电镜的景深大 10 倍。 • 景深取决于分辨本领和电子束入射半角 ac。由右下图可知，扫描电镜的景深 F 为： d F= tg d 临界分辨本领， c 电子束的入射半角。 c 7.4.2 相容剂对草塑表面和断面扫描电镜分析 实验以 PE-MAH 作为相容剂，其中 PE 料为 100 份、草粉粉为 60 份、PE-MAH 为 份。试验说明用 PE-MAH 能提高复合材料的力学能和物理性。从图 7.8 可以看出，复合 材料表面扫描电镜光滑，比较平整没有凹凸出现。草粉和塑料混合得比较均匀。 76 （a）8 份 PE-MAH 份 (b) 无 PE-MAH 图 7.8 PE-MAH 对复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.8 SEM micrographas for the surfaces of composite with PE-MAH contents 从图 7.9（b）当没用 PE-MAH 时，可以看到复合材料的内部结构，断面不平整没有 拉扯形态，组织结构疏松，草粉脱落形成很多凹坑，为脆性断裂行为。因此未能形成良好 的黏合分子层，复合材料力学和物理性较低。在图 7.9（a）中草颗粒与 PE 界面相对模糊， 有明显的拉扯现象，表明用相容剂时，增强了草粉与 PE 之间的粘接性，组织结构紧密， 在宏观上表现为复合材料的力学性能和物理性能有较大提高。 （a）8 份 PE-MAH (b) 无 PE-MAH 图 7.9 PE-MAH 对复合材料的断面 SEM 照片 Fig.7.9 SEM micrographas for the fracture surfaces of composite with PE-MAH contents 7.4.3 草粉用量对复合材料表面和断面 SEM 分析 实验以 PE-MAH 为 份，草粉尺寸为 0.15mm 以下，PE 为 100 份，草粉为 40、60、 80 份。 ➢ 对复合材料表面 SEM 分析 77 (b)放大 2000 倍 (a)放大 500 倍 图 7.10 在草粉量为 40 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.10 SEM micrographs for surfaces of the composites with 40 phr straw powder contents (a)放大 500 倍 (b)放大 2000 倍 图 7.11 在草粉量为 60 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.11 SEM micrographs for surfaces of the composites with 60 phr straw powder contents 从图 7.10，7.11，7.12 可以看出，在试验条件中随着草分量增加，复合材料的表面较 平整，草粉分布均匀，表面没有凹凸不平的坑洼。草粉量增加粗糙度也增加，亮度的图像 逐渐明起来。在图 7.10 没有看清楚草粉地分布因为草分量 40 份比塑料量较少。但图 7.11, 7.12 可看出草粉地分布，在图像，其显示为些亮点。 78 (a)放大 500 倍 (b)放大 2000 倍 图 7.12 在草粉量为 80 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.12 SEM micrographs for surfaces of the composites with 80 phr straw powder contents ➢ 对复合材料断面 SEM 分析 图 7.13 在草粉量为 40 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.13 SEM micrographs for surfaces of the composites with 40 phr straw powder contents 79 图 7.14 在草粉量为 60 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.14 SEM micrographs for surfaces of the composites with 60 phr straw powder contents 图 7.15 在草粉量为 80 份复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.15 SEM micrographs for surfaces of the composites with 80 phr straw powder contents 从图 7.14 到图 7.15 对比可发现，在不同草粉用量复合材料拉伸断面 SEM 照片有区别。 图 7.13 中，草粉量为 40 份时，草粉在基体质 PE 分散胶均匀，造成紧密结构的组织。断 裂时表面留下凹凸不平的坑洼但是表面没有发现漏洞和裂痕出来，因此复合材料的拉伸强 度相对高些。在 7.14 中草粉为 60 份时，断面加强凹凸不平，粗糙度增加因为草粉的加入 下了降 PE 基体连接性。因此，复合材料拉伸强度下降，耐水的性能变差。当草粉用量高 于 80 份时，看图 7.14 可见漏洞和裂痕出现，这反映复合材料组织疏松得多，质地脆弱。 随着草粉用量的增加，草粉凝聚现象加剧，各向异性的草粉颗粒引起应力集中及产生缺陷 的几率增大。从而拉伸强度继续下降下去。 80 7.4.4 草粉尺寸对复合材料表面和断面 SEM 分析 实验以 PE-MAH 为 份，PE 为 100 份，草粉为 60 份，草粉尺寸为 0.15mm 以下， 0.15-0.30，0.30-0.45mm。 ➢ 对复合材料表面 SEM 分析 (b)放大 2000 倍 (a)放大 500 倍 图 7.16 在草粉尺寸为 0.15mm 一下复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.16 SEM micrographs for surfaces of the composites at＜0.15mm straw powder (a)放大 500 倍 (b)放大 2000 倍 图 7.17 在草粉尺寸为 0.15-0.30mm 复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.17 SEM micrographs for surfaces of the composites at 0.15-0.30mm straw powder 81 (a)放大 500 倍 (b)放大 2000 倍 图 7.18 在草粉尺寸为 0.30-0.45mm 复合材料表面 SEM 照片 Fig.7.18 SEM micrographs for surfaces of the composites at 0.30-0.45mm straw powder 从图 7.16，7.17，7.18 可以看出，其表面较平整，草粉尺寸更大其表面更粗糙，均匀 度下降，甚至产生亮痕。 ➢ 对复合材料断面 SEM 分析 图 7.19 在草粉的尺寸为 0.15mm 以下对复合材料的断面 SEM 照片 Fig.7.19 SEM micrographas for the fracture surfaces of composite at 0.15mm straw powder 82 图 7.20 在草粉的尺寸为 0.15-0.30mm 对复合材料的断面 SEM 照片 Fig.7.20 SEM micrographas for the fracture surfaces of composite at 0.15-0.30mm straw powder 图 7.21 在草粉的尺寸为 0.45mm 对复合材料的断面 SEM 照片 Fig.7.21 SEM micrographas for the fracture surfaces of composite at 0.45mm straw powder 从图 7.19，7.20，7.21 可看出在不同草粉的尺寸对复合材料拉伸断面有区别的。随着草粉 尺寸增加，断裂时表面留下凹凸不平的坑洼，表面产生粗化面。图 7.21 粗糙度体现很明 显。尺寸增加引起减小塑料和草粉的接触，大尺寸为难在混合的过程中，样品不均匀。当 草粉尺寸为 0.15 以下草粉在基体树脂分散胶均匀，表面接触角增加，使符合材料的强度 较好。 7.5 结论 (1) 采用塑料和狼尾草为原料制造草塑复合材料是可行的； (2) PE-MAH 能改善木塑复合材料的相容性，提高其力学性能和可耐水老化性能； 83 (3) 塑料和狼尾草的草粉重量比例对草塑复合材料的主要性能有影响显著,在一定范围 内，草塑复合材料的拉伸弹性模量、弯曲性能随草粉用量增加而提高，但拉伸强度 有不同程度的降低。综合衡量各项指标，草粉的理想用量是 60 份左右，PE-MAH 为 份，草粉尺寸 0.15mm 以下。 参考文献 [1] 林建国，浦鸿汀，塑料制造, 2006, (3): 17 [2] Annon.Wood plastics composites set for growth in Europe British Plastics & Rubber , 2005(5): 28 [3] Ivan Lerner.High Durability and Low Maintenance Boost WPCProspect.Chemical Market Reporter , 2003, 264(22): 12 [4] 揣成智，李树，蔺艳琴.聚丙烯/接枝木纤维复合材料相容性及性能的研究[J].中国塑料，2000， 14(5):23-28 [5] 李思远，杨伟，史炜，等.木粉/聚丙烯复合材料力学性能及结晶行为研究[J].塑料工业，2005， 33(5):146-147 [6] 温原，丁建生，李茂彦.塑木复合材料和循环经济[J].新材料产业，2005，(7):60-63 [7] 王如寅，万超瑛，张勇，等.乙烯一甲基丙烯酸共聚物增容 PE 一比)/木纤维复合材料的研究[J].中国 塑料，2005，19(11):63-64 [8] 王澜，董洁，卜雅萍.聚氯乙烯屏舀壳粉木塑发泡制品的研究[J].塑料，2005，34(5):1-6 [9] ClemonsC Wood-plastic Compoosites in the United States the interfacing of Two industries[J] Forest Products Journal,2002,52(6):10-18 [10] 曾珊琪，刘春燕，王文中，等.塑木材料发展前景的探讨[J].包装工程，2005，26(4):23 84 总结论 世界森林资源逐渐减少，木材用量与日俱增，对于中国这样一个缺林少木、人口众多 的国家，如何高效的利用木材是至关重要的。另外中国是一个农业大国，每年产生大量的 农业剩余物秸秆资源包括粮食作物和经济作物。秸秆刨花板作为人造板家族中的一个主要 板种，与其它人造板相比，刨花板生产投资相对较少、能耗小、成本低、对木材原料的质 量要求不高。人工速生丰产林基地提供的木材、非木材原料(如蔗渣、竹子、农业剩余物）、 城市废弃木材等都可作为刨花板生产的原料，在木材资源紧缺的情况下这种优势就更加明 显。并且刨花板具有较好的物理力学性能，广泛应用于家具、装修、建材、厨具等行业。 所以说利用无醛、环保的豆胶胶粘剂和秸秆替代实木制造刨花板和草塑复合材料是解决我 国目前木材原料危机的一种有效途径。本文的主要研究内容和结论如下： 1) 灰分含量分析结果表明：在不同生长时期，华南象草，象草 N51，桂牧 号象草， 杂交狼尾草，苏牧二号象草的灰分含量都有不同程度的下降。 2) 在不同的生长时期里，华南象草、象草 N51、桂牧 号象草，杂交狼尾草，苏牧 二号象草这五种象草的纤维素含量都是随着生长发育的进行而分别有不同程度的升高。 3) 狼尾草和象草在不同的生长时期里其茎部的木质素含量是随着生长发育而不断增 加的，木质化程度越来越高。 4) 通过上述红外光谱的分析对比，狼尾草、象草特征吸收峰基本相同，差异不大。 因此在基本化学组成成分上差异不明显。 5) 用豆胶生产刨花板在生产过程中不产生任何的污染，对人和环境都没有危害，并 且能提高产品的档次和附加值。 6) 本文以杨木和麦秸为原料制造豆胶刨花板可以达到国家标准要求。其优化工艺为 热压时间为 12min、热压温度为 170℃、施胶量为 14%、杨木/麦秸刨花重量比例为 70%/30%，密度 0.75g/cm3。 7) 采用豆胶/脲胶混合，制造杨木/麦秸复合人造板比用豆胶制造刨花板的各项物理 和力学性能优越，豆胶/脲胶杨木/麦秸复合刨花板的优化工艺参数为热压时间 8min/板坯、 热压温度 170℃、施胶量 14%、杨木/麦秸刨花重量比例 50%/50%、密度 0.75g/cm3。 8) 试验证明了狼尾草应用在刨花板制造中的可行性，狼尾草用于刨花板生产对缓解 人造板原材料短缺具有现实意义，豆胶狼尾草刨花板的最优工艺参数为热压时间12min、 热压温度170℃、施胶量14%、密度0.75g/cm3。 9) 试验证明了采用狼尾草纤维板为基材、豆胶为胶黏剂、福建柏薄木贴面是可行的， 薄木贴面狼尾草纤维板与狼尾草纤维板基材相比，MOE增加8.7%、MOR增加46.9%。按 照优化工艺，薄木贴面狼尾草纤维板的最优工艺参数为热压时间4min、热压温度130℃、 施胶量200g/m2,薄木贴面狼尾草纤维板的表面胶合强度能够达到国家标准要求。 10) 采用塑料和狼尾草为原料制造草塑复合材料是可行的，PE-MAH 能改善木塑复合 材料的相容性，提高其力学性能和耐水老化性能，塑料和狼尾草的粉重量比例对草塑复合 材料的主要性能有显著影响,在一定范围内，草塑复合材料的拉伸弹性模量、弯曲性能随 85 草粉用量增加而提高，但拉伸强度有不同程度的降低。综合衡量各项指标，草粉的理想用 量是 60 份，PE-MAH 为 份，草粉尺寸 0.15mm 以下。 综上所述，本文章的研究成果具有一定的实际应用价值与参考的价值。特别对于我们 越南很有意义。豆胶刨花板的各项物理化学性能不亚于脲醛胶刨花板，而且，豆胶刨花板 由于环保性能上比脲胶刨花板好，价格上较便宜，比异氰酸酯更具价格优势，豆胶刨花板 在室内装修和家具制造以及安全卫生包装材料上有广阔的应用前景，因此豆胶刨花板的开 发与应用必将会给越南人造板行业带来新的契机。 86