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透明木材与透明椰纤维、麻纤维均是一种在保持生物质材料原有纤维素骨架的条件下,浸渍树脂,制备出具备高强度、高透过率的新型复合材料。本文对木材和生物质纤维(主要为椰纤维和麻纤维)两种生物质原料进行脱木质素处理,后使用高聚物使其透明化。并对制备的透明生物质材料进行透过率测试、雾度测试、静力学测试以及冲击测试等方面的研究。
本文选用亚氯酸钠(NaClO2,2%wt)与过氧化氢(H2O2,5mol/L)法脱除木质素,后真空浸渍环氧树脂的方法制备透明生物质材料。但不同的生物质材料所需要的制备工艺略有差别。
天然木材相比于椰纤维与麻纤维更加复杂,受到树种以及木材厚度的影响较大。树种密度增大,所需的脱木质素时间也将会相应增加。本文选用了三种密度差异较大的树种:巴尔沙木(Ochroma pyramidale)、泡桐木(Paulownia elongata)以及白椴木(Tiliatuan)。巴尔沙木密度最小,内部含有较多的孔隙,较易脱木质素和浸渍树脂。桐木中抽提成份含量较多,因此需要首先去掉抽提物以及打开闭塞的纹孔,本文选用氢氧化钠(NaOH)进行抽提物的提取以提高渗透性。椴木密度较大,脱木质素较困难,但拉伸性能最好。除了树种的影响外,厚度对透明木材的透过率影响也很大,木片的越厚木质素越难去除,因此透过率也就越低。而采用层合的方法有效使去除木质素的难度降低。对比两种层合方式,同向层合制作的透明木材透过率与单层透明木片相似,而异向层合时透过率低于单层透明木片。但异向层合对消除透明木材横向与顺向力学性能差异有明显的效果。
椰纤维与麻纤维的比表面积相对较大,尺寸要求较小,脱木质素处理以及环氧树脂浸渍处理都较为容易。制备透明椰纤维与透明麻纤维均使用亚氯酸钠法脱除木质素。椰纤维在本论文里采用的是短椰纤维的形式,平均的分散在环氧树脂中,后固化成型。而麻纤维采取编织的方式,编织成麻纤维布。实验结果表明,脱除木质素的处理后的椰纤维添加量不同,其性能会有较大的差别。透明椰纤维复合材料中椰纤维质量分数的增高会导致复合材料吸水增重率以及膨胀率的升高。透明椰纤维复合材料的透过率随着脱木质素处理的椰纤维添加量增加而降低,椰纤维添加量为5%wt的透明椰纤维复合材料的透过率最高,可以达到71%。但透明椰纤维因界面结合问题,力学性能较差。因此在透明麻纤维是采用编织的方式制备将麻纤维编织成疏麻纤维(HA)与密麻纤维(HB)两种纤维布,故其透明麻纤维的力学性能远强于透明椰纤维,且不像木材那样各向异性明显。透明麻纤维的尺寸限制较小,在脱木质素过程中不会像木材那样容易解体,且不易发生翘曲,是适合大规模生产的透明生物质材料。
综合对比所制备的几种透明生物质材料,透明巴尔沙木的透过率最好,制备耗能也较少,但力学性能较弱。透明椴木的力学性能最好,但因其本身密度较大,脱除木质素的过程较为费时。椰纤维与麻纤维脱除木质素较为便捷,但其因没有同木材那样的结构,所以需要使用编织的方法,提升其力学性能。对透明麻纤维的测试也证明了将生物质纤维通过先编织再透明化的方法可以在保证透过率的情况下很好的提升力学性能,其拉伸强度与透明巴尔沙木相似。
本文选用亚氯酸钠(NaClO2,2%wt)与过氧化氢(H2O2,5mol/L)法脱除木质素,后真空浸渍环氧树脂的方法制备透明生物质材料。但不同的生物质材料所需要的制备工艺略有差别。
天然木材相比于椰纤维与麻纤维更加复杂,受到树种以及木材厚度的影响较大。树种密度增大,所需的脱木质素时间也将会相应增加。本文选用了三种密度差异较大的树种:巴尔沙木(Ochroma pyramidale)、泡桐木(Paulownia elongata)以及白椴木(Tiliatuan)。巴尔沙木密度最小,内部含有较多的孔隙,较易脱木质素和浸渍树脂。桐木中抽提成份含量较多,因此需要首先去掉抽提物以及打开闭塞的纹孔,本文选用氢氧化钠(NaOH)进行抽提物的提取以提高渗透性。椴木密度较大,脱木质素较困难,但拉伸性能最好。除了树种的影响外,厚度对透明木材的透过率影响也很大,木片的越厚木质素越难去除,因此透过率也就越低。而采用层合的方法有效使去除木质素的难度降低。对比两种层合方式,同向层合制作的透明木材透过率与单层透明木片相似,而异向层合时透过率低于单层透明木片。但异向层合对消除透明木材横向与顺向力学性能差异有明显的效果。
椰纤维与麻纤维的比表面积相对较大,尺寸要求较小,脱木质素处理以及环氧树脂浸渍处理都较为容易。制备透明椰纤维与透明麻纤维均使用亚氯酸钠法脱除木质素。椰纤维在本论文里采用的是短椰纤维的形式,平均的分散在环氧树脂中,后固化成型。而麻纤维采取编织的方式,编织成麻纤维布。实验结果表明,脱除木质素的处理后的椰纤维添加量不同,其性能会有较大的差别。透明椰纤维复合材料中椰纤维质量分数的增高会导致复合材料吸水增重率以及膨胀率的升高。透明椰纤维复合材料的透过率随着脱木质素处理的椰纤维添加量增加而降低,椰纤维添加量为5%wt的透明椰纤维复合材料的透过率最高,可以达到71%。但透明椰纤维因界面结合问题,力学性能较差。因此在透明麻纤维是采用编织的方式制备将麻纤维编织成疏麻纤维(HA)与密麻纤维(HB)两种纤维布,故其透明麻纤维的力学性能远强于透明椰纤维,且不像木材那样各向异性明显。透明麻纤维的尺寸限制较小,在脱木质素过程中不会像木材那样容易解体,且不易发生翘曲,是适合大规模生产的透明生物质材料。
综合对比所制备的几种透明生物质材料,透明巴尔沙木的透过率最好,制备耗能也较少,但力学性能较弱。透明椴木的力学性能最好,但因其本身密度较大,脱除木质素的过程较为费时。椰纤维与麻纤维脱除木质素较为便捷,但其因没有同木材那样的结构,所以需要使用编织的方法,提升其力学性能。对透明麻纤维的测试也证明了将生物质纤维通过先编织再透明化的方法可以在保证透过率的情况下很好的提升力学性能,其拉伸强度与透明巴尔沙木相似。