竹材等离子体处理工艺优化并在重组竹中的应用

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发展重组竹是解决当前人造板生产原料短缺的重要途径,但是竹青、竹黄胶合性能差,目前重组竹生产中通常需要进行去青去黄。本文通过对炭化和未炭化的竹材表面进行等离子体处理,以“竹材表面接触角综合降低比”作为竹材等离子体处理后的改善表面润湿性的评价指标,考察了单因素条件(处理气体、气体压强、处理时间、处理功率)对竹材表面接触角的影响以及等离子体处理的时效性。根据响应面分析法原理,对炭化竹材等离子体处理的影响因素进行了Box-behnken优化设计,并研制一种采用等离子体技术制造重组竹的方法,最后通过FT-IR与ESEM分析了竹材的表面组分、表面形貌,探析了等离子体处理提高竹材表面润湿性的机理,得出以下结论:(1)炭化处理会使得竹材表面润湿性下降,胶合性能降低。等离子体处理对炭化竹片的处理效果比未炭化好,其中竹青等离子体处理效果最好,竹黄次之,竹肉最不明显。氧等离子体处理效果最好,等离子体处理在工作范围内气体压强对竹材表面润湿性影响不大,随着处理时间、功率的增大,竹材表面润湿性先增大后减小。炭化竹片的等离子体处理的时效性明显大于未炭化竹片,在实际重组竹生产中,炭化竹材经等离子体处理后3d内有效,而未炭化的竹材经等离子体处理后可以延长到5d内有效。(2)对炭化竹束进行等离子体处理的工艺条件进行响应面优化设计,得出由炭化竹材压制的重组竹静曲强度的氧等离子体处理最佳优化工艺为:处理时间103s,处理功率为141w,气体压强为38Pa,在该最佳处理工艺条件下,重组竹的静曲强度为169.9MPa。比未处理材压制的重组竹静曲强度提高了46.7%。(3)以重组竹静曲强度为指标,等离子体处理对炭化竹束的处理效果好于未炭化竹束的处理效果。去竹青竹黄、等离子体处理和炭化处理对重组竹的弹性模量均影响不大。研制一种采用等离子体技术制造重组竹的方法,即采用去竹青竹黄的炭化竹束作为表层,经过等离子体处理的带竹青竹黄的未炭化竹束作为芯层的组坯方式来压制重组竹,制备的重组竹与去竹青竹黄的炭化重组竹相比:吸水厚度膨胀率、弹性模量相近,静曲强度提高了27.1%。(4)红外光谱分析表明:氧等离子体处理前后竹材表面特征峰均存在,炭化竹材部分峰的峰面积发生了相对的变化,而未炭化竹材红外光谱图基本没有变化。环境扫描电镜分析表明:氧等离子体处理可以刻蚀竹材表面,并使得竹材表面出现不同程度的裂痕或者凹陷。
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