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利用丰富的农作物秸秆资源替代木材资源,并解决人造板的甲醛释放问题已经成为近年来的研究热点。为了开发无甲醛棉秆重组材人造板,本研究以棉秆为基料,以葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)、壳聚糖(chitosan,CA)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)三元共混胶粘剂为粘结剂,利用热压技术制备无甲醛棉秆重组材,对重组材的热压工艺和三元共混胶粘剂的配比进行优化,利用优化的热压工艺和共混胶粘剂配比制备了性能符合国家标准的无甲醛棉秆重组材,通过扫描电子显微镜和荧光显微镜观察等对其成板机理进行分析,测定棉秆重组材制备过程中热量传递与温度分布情况,通过无限大平板传热理论和假设,建立板坯热压过程中的传热微分方程,并对方程的预测准确性进行了验证,从而为无甲醛棉秆重组材的制备提供了理论和技术依据。论文的主要研究内容和取得结果如下:(1)测试了秸秆的化学组成成分和热学特性指标。利用纤维素分析仪、热特性分析仪和差示扫描量热仪(DSC)对不同来源秸秆的化学组成成分、棉秆和三元共混胶粘剂的热特性及比热容曲线进行分析,结果发现:棉秆的纤维素、半纤维素和木质素含量分别为402.79 g/kg、118.09 g/kg和151.01 g/kg;热特性分析仪测试得到,棉秆的导热系数和比热分别为0.13 W/m·℃和1363 J/kg·℃;对DSC测定棉秆和三元共混胶粘剂的比热容曲线进行分析可知,棉秆比热在常温至150℃温度区间范围内呈现先上升后下降的趋势,在90℃左右取得最大值,为3150 J/kg·℃,三元共混胶粘剂的比热在常温至105℃之间呈上升趋势,在105℃至160℃之间呈下降的趋势;利用扫描电子显微镜对三元共混胶粘剂的胶膜进行观察发现,三元共混胶粘剂的胶膜均匀一致,质地紧密,表明葡甘聚糖、壳聚糖和聚乙烯醇三者能较好的相溶。(2)优化得到三元共混胶粘剂制备棉秆重组材热压工艺参数。以静曲强度(modulus of rupture,MOR)、弹性模量(modulus of elasticity,MOE)和内结合强度(internal bond strength,IB)为指标,通过正交试验和单因素试验,对三元共混胶粘剂棉秆重组材制备工艺进行优化,得出最佳工艺参数为:热压时间15 min,板坯目标密度0.8 g/cm3和热压温度150℃。(3)优化得到棉秆重组材专用三元共混胶粘剂浓度配比。研究了葡甘聚糖、壳聚糖和聚乙烯醇的浓度及总固形物含量对棉秆重组材专用三元共混胶粘剂体系的胶合性能和黏度的影响,结果表明,棉秆重组材专用三元共混胶粘剂最优的配比为:葡甘聚糖浓度2.0%、壳聚糖浓度2.0%、聚乙烯醇浓度0.6%,此时的三元共混胶粘剂制备的棉秆重组材静曲强度、弹性模量和内结合强度分别为42.91 MPa、8.84 GPa和0.44 MPa,与未优化前的胶粘剂制备的棉秆重组材性能相当,但优化后的三元共混胶粘剂的黏度为73.2 Pa·s,显著低于未优化前的三元共混胶粘剂。(4)分析了三元共混胶粘剂在棉秆重组材中的渗透形式和成板机理。通过扫描电子显微镜和荧光显微镜观察了三元共混胶粘剂在棉秆重组材中的填充方式及棉秆的变形情况,用image-J软件分析了胶粘剂在棉秆中的渗透形式。结果发现,棉秆的变形程度随着热压压力增大而增加,当热压压力从2 MPa增加至5 MPa时,棉秆维管束中的筛管长宽比从1.7:1增加至3.4:1;棉秆纤维束表面附着的胶层随着板材施胶量的增加而变厚,当施胶量从100 g/m2增加至300 g/m2时,棉秆束表面附着的胶层厚度从0.3μm增加至0.9μm;三元共混胶粘剂在棉秆纤维束中渗透的主要形式是细胞腔渗透,三元共混胶粘剂与棉秆纤维束的结合方式有:机械结合、化学键结合、扩散结合和吸附胶接等。(5)给出了棉秆重组材板坯传热过程中的温度分布及其影响因素。利用热电偶和数据采集器,对棉秆重组材的板坯在热压过程中的温度分布进行测试,并分析了板坯传热过程中的影响因素,同时,用热特性分析仪对棉秆重组材板材的比热、热导率、热扩散系数等热特性进行了测试。结果表明,当板坯含水率从5%增加至20%,热压温度从110℃增加至190℃时,棉秆重组材板坯的芯层升温时间随板坯的含水率和热压温度的提高而减少;当板材密度从0.4 g/cm3增加至0.8 g/cm3时,棉秆重组材的热导率和比热随板材密度的增加而增加,板材施胶量和板材厚度对棉秆重组材板材的热导率和比热的影响不明显。(6)推导了三元共混胶粘剂棉杆重组材的传热微分方程并对其进行验证。结合无限大平板传热理论和假设条件,得到了板材的传热微分方程,对微分方程进行Matlab求解,得出了传热微分方程的数值解,并对求解结果进行了验证,得到该传热微分方程能较好的预测板材热压过程的温度分布和变化规律。为无甲醛农业生物质秸秆人造板的制备和研究提供了试验数据和理论依据。