發(fā)布時(shí)間：2020-07-06 12:17

【摘要】：我國(guó)2012年秸稈總產(chǎn)量預(yù)計(jì)超過(guò)7億噸，充分利用豐富的秸稈資源，增加生物質(zhì)秸稈的經(jīng)濟(jì)附加值成為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本研究以棉稈、甜高梁稈生物質(zhì)秸稈為原料,以熱塑性塑料高密度聚乙烯（HDPE）為膠合劑，采用熱壓工藝制備了生物質(zhì)秸稈-HDPE定向秸塑板，研究了生物質(zhì)秸稈的熱穩(wěn)定性以及秸塑板熱壓過(guò)程中的熱傳導(dǎo)和秸稈熱解問(wèn)題，探討了熱壓法制備定向秸塑板的成材機(jī)理，取得的主要結(jié)論如下： 1.使用高效液相色譜儀分析了甜高梁稈的化學(xué)成分，結(jié)果表明甜高梁稈的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和水溶性糖的含量分別為24.58%，21.07%，19.08%和10.38%。 2.使用TGA分析了棉稈、甜高梁稈及其表皮和髓芯的熱穩(wěn)定性，得到其熱解溫度分別為236.0℃、185.8℃、199.9℃和179.2℃；在秸塑板熱壓過(guò)程中，甜高梁稈中水溶性糖和木質(zhì)素受熱最先熱解，其次是半纖維素，纖維素受熱最穩(wěn)定。 3.分別以HDPE粉末和HDPE薄膜為膠合劑，開(kāi)發(fā)了棉稈-HDPE定向秸塑板和甜高梁稈-HDPE定向秸塑板。研究了秸稈長(zhǎng)徑比、熱處理溫度和HDPE塑料含量對(duì)秸塑板物理力學(xué)性能的影響，得到：秸稈長(zhǎng)徑比越大，棉稈-HDPE秸塑板的力學(xué)性能越好；棉稈熱處理溫度為103℃和140℃時(shí)，制備的秸塑板力學(xué)性能最優(yōu)，熱處理溫度為170℃時(shí)，秸塑板的吸水厚度膨脹率最低；添加10%的HDPE的甜高梁稈-HDPE定向秸塑板的力學(xué)性能、耐水性能和斷面密度均勻性，比未添加HDPE的甜高梁稈定向板有較大改善，但HDPE添加量從10%增加到40%時(shí)，板材的力學(xué)性能有下降趨勢(shì)；添加的MAPE、PF和pMDI偶聯(lián)劑增強(qiáng)了生物質(zhì)秸稈與HDPE塑料之間的界面結(jié)合力，提高了生物質(zhì)秸稈-HDPE秸塑板的物理力學(xué)性能。 4.通過(guò)熱壓壓力測(cè)試、紅外光譜分析、微觀結(jié)構(gòu)和板材失效形式觀察等手段，研究了生物質(zhì)秸稈-HDPE定向秸塑板的熱壓成型機(jī)理，得到塑料含量越高，熱壓時(shí)獲得相同密度的板材需要的壓力越小，板坯斷面密度變化越大；在HDPE和偶聯(lián)劑的作用下，在秸稈和HDPE接合界面形成局部機(jī)械嚙合和化學(xué)接合，提高了板材性能；秸塑板的失效發(fā)生在生物質(zhì)秸稈髓芯、生物質(zhì)秸稈之間以生物質(zhì)秸稈與HDPE塑料之間。 5.利用獨(dú)立平行反應(yīng)模型模擬了生物質(zhì)秸稈在秸塑板熱壓成型過(guò)程中的熱解程度，計(jì)算了甜高梁稈中的水溶性糖、半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)，得到其活化能分別為：101，110，202和26kJ/mol，指前因子分別為1.2×10~(11)，5.0×10~9，3.0×10~(17)和20min~(1)；預(yù)測(cè)了熱壓過(guò)程中甜高梁稈在板坯的表層、1/4處和中心層的熱解量分別為5.4%,2.8%和2.0%。 6.建立了甜高梁稈和HDPE比熱容隨溫度變化的數(shù)學(xué)模型，甜高梁稈和熔化之前的HDPE的比熱容隨溫度的增加而增加；在熔化過(guò)程中，使用Gauss方程和Lorentz方程擬合了由HDPE熔化吸熱引起的表觀比熱容。 7.建立了包含HDPE含量、板坯密度和溫度三個(gè)參數(shù)的秸塑板導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)學(xué)模型。在穩(wěn)態(tài)條件下測(cè)試了秸塑板的導(dǎo)熱系數(shù)，甜高梁稈-HDPE秸塑板的導(dǎo)熱系數(shù)隨密度和溫度的增加而線性增加，隨HDPE含量的增加而非線性增加。 8.建立了包含HDPE熔化吸熱在內(nèi)的秸塑板熱壓過(guò)程中的一維熱傳導(dǎo)模型，通過(guò)Matlab求取了熱傳導(dǎo)模型的數(shù)值解，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證，得到板坯熱壓過(guò)程中，隨著HDPE含量的增加，當(dāng)溫度達(dá)到塑料熔化溫度時(shí)，由HDPE熔化吸收的熱量增多，在熱壓后期板坯的溫度越低。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：S216.2
【圖文】：

特性 描述種植季節(jié) 在溫帶種植一季，熱帶種植二季或三季。生長(zhǎng)期限 3 到 5 個(gè)月，通常 4 個(gè)月左右成熟，最短可達(dá) 36 天。土壤要求 各種土壤，包括鹽堿地和干旱地區(qū)。水分需求 12000 立方米每公頃，大大少于甘蔗的 36000 立方米每公頃。作物管理 容易管理，只需少量化肥和少量的有機(jī)肥。甜高梁稈產(chǎn)量 50~69 噸每公頃。庶糖產(chǎn)量 6~8 噸每公頃。收獲 非常容易，可進(jìn)行人工的機(jī)械收獲。甜高梁（Sorghum bicolor (L.) Moench），也稱“二代甘蔗”，為粒用高粱的一與普通高粱一樣，每畝產(chǎn) 150~500 千克糧食，且其莖稈含糖量高，每畝~8000 千克糖，表 1.7 列出了甜高梁的種植和收獲特征。根據(jù) Almodares an)和 Gnansounou et al. (2005)的研究，圖 1.1 列出了甜高梁稈產(chǎn)品及其產(chǎn)量，甜高梁稈莖糖汁可以生產(chǎn)生物質(zhì)燃料，近年來(lái)，世界各國(guó)甜高梁的種植量逐

料制備生物質(zhì)秸稈復(fù)合材料。1.1.2 木材資源現(xiàn)狀木材是世界上公認(rèn)的四大原材料之一，而且是四大原材料中唯一可再生的資源，它不僅可以從自然界中直接獲�。ㄉ�、農(nóng)作物等），而且還可以進(jìn)行人工栽培，是取之不竭、用之不盡的資源材料(劉一星和趙廣杰 2004)。a.我國(guó)近年來(lái)的森總面積 b.近年來(lái)我國(guó)的森林蓄積a. Forest area of China in recent years. b. Forest stock volume of China in recent years.

133.6 億立方米。天然林面積為 11969.3 萬(wàn)公頃，天然林蓄林保存面積為 6168.8 萬(wàn)公頃，人工林蓄積為 19.6 億立方。根據(jù)歷次全國(guó)森林資源清查結(jié)果(1973-2008 年)，圖 1.2積、森林蓄積、活立木總蓄積和森林覆蓋率，從圖中可以看，我國(guó)森林面積、森林蓄積和總立木蓄積持續(xù)增加，森林森林清查時(shí)的 12.7%提高到第七次森林清查時(shí)的 20.36%。程以來(lái)，天然林面積蓄積明顯增加，同時(shí)人工林面積蓄積資源呈增加趨勢(shì)，森林采伐逐步向人工林轉(zhuǎn)移。第七次全我國(guó)森林資源進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何陽(yáng);鄭德;黃銳;;塑木復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀[J];國(guó)外塑料;2012年10期

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5 張亞梅;于文吉;;熱處理對(duì)竹材性能及變色的影響[J];木材加工機(jī)械;2008年04期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

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4 張亞梅;熱處理對(duì)竹材顏色及物理力學(xué)性能影響的研究[D];中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院;2010年

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本文編號(hào)：2743621