本文關(guān)鍵詞：基于取向冷凍技術(shù)的輕質(zhì)高強人工木頭的設(shè)計制備和性能研究

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【摘要】：人類文明的發(fā)展與進步和人類對材料的認(rèn)識和利用息息相關(guān)。隨著現(xiàn)代社會科技的不斷發(fā)展與進步,人類加大了對功能材料的開發(fā)和利用,同時我們也未曾放緩對結(jié)構(gòu)材料的研究。在開發(fā)與利用結(jié)構(gòu)材料的過程中,我們認(rèn)識到在相同的力學(xué)性能下,更輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料能夠更有效地降低成本與能量消耗,這是研究輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料最重要的意義。木材作為自然界中最具代表性的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料,具有豐富的取向孔道結(jié)構(gòu)。這種獨特的各向異性結(jié)構(gòu)一方面可以降低材料的表觀密度,從而提高材料的比強度,另一方面可以賦予材料在垂直孔道方向上優(yōu)異的保溫隔熱能力,所以直至今日人類仍大量利用木材作為建筑材料。木材這種天然的輕質(zhì)高強材料一直是科學(xué)家們研究和學(xué)習(xí)的重點。為了模仿其取向孔道結(jié)構(gòu),科學(xué)家們發(fā)展了多種新技術(shù),比如取向冷凍技術(shù)等。本論文將著眼于開發(fā)仿木結(jié)構(gòu)的新材料,首先綜述了包括取向冷凍技術(shù)在內(nèi)的各種輕質(zhì)高強材料的制備技術(shù)與組裝方法,其次重點闡述了取向冷凍技術(shù)的控制理論與應(yīng)用方法,最后,在此基礎(chǔ)上,我們發(fā)展了一種利用取向冷凍技術(shù)制備取向多孔輕質(zhì)高強樹脂基人工木頭材料的新方法。所取得的研究成果如下:1.發(fā)展了一種高分子溶膠體系的取向冷凍新技術(shù),設(shè)計制備了新型人工木頭材料。我們采用兩種樹脂,水溶性熱固性酚醛樹脂和商業(yè)水性密胺樹脂作為材料基體,采用殼聚糖溶膠作為輔助框架。均勻混合的樹脂和殼聚糖溶膠經(jīng)過取向冷凍和冷凍干燥過程,得到樹脂干凝膠材料;經(jīng)過低溫固化后,我們成功制備了具有取向孔道結(jié)構(gòu)的樹脂基人工木頭材料。其中的取向孔道得以保留得益于樹脂與殼聚糖分子間強烈的靜電相互作用。同時,我們系統(tǒng)地研究了各種材料制備參數(shù)包括樹脂含量、冷凍起始溫度、冷凍降溫速率和固化溫度等對所制備人工木頭材料的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,為制備具有取向孔道結(jié)構(gòu)的其他聚合物基仿木材料提供了詳細的技術(shù)指導(dǎo)。2.系統(tǒng)地測試并分析了新型人工木頭材料的綜合性能。對不同密度的樹脂基人工木頭材料的力學(xué)測試結(jié)果表明,通過該方法制備的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能遠高于利用同樣技術(shù)所制備的各種陶瓷材料,且力學(xué)性能能夠媲美一般的木材。此外,通過對人工木頭材料的垂直燃燒測試、極限氧指數(shù)測試、熱導(dǎo)率測試和耐水性能測試,我們發(fā)現(xiàn)所制備的樹脂基人工木頭相較于天然木材來說具有更優(yōu)異的隔熱防火性能和耐水性能。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB30

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本文編號：1279254