本文關(guān)鍵詞：冷等離子體改性對(duì)木質(zhì)單板表界面作用機(jī)理的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：速生材較好地解決了人造板生產(chǎn)原料供應(yīng)緊張的矛盾,但由于速生材生長(zhǎng)周期短,材質(zhì)疏松,導(dǎo)致其強(qiáng)度低、易變形,限制了使用范圍。因此,對(duì)速生材進(jìn)行改性處理已成為木材工業(yè)界當(dāng)前的熱點(diǎn)研究課題。本論文以速生材楊木為研究對(duì)象,利用冷等離子體對(duì)其表面進(jìn)行改性處理,系統(tǒng)研究了冷等離子體處理對(duì)楊木表面特性(包括表面形貌、表面潤(rùn)濕性和表面化學(xué)特性)以及界面膠合特性的影響,闡明了冷等離子體改性增強(qiáng)楊木界面膠合性能的作用機(jī)理,優(yōu)化了冷等離子體處理工藝(包括處理氣氛、處理時(shí)間、放電功率等),同時(shí)從楊木表面特性和界面膠合特性等多方面研究了冷等離子體改性的時(shí)效性,為實(shí)現(xiàn)冷等離子體改性技術(shù)在人造板行業(yè)的工業(yè)化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)和提供實(shí)踐依據(jù)。研究結(jié)果對(duì)于促進(jìn)速生小徑材的高校利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究結(jié)果表明:(1)經(jīng)冷等離子體處理后,楊木表面產(chǎn)生了明顯的刻蝕現(xiàn)象。經(jīng)原子力顯微鏡觀察,其表面存在納米尺度刻痕,粗糙度顯著增大。不同氣氛冷等離子體處理后,楊木表面均有不同程度的刻蝕,表面粗糙度均有所提高。其中O2冷等離子體處理效果最為明顯。隨著冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),楊木表面的刻痕程度不斷加深,表面粗糙度逐漸增大;當(dāng)冷等離子體處理7 min后,表面粗糙度值趨于平緩。隨著冷等離子體放電功率的增大,楊木表面刻痕程度越來越嚴(yán)重,表面粗糙度也隨著放電功率的增大而逐漸增加。(2)冷等離子體處理能夠在楊木單板表面引入自由基,使其表面自由基濃度增大。不同氣氛冷等離子體氣體處理后,楊木單板表面的自由基濃度有所不同,O2、N2和Air冷等離子體處理后,楊木單板表面的自由基濃度高于Ar和NH3處理,其中O2冷等離子體處理時(shí),楊木單板表面的自由基濃度最大。楊木單板表面的自由基濃度隨冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增后減的趨勢(shì);處理時(shí)間為7 min時(shí),表面自由基濃度達(dá)到最大。隨著冷等離子體放電功率的增大,楊木單板表面的自由基濃度呈現(xiàn)先增大后減少的變化趨勢(shì);放電功率為200 W時(shí),表面自由基濃度達(dá)到最大。(3)冷等離子體處理使楊木單板表面O元素的相對(duì)含量增加,同時(shí)在楊木單板表面引入羧基(O-C=O)等新的極性基團(tuán),并增加了單板表面極性基團(tuán)的含量。O2、N2、Air和NH3均為反應(yīng)性氣體,在冷等離子體處理過程中,在楊木單板表面引入了O、N等元素,使單板表面O、N元素的含量增加;O2冷等離子體處理時(shí),楊木單板表面O/C比和極性基團(tuán)的含量最高。隨著冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),楊木單板表面O/C比和極性基團(tuán)的含量隨冷等離子體處理時(shí)間先增大后減小;當(dāng)冷等離子體處理時(shí)間達(dá)7 min時(shí),楊木單板表面O/C比和極性基團(tuán)的含量達(dá)到最大。楊木單板表面O/C和極性基團(tuán)的含量隨冷等離子體放電功率的增大呈現(xiàn)先增大后略有減少的變化趨勢(shì);當(dāng)冷等離子體放電功率達(dá)200 W時(shí),楊木單板表面O/C比和極性基團(tuán)含量達(dá)到最高。(4)不同氣氛冷等離子體處理后,楊木單板的表面自由能明顯提高;UF在單板表面的初始平衡角下降了9~15%,平衡接觸角下降了65%~79%;處理后的K值與未處理相比,增大了約3~5倍。隨著冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),表面自由能及其極性分量逐步增加;當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到7 min時(shí),楊木單板的表面自由能達(dá)到穩(wěn)定;UF的初始接觸角與平衡接觸角隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)下降,當(dāng)處理時(shí)間7 min后,變化不明顯;K值隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大,當(dāng)處理時(shí)間延長(zhǎng)至7 min后,K值變化不大。不同功率處理后,楊木單板表面自由能已達(dá)到臨界值,功率增大對(duì)其影響不大;冷等離子體放電功率從100 W增至500 W時(shí),UF初始接觸角變化不大,而平衡接觸角呈先減后增的趨勢(shì),但增幅不大;K值隨著放電功率的增大呈先增大后減小的趨勢(shì),放電功率為200 W時(shí)的K值達(dá)到最大。冷等離子體處理對(duì)不同膠種在楊木單板表面潤(rùn)濕性均有顯著影響,UF、PF和MDI平衡接觸角分別下降了73%、60%和91%,K值分別增大了653%、1204%和38%。(5)冷等離子體處理后,UF在楊木單板中的滲透深度以及滲透面積明顯增加,同時(shí)膠層厚度也明顯增加,EP和AP分別增大了70%和25%;不同氣氛冷等離子體處理后,UF在楊木膠合界面的滲透有所不同。O2冷等離子體處理時(shí)滲透深度較N2、Air和Ar大,NH3處理后,平均滲透深度增加明顯。隨著冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng),UF在楊木膠合界面的EP和AP呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì);當(dāng)處理時(shí)間為7 min時(shí),滲透深度達(dá)到最大。隨著冷等離子體放電功率的增大,UF在楊木膠合界面的滲透深度逐漸增加。(6)冷等離子體處理有利于UF與楊木單板的膠合,膠合強(qiáng)度得到提高,增幅達(dá)27%。不同氣氛冷等離子體氣體處理后,楊木單板的膠合強(qiáng)度有所不同,O2冷等離子體處理后膠合強(qiáng)度最大,NH3處理后的膠合強(qiáng)度比未處理時(shí)還低。楊木單板膠合強(qiáng)度隨冷等離子體處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增后減的趨勢(shì);當(dāng)處理時(shí)間達(dá)7 min時(shí),膠合強(qiáng)度達(dá)到最大。隨著冷等離子體放電功率的增大,楊木單板膠合強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減少的變化;當(dāng)冷等離子體放電功率達(dá)200 W時(shí),膠合強(qiáng)度達(dá)到最大。綜上所述,最優(yōu)的冷等離子體處理工藝為:處理氣氛O2、處理時(shí)間7 min,放電功率200 W。(7)冷等離子體時(shí)效性對(duì)楊木纖維表面形貌的影響不明顯。表面自由基濃度放置在空氣中的前3天下降明顯,7天后基本保持不變。表面C元素含量明顯上升,O元素含量放置3天內(nèi)明顯下降,極性基團(tuán)含量也明顯下降;超過7天,C、O元素以及表面極性基團(tuán)含量變化不明顯。表面自由能放置3天內(nèi),表面自由能明顯下降,降幅達(dá)21%;7天后變化不明顯,基本回到未處理時(shí)的狀態(tài)。放置3天內(nèi),膠合強(qiáng)度呈線性下降,降幅達(dá)27%;28天后,膠合強(qiáng)度回到未處理時(shí)的狀態(tài)。
【關(guān)鍵詞】：冷等離子體 楊木單板 表面特性 膠合界面 時(shí)效性
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TS653.2
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-19
• 1.1 課題來源13
• 1.2 引言13
• 1.3 木材改性概述13-14
• 1.4 等離子體概述14
• 1.4.1 等離子體的定義14
• 1.4.2 等離子體的分類14
• 1.4.3 等離子體改性的特點(diǎn)14
• 1.5 國(guó)內(nèi)外等離子體在木材工業(yè)中的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5.1 等離子體改性對(duì)木材潤(rùn)濕性的影響14-15
• 1.5.2 等離子體改性對(duì)木材表面形貌的影響15
• 1.5.3 等離子體改性對(duì)木材表面化學(xué)組成的影響15-16
• 1.5.4 等離子體改性對(duì)木材膠合性能的影響16
• 1.5.5 等離子體改性的時(shí)效性16-17
• 1.6 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線17-19
• 1.6.1 研究目的和意義17
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容17
• 1.6.3 創(chuàng)新點(diǎn)17
• 1.6.4 技術(shù)路線17-19
• 第二章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)材料表面形貌的影響19-40
• 2.1 引言19
• 2.2 材料和方法19-21
• 2.2.1 試驗(yàn)材料19
• 2.2.2 冷等離子體改性處理方法19-21
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）分析方法21
• 2.2.4 原子力顯微鏡（AFM）分析方法21
• 2.3 結(jié)果與分析21-39
• 2.3.1 冷等離子體處理與未處理?xiàng)钅颈砻嫘蚊驳谋容^21-24
• 2.3.2 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木表面形貌的影響24-29
• 2.3.3 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木表面形貌的影響29-34
• 2.3.4 冷等離子體放電功率對(duì)楊木纖維表面形貌的影響34-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)單板表面自由基濃度的影響40-45
• 3.1 引言40
• 3.2 材料和方法40-41
• 3.2.1 試驗(yàn)材料40
• 3.2.2 冷等離子體改性處理40
• 3.2.3 表面自由基分析方法40-41
• 3.3 結(jié)果與分析41-44
• 3.3.1 冷等離子體處理前后楊木單板表面自由基濃度的比較41
• 3.3.2 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木單板表面自由基濃度的影響41-42
• 3.3.3 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木單板表面自由基濃度的影響42-43
• 3.3.4 冷等離子體放電功率對(duì)楊木單板表面自由基濃度的影響43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)單板表面化學(xué)組成的影響45-58
• 4.1 引言45
• 4.2 材料和方法45-46
• 4.2.1 試驗(yàn)材料45
• 4.2.2 冷等離子體改性處理45
• 4.2.3 X射線光電子能譜（XPS）分析方法45-46
• 4.3 結(jié)果與分析46-57
• 4.3.1 冷等離子體處理與未處理?xiàng)钅締伟灞砻婊瘜W(xué)組成的比較46-48
• 4.3.2 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木單板表面化學(xué)組成的影響48-51
• 4.3.3 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木單板表面化學(xué)組成的影響51-54
• 4.3.4 冷等離子體放電功率對(duì)楊木單板表面化學(xué)組成的影響54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)單板表面潤(rùn)濕性的影響58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 材料和方法58-61
• 5.2.1 試驗(yàn)材料58
• 5.2.2 冷等離子體改性處理58-59
• 5.2.3 接觸角測(cè)量方法59
• 5.2.4 表面自由能的分析方法59-60
• 5.2.5 動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性的分析方法60-61
• 5.3 結(jié)果與分析61-70
• 5.3.1 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木單板表面潤(rùn)濕性的影響61-63
• 5.3.2 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木單板表面潤(rùn)濕性的影響63-66
• 5.3.3 冷等離子體放電功率對(duì)楊木單板表面潤(rùn)濕性的影響66-68
• 5.3.4 不同膠種在冷等離子體改性楊木單板表面的潤(rùn)濕性分析68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第六章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)單板膠合界面膠粘劑滲透性能的影響71-78
• 6.1 引言71
• 6.2 材料和方法71-73
• 6.2.1 試驗(yàn)材料71
• 6.2.2 冷等離子體改性處理71-72
• 6.2.3 木質(zhì)單板復(fù)合材料制作方法72
• 6.2.4 木質(zhì)單板膠合界面滲透性分析方法72-73
• 6.3 結(jié)果與分析73-77
• 6.3.1 冷等離子體處理與未處理?xiàng)钅締伟迥z合界面膠粘劑滲透性能的比較73-74
• 6.3.2 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木單板膠合界面膠粘劑滲透性能的影響74-75
• 6.3.3 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木單板膠合界面膠粘劑滲透性能的影響75-76
• 6.3.4 冷等離子體放電功率對(duì)楊木單板膠合界面膠粘劑滲透性能的影響76-77
• 6.4 本章小結(jié)77-78
• 第七章 冷等離子體處理對(duì)木質(zhì)單板膠合性能的影響78-86
• 7.1 引言78
• 7.2 材料和方法78-79
• 7.2.1 試驗(yàn)材料78
• 7.2.2 冷等離子體改性處理78
• 7.2.3 木質(zhì)單板復(fù)合材料制作方法78
• 7.2.4 木質(zhì)復(fù)合材料膠合強(qiáng)度測(cè)試方法78-79
• 7.3 結(jié)果與分析79-84
• 7.3.1 冷等離子體處理與未處理?xiàng)钅締伟迥z合性能的比較79
• 7.3.2 冷等離子體處理氣氛對(duì)楊木單板膠合性能的影響79-80
• 7.3.3 冷等離子體處理時(shí)間對(duì)楊木單板膠合性能的影響80-81
• 7.3.4 冷等離子體放電功率對(duì)楊木單板膠合性能的影響81-82
• 7.3.5 冷等離子體改性增強(qiáng)楊木單板界面膠合特性的機(jī)理分析82-84
• 7.4 本章小結(jié)84-86
• 第八章 木質(zhì)單板表面冷等離子體改性時(shí)效性分析86-97
• 8.1 引言86
• 8.2 試驗(yàn)材料和方法86-87
• 8.2.1 試驗(yàn)材料86
• 8.2.2 冷等離子體改性處理86
• 8.2.3 表面形貌分析方法86
• 8.2.4 潤(rùn)濕性分析方法86
• 8.2.5 表面自由基分析方法86-87
• 8.2.6 表面化學(xué)組成分析方法87
• 8.2.7 膠合強(qiáng)度測(cè)試分析方法87
• 8.3 結(jié)果與分析87-96
• 8.3.1 楊木單板表面形貌時(shí)效性分析87-90
• 8.3.2 楊木單板表面自由基濃度時(shí)效性分析90
• 8.3.3 楊木單板表面化學(xué)組成時(shí)效性分析90-94
• 8.3.4 楊木單板表面潤(rùn)濕性時(shí)效性分析94-95
• 8.3.5 楊木單板表面時(shí)效性對(duì)其膠合性能的影響95-96
• 8.4 本章小結(jié)96-97
• 第九章 總結(jié)論97-100
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文100-101
• 攻讀學(xué)位期間的發(fā)明專利101
• 攻讀學(xué)位期間的科研項(xiàng)目101-102
• 參考文獻(xiàn)102-110

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 任煜;邱夷平;;低溫等離子體對(duì)高聚物材料表面改性處理時(shí)效性的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年01期

  本文關(guān)鍵詞：冷等離子體改性對(duì)木質(zhì)單板表界面作用機(jī)理的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：339188