本文關鍵詞：冷等離子體改性對木質單板表界面作用機理的研究，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原料供應緊張的矛盾,但由于速生材生長周期短,材質疏松,導致其強度低、易變形,限制了使用范圍。因此,對速生材進行改性處理已成為木材工業(yè)界當前的熱點研究課題。本論文以速生材楊木為研究對象,利用冷等離子體對其表面進行改性處理,系統(tǒng)研究了冷等離子體處理對楊木表面特性(包括表面形貌、表面潤濕性和表面化學特性)以及界面膠合特性的影響,闡明了冷等離子體改性增強楊木界面膠合性能的作用機理,優(yōu)化了冷等離子體處理工藝(包括處理氣氛、處理時間、放電功率等),同時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效性,為實現(xiàn)冷等離子體改性技術在人造板行業(yè)的工業(yè)化應用奠定理論基礎和提供實踐依據(jù)。研究結果對于促進速生小徑材的高校利用具有重要的現(xiàn)實意義。研究結果表明:(1)經冷等離子體處理后,楊木表面產生了明顯的刻蝕現(xiàn)象。經原子力顯微鏡觀察,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間的延長,楊木表面的刻痕程度不斷加深,表面粗糙度逐漸增大;當冷等離子體處理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,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間的延長呈先增后減的趨勢;處理時間為7 min時,表面自由基濃度達到最大。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;放電功率為200 W時,表面自由基濃度達到最大。(3)冷等離子體處理使楊木單板表面O元素的相對含量增加,同時在楊木單板表面引入羧基(O-C=O)等新的極性基團,并增加了單板表面極性基團的含量。O2、N2、Air和NH3均為反應性氣體,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,楊木單板表面O/C比和極性基團的含量最高。隨著冷等離子體處理時間的延長,楊木單板表面O/C比和極性基團的含量隨冷等離子體處理時間先增大后減小;當冷等離子體處理時間達7 min時,楊木單板表面O/C比和極性基團的含量達到最大。楊木單板表面O/C和極性基團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;當冷等離子體放電功率達200 W時,楊木單板表面O/C比和極性基團含量達到最高。(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間的延長,表面自由能及其極性分量逐步增加;當處理時間達到7 min時,楊木單板的表面自由能達到穩(wěn)定;UF的初始接觸角與平衡接觸角隨著處理時間的延長持續(xù)下降,當處理時間7 min后,變化不明顯;K值隨著處理時間的延長而逐漸增大,當處理時間延長至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到臨界值,功率增大對其影響不大;冷等離子體放電功率從100 W增至500 W時,UF初始接觸角變化不大,而平衡接觸角呈先減后增的趨勢,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,放電功率為200 W時的K值達到最大。冷等離子體處理對不同膠種在楊木單板表面潤濕性均有顯著影響,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間的延長,UF在楊木膠合界面的EP和AP呈現(xiàn)先增后減的趨勢;當處理時間為7 min時,滲透深度達到最大。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,膠合強度得到提高,增幅達27%。不同氣氛冷等離子體氣體處理后,楊木單板的膠合強度有所不同,O2冷等離子體處理后膠合強度最大,NH3處理后的膠合強度比未處理時還低。楊木單板膠合強度隨冷等離子體處理時間的延長呈先增后減的趨勢;當處理時間達7 min時,膠合強度達到最大。隨著冷等離子體放電功率的增大,楊木單板膠合強度呈現(xiàn)先增大后減少的變化;當冷等離子體放電功率達200 W時,膠合強度達到最大。綜上所述,最優(yōu)的冷等離子體處理工藝為:處理氣氛O2、處理時間7 min,放電功率200 W。(7)冷等離子體時效性對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天內明顯下降,極性基團含量也明顯下降;超過7天,C、O元素以及表面極性基團含量變化不明顯。表面自由能放置3天內,表面自由能明顯下降,降幅達21%;7天后變化不明顯,基本回到未處理時的狀態(tài)。放置3天內,膠合強度呈線性下降,降幅達27%;28天后,膠合強度回到未處理時的狀態(tài)。
【關鍵詞】：冷等離子體 楊木單板 表面特性 膠合界面 時效性
【學位授予單位】：南京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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14
• 1.5 國內外等離子體在木材工業(yè)中的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5.1 等離子體改性對木材潤濕性的影響14-15
• 1.5.2 等離子體改性對木材表面形貌的影響15
• 1.5.3 等離子體改性對木材表面化學組成的影響15-16
• 1.5.4 等離子體改性對木材膠合性能的影響16
• 1.5.5 等離子體改性的時效性16-17
• 1.6 研究內容與技術路線17-19
• 1.6.1 研究目的和意義17
• 1.6.2 研究內容17
• 1.6.3 創(chuàng)新點17
• 1.6.4 技術路線17-19
• 第二章 冷等離子體處理對木質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 結果與分析21-39
• 2.3.1 冷等離子體處理與未處理楊木表面形貌的比較21-24
• 2.3.2 冷等離子體處理氣氛對楊木表面形貌的影響24-29
• 2.3.3 冷等離子體處理時間對楊木表面形貌的影響29-34
• 2.3.4 冷等離子體放電功率對楊木纖維表面形貌的影響34-39
• 2.4 本章小結39-40
• 第三章 冷等離子體處理對木質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 冷等離子體處理時間對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楊木單板表面自由基濃度的影響43-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 冷等離子體處理對木質單板表面化學組成的影響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 結果與分析46-57
• 4.3.1 冷等離子體處理與未處理楊木單板表面化學組成的比較46-48
• 4.3.2 冷等離子體處理氣氛對楊木單板表面化學組成的影響48-51
• 4.3.3 冷等離子體處理時間對楊木單板表面化學組成的影響51-54
• 4.3.4 冷等離子體放電功率對楊木單板表面化學組成的影響54-57
• 4.4 本章小結57-58
• 第五章 冷等離子體處理對木質單板表面潤濕性的影響58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 材料和方法58-61
• 5.2.1 試驗材料58
• 5.2.2 冷等離子體改性處理58-59
• 5.2.3 接觸角測量方法59
• 5.2.4 表面自由能的分析方法59-60
• 5.2.5 動態(tài)潤濕性的分析方法60-61
• 5.3 結果與分析61-70
• 5.3.1 冷等離子體處理氣氛對楊木單板表面潤濕性的影響61-63
• 5.3.2 冷等離子體處理時間對楊木單板表面潤濕性的影響63-66
• 5.3.3 冷等離子體放電功率對楊木單板表面潤濕性的影響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濕性分析68-70
• 5.4 本章小結70-71
• 第六章 冷等離子體處理對木質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 試驗材料71
• 6.2.2 冷等離子體改性處理71-72
• 6.2.3 木質單板復合材料制作方法72
• 6.2.4 木質單板膠合界面滲透性分析方法72-73
• 6.3 結果與分析73-77
• 6.3.1 冷等離子體處理與未處理楊木單板膠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 冷等離子體處理時間對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77-78
• 第七章 冷等離子體處理對木質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 試驗材料78
• 7.2.2 冷等離子體改性處理78
• 7.2.3 木質單板復合材料制作方法78
• 7.2.4 木質復合材料膠合強度測試方法78-79
• 7.3 結果與分析79-84
• 7.3.1 冷等離子體處理與未處理楊木單板膠合性能的比較79
• 7.3.2 冷等離子體處理氣氛對楊木單板膠合性能的影響79-80
• 7.3.3 冷等離子體處理時間對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楊木單板界面膠合特性的機理分析82-84
• 7.4 本章小結84-86
• 第八章 木質單板表面冷等離子體改性時效性分析86-97
• 8.1 引言86
• 8.2 試驗材料和方法86-87
• 8.2.1 試驗材料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 表面化學組成分析方法87
• 8.2.7 膠合強度測試分析方法87
• 8.3 結果與分析87-96
• 8.3.1 楊木單板表面形貌時效性分析87-90
• 8.3.2 楊木單板表面自由基濃度時效性分析90
• 8.3.3 楊木單板表面化學組成時效性分析90-94
• 8.3.4 楊木單板表面潤濕性時效性分析94-95
• 8.3.5 楊木單板表面時效性對其膠合性能的影響95-96
• 8.4 本章小結96-97
• 第九章 總結論97-100
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文100-101
• 攻讀學位期間的發(fā)明專利101
• 攻讀學位期間的科研項目101-102
• 參考文獻102-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 任煜;邱夷平;;低溫等離子體對高聚物材料表面改性處理時效性的研究進展[J];材料導報;2007年01期

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

本文編號：339188