活性碳纤维增强中密度纤维板的自吸附和力学性能研究

【摘要】：随着世界范围内工业用材林的日趋减少,以中密度纤维板为代表的木质(纤维)复合材料得到了越来越广泛的应用。目前,市场上销售的绝大部分中密度纤维板(MDF)在生产过程中都使用脲醛树脂胶(UF)或酚醛树脂胶(PF)作为黏结剂。而醛类树脂胶中含有游离态甲醛且在其固化后仍能长时间缓慢降解并释放甲醛等有机气体。为从根本上解决MDF中的甲醛等挥发性有机物所导致的环境污染问题,本文试图在MDF中添加有机气体捕获剂,获得具有自吸附性能的新型复合材料。而活性碳纤维(activated carbon fibers, ACFs)是当今世界上最为先进的材料之一,是一种具有强大吸附性能的新型材料,在MDF中添加活性碳纤维作为有机气体捕获剂将能够有效降低板材中甲醛的释放量。 添加了活性碳纤维的MDF的微观结构与普通MDF不同,分布于板材中的活性碳纤维在胶黏剂固化过程中发生一定的界面效应,活性碳纤维与胶黏剂之间的界面结合强度直接影响板材的力学性能。因此,对中密度纤维板内部结构、活性碳纤维与胶黏剂间的界面状态、中密度纤维板断裂时的界面脱粘过程及其对中密度纤维板力学性能的影响进行研究,探讨中密度纤维板能否真正与活性碳纤维结合成性能满足工程应用的复合材料将成为我们全面、深入了解挥发物自吸附中密度纤维板提供依据。本文的研究工作主要围绕以下几个方面进行： 1)对活性碳纤维增强中密度纤维板的阻裂机理及活性碳纤维增强中密度纤维板的强度和弹性模量进行分析,明确了活性碳纤维增强中密度纤维板的增强方式。 2)对添加活性碳纤维后的中密度纤维板进行力学性能实验测试,根据GB/T11718-2009(中密度纤维板)的相关规定,研究添加不同质量分数的活性碳纤维对中密度纤维板静曲强度和内结合强度的影响。实验结果表明,当活性碳纤维的质量分数为7%时,中密度纤维板的静曲强度较传统中密度纤维板提高了30%；当活性碳纤维的质量分数为5%时内结合强度提高了26%。力学性能实验后,对断裂试件的断面进行了电镜扫描,从微观角度对活性碳纤维的增强方式进行了进一步分析,确定了活性碳纤维增强中密度纤维板的增强机理为纤维桥联和拔出效应。 3)根据GB/T18580-2001(室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量)中的相关规定,对活性碳纤维增强中密度纤维板的甲醛释放量进行测试,研究不同质量分数对中密度纤维板甲醛释放量的影响。实验结果表明,中密度纤维板的甲醛释放量随着添加活性碳纤维的质量分数的增加而降低。当活性碳纤维的质量分数为10%时,中密度纤维板的甲醛释放量较传统中密度纤维板降低了32%,表明了添加活性碳纤维的中密度纤维板具有良好的自吸附性能。