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微米木纤维形成MLFB微观构成理论及工艺研究

阿伦  
【摘要】: “天然林保护工程”实施以来,我国大径级优质原木日趋短缺,急需着手开发以“次、小、薪材”、“三剩材”为原料的人造板产品。具有我国自主知识产权的新板种——微米长薄片状木纤维低密度人造板(MLFB)的开发研制,实现了小材大用、劣材优用、废材有用,填补了我国木材加工领域依托木材的微米加工技术,以非热磨方法所得的微米木纤维研制开发低密度木质人造板的空白,对我国国民经济和社会发展将起到重要的推动作用。 目前,以木材微米加工技术产品的低污染、低成本、低密度、性能优良等优势来替代传统加工方法生产的木质轻质人造板,并将其应用到建筑、装饰场合,其一系列的相关问题,已成为当前木材加工行业的研究前沿。 本文指出:微米长薄片状木纤维低密度人造板(Micron Flaky Wood Fiber Light Density Board,英文缩写MLFB),是指在不限制原料的密度、不限制原料材质的前提下,以木材机械切段刨削所得的微米木纤维为原料,生产的密度在0.3~0.45g/cm~3之间的轻质人造板新技术产品。 本文以国家自然科学基金项目“超高强度微米长纤维定向高密度板的细胞重构机理研究”的前期工作为基础,进一步作了以下研究: 通过对一定切削厚度条件下,单个木纤维细胞劈裂过程的进一步分析,得出单个木纤维细胞切削后的形状,并分别对其进行数学描述;以此为依据,设计制造了MLFB原料——微米长薄片状木纤维加工实验台,利用ANSYS软件对该实验台关键部件进行模拟分析,为实验台的进一步优化和改进提供理论依据;以复合材料微观力学、木材细胞学、计算机图像学等为理论基础,对MLFB的微观构成机理、力学性能的预测进行研究,并给出基于计算机图像数字处理技术的MLFB孔穴的评价方法,将人造板的研究推向了微观结构的研究水平;按照本文所提出的微米长木纤维的加工理论,对加工出的微米长木纤维形态特征进行了数学描述,在此基础上,依托大型动态仿真软件OpenGL和VC++6.0,对MLFB的压制过程进行了计算机的模拟仿真研究,开发了MLFB板材压制过程的模拟仿真软件和MLFB板材断面结构检测软件,突破了通过大量的实验所进行的费时、费力的研制新板材的传统方法,实现了利用复合材料微观力学来构建、设计、优化新板材的研究方法。 在实验室对制取MLFB板材的工艺进行了研究,验证了MLFB成板理论的正确性。本文主要考虑MLFB热压工艺的四个参数:施胶量、热压温度、热压时间和热压压力,通过采用初步探索性实验、正交实验以及综合实验相结合的方法,分析这四个因素对MLFB的静曲强度、弹性模量及握钉力的影响;获得实验室制造MLFB板材的较佳热压工艺参数,寻找出制造MLFB的一般规律。获得的实验室MLFB样品,其密度在0.275~0.45g/cm~3之间,外观呈现木本色,经检验,力学性能符合《日本轻质刨花板工业标准JISA5908》。


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