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高频热压制备轻质稻秸保温材料的研究

魏康成  
【摘要】:我国是农业大国,稻草、麦秸资源丰富,价格低廉。为了开拓农作物秸秆的利用途径,本文以稻秸为原料,采用高频热压法制备轻质稻秸保温材料,研究了高频电场中板坯厚度方向温度分布规律,分析了制备工艺、材料结构及环境温度对保温材料性能的影响,建立了基于分形理论的稻秸保温材料结构导热系数模型。研究结果为促进稻秸保温材料的推广奠定了理论基础,提供了一些实践经验。 研究结果表明: 1.高频热压板坯升温过程分为快速升温、水分排出、慢速升温三个阶段,板坯内部温度在厚度上存在差异,温度分布总体表现为芯层高表层低。与常规热压相比,高频热压大大缩短了热压时间,且板坯厚度方向温度均匀性大大优于常规热压。在快速升温阶段,在一定范围内提高含水率能加快板坯的升温速度;在水分排出阶段,通过减小原料含水率能缩短水分汽化时间;原料含水率对慢速升温阶段基本没有影响。在整个升温阶段,板材密度越低,其升温速度越快;在水分排出阶段,板材密度越低,水分汽化时间越短。板材厚度的影响作用与板材密度类似。 2.高频热压时间240s,稻秸单元含水率14%,施胶量8%时制得的保温材料,其力学性能均能满足EN相关标准的要求,且导热系数仅约为0.051~0.053W/(m·K),可以有效代替市面上的常规保温材料,更兼具价格低廉、质轻、无毒、无害、无环境污染等独特优势,是一种高效的绿色建筑保温材料。 3.采用高频热压制得的保温材料,内结合强度、吸水厚度膨胀率明显高于常规热压板,静曲强度、弹性模量及吸水率要低于常规热压板;此外,两种热压方式制得的保温材料导热系数则相差不大。选用三种胶粘剂(异氰酸酯胶、脲醛胶、酚醛胶、)制备轻质稻秸保温材料,其中采用异氰酸酯胶制得的保温材料的物理力学性能均优于脲醛胶和酚醛胶制得的保温材料,而采用不同胶粘剂制得的保温材料导热系数则相差不大。 4.在稻秸保温材料结构分形特性的基础上,建立了稻秸保温材料的导热系数模型:结果表明,该模型的计算值与实测值较接近,因此,该分形模型较合理。其中,稻秸保温材料的有效导热系数随材料分形维数的增大而减小,验证性实验得到的结论与模型分析一致,更加证明了稻秸保温材料导热系数分形模型的可行性。 5.采用高频热压制备轻质稻秸保温材料,随着材料密度的增加,材料的物理力学性能逐渐提高;在一定范围内,降低稻秸单元尺寸能提高材料的物理力学性能,随着材料厚度的增加,材料的物理力学性能逐渐降低。 6.稻秸保温材料的导热系数随环境温度的升高而增大,热阻随环境温度的升高而减小,且温度越高,导热系数增加和热阻减小的趋势越明显。


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