項目研究報告主要包括研究背景、已有研究綜述、研究

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1、湖南省教育廳科學研究項目研究報告項目編號:項目名稱:項目負責人:所在學校：電話:傳真:電子信箱(Email)資助金額:起止年月：湖南省教育廳資助科研項目（09A101）“木質植物粉末溫壓成形與燒結技術”項冃研究報告（中南林業(yè)科技大學吳慶定）1研究背景可以說，人造板、集成材、木塑材或重組木等木基復合材料產業(yè)的興起為各種木質資源的有效利用、緩解木材供需矛盾、促進木材科學與技術學科的發(fā)展立下了汗馬功勞，但絕大多數(shù)人工復合木材或木基復合材料從制造到使用都存在著不同程度的環(huán)境污染嫌疑;而且冃前木基復合材料的應用主要局限于建筑裝飾行業(yè)，得材率一宣成為行業(yè)重要的技術/經濟考核指標，因而包括施膠和

2、無膠人造板在內的熱壓成形工藝一般都選用了VlOMPa的壓力參數(shù)，這就注定了絕大部分木基復合材料的密度低（＜l.Og/cn?）、組織結構疏松，因而在要求材料組織結構致密而強韌化的機械工程等高附加值產品領域很難有所作為。為了探討基于樹木枝丫材、竹木加工剩余物、木質化秸稈與果殼等的粉末制備高性能木基復合材料的可能性，本項目屮請人融匯“木質材料無膠熱壓成形、金屬粉末溫壓成形、擴散焊接叩勺原理與技術，找到了一種基于木質粉末的新型木基復合材料的成形新方法［⑷，并于2010年10月完成了題為“木質粉末高壓無膠模塑成形原理與技術”的博士論文。按照新的成形方法，在65?70MPa高成形壓力下成功獲得

3、了密度超過鐵梨木，表觀硬度達到FZ2365銅基燒結軸承硬度標準的純木質滑動軸承材料；以及表觀硬度達到HB51.9,可與FZ1460銅基燒結軸承和FZ1260鐵基燒結軸承媲美的金屬化木質復合滑動軸承材料。試驗研究表明，這些新型木基復合材料的物理力學性能仍有很大的提升空間，而且成形壓力仍然是提升其綜合性能的主要誘因⑺。因而，項口“木質植物粉末溫壓成形與燒結技術”的意義在于：⑴對蘆葦、麥秸、棉梗等木質化秸稈粉末實施超高壓無膠成形，探明其結合機理；解析“壓坯強度與成形壓力"、“壓坯強度與成形溫度”、“壓坯強度與保溫保壓時間”以及“壓坯密度或模沖位移”與“成形壓力、成形溫度和保溫時間”之問的

4、函數(shù)關系，建立木質化秸稈粉末超高壓無膠成形壓制方程；為高致密強韌化木基復合材料的綠色制造提供理論指導。（2）拓寬諸如蘆葦、麥秸、棉梗等木質化秸稈資源的高質清潔利用渠道；拓展木基復合材料的應用范圍，使其可供機械工程等領域選用（例如：替代金屬材料、有機高分子復合材料或鐵梨木制備滑動軸承、齒輪等，替代牛骨或紅木制備汽車離合器手柄、儀表盤、飾條等高檔木質內飾件）。⑶促進學科交叉，創(chuàng)新木基復合材料成形理論與技術體系，推進木材科學與技術學科發(fā)展。筆者認為，木材科學和技術的創(chuàng)新務必兩眼對外，要廣泛吸納金屬材料、陶瓷材料（包括金屬陶瓷）、高分了材料、復合材料以及機械工程、石油化工等學科專業(yè)或領域的

5、高新技術（如新材料技術、現(xiàn)代檢測技術、優(yōu)化設計技術、數(shù)值模擬與仿真技術、信息技術等），與社會、經濟、資源和環(huán)境的發(fā)展緊密結合，促進學科前沿新的生長點和交叉點的出現(xiàn)，使學科邊緣向其它相關學科不斷延伸，在促進木材科學與技術學科自身發(fā)展的同時，豐富森林工程和材料科學的內涵&刃。本項目的研究實踐，將在涉及“木質材料無膠熱壓成形原理與技術”的同時，還將涉及“金屬粉末溫壓成形原理與技術”和“擴散焊接成形原理與技術”。金屬粉末溫圧成形是生產高密度、高性能、高精度、低成本復合材料與制品的一種粉體材料成形新技術新工藝。其成形機理在于：在壓力（300?600MPa）、溫度（130?150°C）、時間（

6、以秒訃）作用下，由于聚合物潤滑劑的加入，粉末顆粒表面形成潤滑膜，改善了顆粒之間以及粉末與成形模壁之間的潤滑狀態(tài)，減少了摩擦阻力，使粉末顆粒的移動和重排變得容易，因而潤滑是溫壓致密化的主導機制；同時由于溫度的升高，使粉末顆粒的加工硬化得以有效消除，使得粉末顆粒的塑性變形能力得到改善，從而使壓坯的密度得到進一步提高,是溫壓致密化的次要機制［口】。擴散焊接作為一種新穎的壓焊技術，其成形過程是相互接觸的兩個材料表面，在溫度、壓力和吋間等因素的作用下，被連接表面相互靠近,緊密結合點發(fā)牛塑性變形的同時結合層原子間相互擴散而形成整體的可靠連接過程。其成形機理是，由槊性變形機理、粘性變形機理、界面

7、擴散機理及休積擴散機理共同作用所構成的界面孔洞消失過程機理。擴散焊接不僅適合金屬材料成形，同時也適于石墨、陶瓷、木材和有機高分子材料等卩⑷。木質材料無膠熱壓成形作為木基復合材料成形的新技術新工藝，“木素熱塑融合”以及包括“氫鍵結合”和“半纖維索結合”在內的化學鍵合是普遍公認的成形機理卩①。融匯上述三大材料成形原理與技術，創(chuàng)新木基復合材料成形方法，制備高致密強韌化木基復合材料，揭示成形結合機理，解析“壓坯密度（P）或模沖位移（x）”與“成形壓力（P）、成形溫度（T）和保