湖南省教育厅科学研究项目

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1、湖南省教育厅科学研究项目研究报告项目编号：项　目　名　称：项目负责人：所在学校：电话：传真：电子信箱（E mail）：资　助　金　额：起止年月：10湖南省教育厅资助科研项目（09A101）“木质植物粉末温压成形与烧结技术”项目研究报告（中南林业科技大学****）1研究背景可以说，人造板、集成材、木塑材或重组木等木基复合材料产业的兴起为各种木质资源的有效利用、缓解木材供需矛盾、促进木材科学与技术学科的发展立下了汗马功劳，但绝大多数人工复合木材或木基复合材料从制造到使用都存在着不同程度的环境污染嫌疑；而且目前木基复合材料的应用主要局限于建筑装饰行业，得材率一直成为行业重要的

2、技术/经济考核指标，因而包括施胶和无胶人造板在内的热压成形工艺一般都选用了＜10MPa的压力参数，这就注定了绝大部分木基复合材料的密度低（＜1.0g/cm3）、组织结构疏松，因而在要求材料组织结构致密而强韧化的机械工程等高附加值产品领域很难有所作为。为了探讨基于树木枝丫材、竹木加工剩余物、木质化秸秆与果壳等的粉末制备高性能木基复合材料的可能性，本项目申请人融汇“木质材料无胶热压成形、金属粉末温压成形、扩散焊接”的原理与技术，找到了一种基于木质粉末的新型木基复合材料的成形新方法[1-6]，并于2010年10月完成了题为“木质粉末高压无胶模塑成形原理与技术”的博士论文。按照

3、新的成形方法，在65～70MPa高成形压力下成功获得了密度超过铁梨木，表观硬度达到FZ2365铜基烧结轴承硬度标准的纯木质滑动轴承材料；以及表观硬度达到HB51.9，可与FZ1460铜基烧结轴承和FZ1260铁基烧结轴承媲美的金属化木质复合滑动轴承材料。试验研究表明，这些新型木基复合材料的物理力学性能仍有很大的提升空间，而且成形压力仍然是提升其综合性能的主要诱因[7]。因而，项目“木质植物粉末温压成形与烧结技术”的意义在于：⑴对芦苇、麦秸、棉梗等木质化秸秆粉末实施超高压无胶成形，探明其结合机理；解析“压坯强度与成形压力”、“压坯强度与成形温度”、“压坯强度与保温保压时间

4、”以及“压坯密度或模冲位移”与“成形压力、成形温度和保温时间”之间的函数关系，建立木质化秸秆粉末超高压无胶成形压制方程；为高致密强韧化木基复合材料的绿色制造提供理论指导。⑵拓宽诸如芦苇、麦秸、棉梗等木质化秸秆资源的高质清洁利用渠道；拓展木基复合材料的应用范围，使其可供机械工程等领域选用（例如：替代金属材料、有机高分子复合材料或铁梨木制备滑动轴承、齿轮等，替代牛骨或红木制备汽车离合器手柄、仪表盘、饰条等高档木质内饰件）。⑶促进学科交叉，创新木基复合材料成形理论与技术体系，推进木材科学与技术学科发展。笔者认为，10木材科学和技术的创新务必两眼对外，要广泛吸纳金属材料、陶瓷材

5、料（包括金属陶瓷）、高分子材料、复合材料以及机械工程、石油化工等学科专业或领域的高新技术（如新材料技术、现代检测技术、优化设计技术、数值模拟与仿真技术、信息技术等），与社会、经济、资源和环境的发展紧密结合，促进学科前沿新的生长点和交叉点的出现，使学科边缘向其它相关学科不断延伸，在促进木材科学与技术学科自身发展的同时，丰富森林工程和材料科学的内涵[8-9]。本项目的研究实践，将在涉及“木质材料无胶热压成形原理与技术”的同时，还将涉及“金属粉末温压成形原理与技术”和“扩散焊接成形原理与技术”。金属粉末温压成形是生产高密度、高性能、高精度、低成本复合材料与制品的一种粉体材料成

6、形新技术新工艺。其成形机理在于：在压力（300～600MPa）、温度（130～150℃）、时间（以秒计）作用下，由于聚合物润滑剂的加入，粉末颗粒表面形成润滑膜，改善了颗粒之间以及粉末与成形模壁之间的润滑状态，减少了摩擦阻力，使粉末颗粒的移动和重排变得容易，因而润滑是温压致密化的主导机制；同时由于温度的升高，使粉末颗粒的加工硬化得以有效消除，使得粉末颗粒的塑性变形能力得到改善，从而使压坯的密度得到进一步提高，是温压致密化的次要机制[1-2]。扩散焊接作为一种新颖的压焊技术，其成形过程是相互接触的两个材料表面，在温度、压力和时间等因素的作用下,被连接表面相互靠近,紧密结合点

7、发生塑性变形的同时结合层原子间相互扩散而形成整体的可靠连接过程。其成形机理是，由塑性变形机理、粘性变形机理、界面扩散机理及体积扩散机理共同作用所构成的界面孔洞消失过程机理。扩散焊接不仅适合金属材料成形，同时也适于石墨、陶瓷、木材和有机高分子材料等[3-4]。木质材料无胶热压成形作为木基复合材料成形的新技术新工艺，“木素热塑融合”以及包括“氢键结合”和“半纤维素结合”在内的化学键合是普遍公认的成形机理[5-6]。融汇上述三大材料成形原理与技术，创新木基复合材料成形方法，制备高致密强韧化木基复合材料，揭示成形结合机理，解析“压坯密度（ρ）或模