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1 生物质复合材料与生物质资源概述1

1.1 生物质复合材料概述1

1.1.1 层积复合1

1.1.2 混合复合2

1.1.3 参透复合4

1.1.4 构建多尺度结构的纳米界面6

1.1.5 运用增材制造技术7

1.2 生物质资源要览7

1.2.1 林木资源概况8

1.2.2 低碳环保，绿色保障10

1.3 木材的生态学属性与环境效应11

1.3.1 木材的生态学属性与人居环境11

1.3.2 木材的碳素储存与环境效应11

主要参考文献14

2 生物质的结构及理化性质15

2.1 生物质的宏观构造学特征15

2.1.1 木材的宏观构造15

2.1.2 材的宏观构造18

2.1.3 农作物秸秆的宏观构造19

2.2 生物质的微观构造学特征21

2.2.1 木材的微观构造21

2.2.2 竹材的微观构造26

2.2.3 农作物秸秆的微观构造28

2.3 生物质的物理力学性质31

2.3.1 木材的物理力学性质31

2.3.2 竹材的物理力学性质36

2.3.3 农作物秸秆的物理力学性质37

2.4 生物质的化学性质38

2.4.1 木材的化学性质38

2.4.2 竹材的化学性质40

2.4.3 农作物秸秆的化学性质41

主要参考文献45

3 生物质-聚合物复合材料的热压成型技术47

3.1 生物质-聚合物复合材料概述47

3.1.1 生物质-聚合物复合材料48

3.1.2 生物质-聚合物复合材料热压成型工艺49

3.2 生物质纤维-聚合物复合材料制造工艺50

3.2.1 原材料预处理50

3.2.2 生物质-聚合物复合材料的生产特点55

3.2.3 纤维形态与复合材料强度的关系55

3.3 生物质碎料-聚合物复合材料制造工艺57

3.3.1 生物质原料及其性质57

3.3.2 生物质碎料形态对复合材料性能的影响58

3.4 生物质-聚合物复合材料的无纺编织与模压成型工艺59

3.4.1 生物质纤维的无纺编织制品59

3.4.2 复合材料的模压成型工艺60

3.5 热压成型产品的检测及性能62

3.5.1 热压成型产品的检测62

3.5.2 热压成型产品的性能64

3.6 应用67

3.6.1 木质人造板的应用67

3.6.2 无纺布聚合物复合材料的应用71

主要参考文献73

4 生物质-聚合物复合材料的挤出与注射成型技术75

4.1 生物质材料的预处理75

4.1.1 生物质材料的加工75

4.1.2 生物质材料的干燥76

4.1.3 生物质材料的表面改性76

4.2 聚合物废弃物的再生与改性79

4.2.1 聚合物废弃物的回收79

4.2.2 聚合物废弃物的预处理82

4.2.3 聚合物废弃物的改性85

4.3 生物质-聚合物复合材料的挤出成型技术86

4.3.1 挤出成型工艺原理86

4.3.2 挤出成型设备87

4.3.3 挤出机的工作原理93

4.3.4 挤出成型工艺97

4.3.5 单螺杆挤出机加工的工艺特点99

4.3.6 双螺杆挤出机加工的工艺特点100

4.3.7 串联双阶挤出机组加工的工艺特点102

4.4 生物质-聚合物复合材料的注射成型技术102

4.4.1 注射成型原理103

4.4.2 注射成型设备103

4.4.3 注射成型工艺106

4.5 秸秆-热塑性塑料复合材料108

4.5.1 秸秆的特性及预处理108

4.5.2 热塑性树脂117

4.5.3 秸秆-热塑性塑料复合材料的制备120

4.5.4 秸秆-热塑性塑料复合材料的性能127

4.6 生物质-聚合物复合材料的性能143

4.6.1 物理力学性能144

4.6.2 蠕变性能151

4.6.3 其他性能152

4.6.4 力学性能测试方法152

4.7 生物质-聚合物复合材料挤出与注射成型产品的应用157

4.7.1 建筑业158

4.7.2 包装和运输业160

4.7.3 家具业161

4.7.4 其他方面的应用161

主要参考文献162

5 功能化木塑复合材料166

5.1 热致可逆变色木塑复合材料的研究166

5.1.1 热致可逆变色木塑复合材料的制备166

5.1.2 热致可逆变色木塑复合材料的热响应特性166

5.2 荧光可逆变色木塑复合材料的研究169

5.2.1 荧光可逆变色木塑复合材料的制备169

5.2.2 荧光变色木塑复合材料的表观颜色169

5.2.3 荧光与发射光光谱分析169

5.3 变色木塑复合材料的应用探讨171

5.3.1 可逆热致变色木塑复合材料的应用171

5.3.2 可逆光致变色木塑复合材料的应用171

5.4 防霉木塑复合材料171

5.4.1 木塑霉变的影响因素171

5.4.2 木塑防霉方法174

5.4.3 防霉木塑复合材料的应用175

主要参考文献176

6 木质-橡胶复合材料179

6.1 木质-橡胶复合材料概述179

6.1.1 原料资源179

6.1.2 木质-橡胶复合材料研究现状181

6.1.3 木质-橡胶复合材料应用领域182

6.2 木质-橡胶复合材料的热压成型技术183

6.2.1 实验材料183

6.2.2 实验设备183

6.2.3 实验方法184

6.3 木质-橡胶热压复合材料性能测试184

6.3.1 木刨花-废旧胶粉复合材料主要影响因子数值确定184

6.3.2 木刨花-废旧胶粉复合材料性能影响因子统计分析186

6.3.3 影响因子对木刨花-废旧胶粉复合材料性能影响分析188

6.3.4 木刨花-废旧胶粉复合材料热压工艺优化191

6.4 木质-橡胶复合材料的混炼硫化成型技术192

6.4.1 实验材料193

6.4.2 实验设备及主要仪器193

6.4.3 实验方法193

6.4.4 试样制备194

6.5 木材纤维-橡胶复合材料性能测试195

6.5.1 木材纤维添加量对木材纤维-橡胶复合材料性能的影响195

6.5.2 转子转速对木材纤维-橡胶复合材料性能的影响196

6.5.3 密炼机填充系数对木材纤维-橡胶复合材料性能的影响196

6.5.4 建立非线性回归性能预测模型197

6.5.5 木材纤维-橡胶复合材料性能优化分析198

6.5.6 木材纤维-橡胶共混物的固化特性198

6.5.7 木材纤维-橡胶复合材料的吸水率199

6.5.8 微观分析199

6.6 木质-橡胶复合材料挥发性有机化合物的研究200

6.6.1 挥发性有机化合物的定义与分类200

6.6.2 挥发性有机化合物的来源与危害201

6.6.3 挥发性有机化合物的控制202

6.6.4 挥发性有机化合物的测定203

主要参考文献204

7 生物质-金属复合材料208

7.1 生物质-金属复合材料概述208

7.1.1 原料资源208

7.1.2 基本方法210

7.2 原料的预处理技术211

7.2.1 木材纤维的制备211

7.2.2 纤维施胶213

7.2.3 纤维干燥216

7.2.4 金属材料的表面处理217

7.3 生物质纤维-金属复合材料219

7.3.1 木材-金属复合材料的成型219

7.3.2 预压和热压222

7.3.3 后期加工224

7.3.4 木材纤维-金属网复合材料工艺及材料性能225

7.3.5 木材纤维-金属纤维复合中密度纤维板工艺及电磁屏蔽效能229

7.3.6 木材纤维-金属粉复合中密度纤维板工艺及电磁屏蔽效能233

7.3.7 木材纤维-金属箔复合中密度纤维板的电磁屏蔽效能238

7.4 化学镀法制造生物质-金属复合材料239

7.4.1 木材表面化学镀铜239

7.4.2 木材表面化学镀镍278

7.4.3 化学镀法制造木材-金属复合材料283

7.4.4 木材表面化学镀Ni-Cu-P三元合金285

7.5 生物质-金属复合材料的性能检测294

7.5.1 镀层结合强度294

7.5.2 导电性能294

7.5.3 电磁屏蔽性能295

7.6 生物质-金属复合材料的应用297

7.6.1 抗静电领域297

7.6.2 电磁屏蔽领域298

主要参考文献298

8 生物质-无机质复合材料300

8.1 无机质原料300

8.1.1 水泥300

8.1.2 石膏302

8.1.3 氯氧镁水泥304

8.2 生物质-无机质复合材料的化学助剂307

8.2.1 水泥混凝上外加剂简介307

8.2.2 生物质-无机质复合材料常用的化学助剂309

8.2.3 生物质-无机质复合材料中常用的高聚物助剂310

8.2.4 生物质与水泥相容性实验方法与评定指标312

8.3 生物质-水泥复合材料315

8.3.1 生物质原料的预处理315

8.3.2 影响生物质-水泥复合材料性能的因素316

8.3.3 生物质纤维-水泥复合材料生产工艺319

8.3.4 生物质-水泥复合材料一般工艺设备简介322

8.3.5 生物质-水泥复合材料的性能测试324

8.3.6 合成高聚物改性稻壳-水泥复合材料328

8.3.7 苯丙乳液改性稻壳-水泥复合材料335

8.3.8 乙烯-乙酸乙烯酯改性稻壳-水泥复合材料338

8.3.9 聚丙烯酸酯乳液改性稻壳-水泥复合材料340

8.4 生物质-石膏复合材料343

8.4.1 缓凝剂343

8.4.2 生物质-石膏复合材料成型工艺344

8.4.3 生物质～石膏复合材料的制备344

8.5 生物质-氯氧镁水泥复合材料346

8.5.1 生物质-氯氧镁水泥复合材料概述346

8.5.2 生物质-氯氧镁水泥复合材料的生产工艺348

8.5.3 生物质-氯氧镁水泥复合材料制品性能的影响因素350

8.6 生物质-无机质复合材料的应用352

8.6.1 生物质-无机质复合材料国内外应用进展352

8.6.2 生物质-无机质复合材料一般施工方法352

8.6.3 几种常见生物质-无机质复合材料的应用353

主要参考文献355

9 纳米技术在生物质-无机质复合材料中的应用357

9.1 木材-无机质复合材料的基本内涵357

9.1.1 木材-无机质复合材料357

9.1.2 木材-无机纳米复合材料358

9.1.3 木材生物矿化358

9.2 木材-无机质复合材料的研究概况358

9.2.1 双重扩散法制备木材-无机质复合材料359

9.2.2 溶胶-凝胶法制备木材-无机质复合材料359

9.2.3 溶胶-凝胶法制备木材-无机质复合材料存在的问题361

9.3 无机纳米材料在木材科学中的应用362

9.3.1 纳米科技与木质复合材料362

9.3.2 无机纳米材料与木材的复合362

9.3.3 无机纳米材料的应用前景365

9.4 溶胶-凝胶法制备木材-无机质复合材料的工艺学原理366

9.4.1 溶胶-凝胶合成的工艺学原理366

9.4.2 溶胶-凝胶合成的化学原理368

9.4.3 气凝胶的概念及特性368

9.4.4 木材-SiO2气凝胶纳米复合材料制备工艺370

9.4.5 SiO2气凝胶干燥原理与超临界流体特性373

9.4.6 超临界流体干燥制备SiO2气凝胶的工艺设备374

9.5 木材-SiO2气凝胶纳米复合材料制备典型实例375

9.5.1 低密度醇凝胶的制备与形成过程375

9.5.2 TEOS-EtOH-H2O-HCl-HF反应体系用量对凝胶化时间的影响376

9.5.3 凝胶的陈化处理377

9.5.4 浸渍压力与SiO2溶胶浸渍量的关系378

9.5.5 浸渍加压时间与SiO2溶胶浸渍量的关系378

9.5.6 不同SiO2溶胶与不同树种吸收量的关系379

9.5.7 SiO2气凝胶在木材细胞壁中的分布379

9.5.8 SiO2气凝胶在木材中的分布379

9.5.9 超临界CO2流体对木材-SiO2醇溶胶的干燥380

9.5.10 SiO2气凝胶的结构形态383

9.5.11 SiO2气凝胶的相组成384

9.6 木材-SiO2气溶胶纳米复合材料的性能384

9.6.1 木材-SiO2气凝胶复合材料的力学性能384

9.6.2 不同气凝胶处理紫椴／桤木木材的顺纹抗压强度386

9.6.3 不同气凝胶处理紫椴／桤木木材的顺纹抗弯强度386

9.6.4 不同气凝胶处理紫椴／桤木木材的抗弯弹性模量386

9.6.5 不同气凝胶处理与紫椴／桤木木材硬度的关系386

9.6.6 木材-SiO2气凝胶复合材料的尺寸稳定性387

9.6.7 木材-SiO2气凝胶复合材料的声学性质389

9.6.8 木材-SiO2气溶胶复合材料的阻燃性能研究391

9.7 基于生物矿化原理的木材-无机质复合材料的新探索392

9.7.1 生物矿化的基本内涵392

9.7.2 天然木材-无机质生物矿化复合材料中硅石及其他无机质存在的作用393

9.7.3 天然木材-无机质生物矿化复合材料中硅石和其他无机质的形态394

9.7.4 天然木材-无机质生物矿化复合材料中硅石和其他无机质的分布与沉积395

9.7.5 天然木材-无机质生物矿化复合材料中硅石和其他无机质的含量情况395

9.7.6 木材中硅石及其他无机质形成的条件397

9.7.7 新型木材-无机质生物矿化复合材料的发展前景展望397

主要参考文献398

10 硅铝凝胶增强超轻质植物纤维材料401

10.1 超轻质植物纤维材料结构的组成及理论401

10.1.1 湿泡沫的稳定性及作用401

10.1.2 气泡的作用401

10.1.3 材料内部纤维“取向”连接402

10.1 材料脱水成型404

10.2 硅铝凝胶／植物纤维复合理论404

10.2.1 硅酸钠水玻璃的特性404

10.2.2 铝的水解和聚合机制406

10.2.3 硅与铝的反应机制406

10.2.4 硅铝溶胶-凝胶的配制及其改性407

10.2.5 PASS合成机制及表面化学结构分析408

10.2.6 聚乙烯醇对PASS的改性及反应机制408

10.3 硅铝-木质纤维基超轻质复合材料的制备及分析411

10.3.1 PVA-硅铝-木质纤维复合材料的制备411

10.3.2 硅溶胶对PVA-硅铝-木质纤维复合材料微观分析411

10.3.3 硅铝膜的介孔结构413

10.3.4 表面化学结构分析413

10.3.5 硅铝溶胶-凝胶及木质纤维复合材料晶体结构的分析419

10.4 硅铝凝胶增强超轻质植物纤维材料性能分析420

10.4.1 材料热稳定的研究420

10.4.2 材料的耐腐防霉特性422

主要参考文献423

11 生物质纳米纤维复合材料426

11.1 生物质纳米纤维的制备与性能426

11.1.1 生物质纳米纤维的分类与命名426

11.1.2 生物质纳米纤维的制备与解聚原理426

11.1.3 生物质纳米纤维的结构与特性429

11.2 生物质纳米纤维自组装薄膜431

11.2.1 生物质纳米纤维自组装成膜431

11.2.2 生物质纳米纤维自组装膜的结构与性能432

11.2.3 生物质纳米纤维薄膜的应用434

11.3 生物质纳米纤维增强聚合物复合材料435

11.3.1 生物质纳米纤维的表面修饰与定向调控435

11.3.2 生物质纳米纤维增强水溶性聚合物复合材料436

11.3.3 生物质纳米纤维增强非水溶性聚合物复合材料437

11.3.4 生物质纳米纤维增强机制439

11.4 生物质纳米纤维功能复合材料439

11.4.1 生物质纳米纤维储能材料439

11.4.2 生物质纳米纤维光学材料441

11.4.3 生物质纳米纤维催化吸附材料443

11.4.4 生物质纳米纤维智能缓释材料444

11.5 生物质纳米纤维软物质复合材料445

11.5.1 生物质纳米纤维水凝胶445

11.5.2 生物质纳米纤维气凝胶447

11.5.3 生物质纳米纤维碳气凝胶448

主要参考文献448

12 生物质表面多尺度结构的形成及其仿生功能455

12.1 引言455

12.2 自然界的仿生现象455

12.2.1 荷叶的滴水不沾特性455

12.2.2 棉花的轻柔飘逸特性456

12.2.3 海鞘的环境响应特性456

12.2.4 扇贝的层级结构456

12.2.5 候鸟海龟的“千里迁徙”和“万里洄游”特性457

12.2.6 树根的自修复特性457

12.3 木材表面多尺度TiO2结构的形成及其仿生功能457

12.3.1 仿生荷叶“滴水不沾”超疏水TiO2结构薄膜的制备方法458

12.3.2 木材表面多尺度无机TiO2纳米结构的形成及其仿生功能459

12.4 竹材表面多尺度结构的形成及其仿生功能466

12.4.1 实验方法468

12.4.2 竹材表面多尺度ZnO结构形成工艺468

12.4.3 竹材表面多尺度ZnO结构的仿生功能472

12.5 结论与展望475

主要参考文献475

13 生物质复合材料的耐久性479

13.1 生物质复合材料的耐候性479

13.1.1 紫外线辐射对生物质-聚合物复合材料制品颜色的影响479

13.1.2 生物质-聚合物复合材料光降解的机理481

13.1.3 紫外线辐射对生物质-聚合物复合材料力学性能的影响482

13.2 水分对生物质复合材料性能的影响483

13.2.1 生物质-聚合物的吸水特性及其对力学性能的影响483

13.2.2 水分对生物质-水泥复合材料性能的影响484

13.3 低温对生物质复合材料性能的影响485

13.3.1 生物质-聚合物复合材料的冻融稳定性485

13.3.2 水泥刨花板的抗冻性486

13.4 生物降解对生物质复合材料性能的影响486

13.4.1 生物质-聚合物复合材料腐朽的可能性486

13.4.2 生物质-聚合物复合材料生物降解的防治487

13.4.3 生物质-无机质复合材料腐朽的可能性488

13.5 生物质-无机质复合材料耐久性的长期考证实例490

13.6 DMA技术在生物质复合材料耐久性研究中的应用492

13.6.1 DMA的基本原理492

13.6.2 DMA的应用493

主要参考文献495

附录A 纤维长度比较表498

附录B 我国造纸原料化学成分分析表504

B1 木材原料504

B2 竹类原料505

B3 草类原料505

B4 麻类原料506

B5 树皮原料506