基于分形理論的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)研究.pdf

1、過(guò)多CO2排放導(dǎo)致全球氣候變暖,極端惡劣天氣不斷出現(xiàn),減少碳排放已成為全球關(guān)注的重點(diǎn),生物質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)為解決能源危機(jī)及建筑節(jié)能問(wèn)題提供了一個(gè)重要途徑。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料是利用液體發(fā)泡原理制備的一種以纖維為骨架的多孔輕質(zhì)新型材料,具有密度小、保溫性能優(yōu)異、吸音降噪性能好等特點(diǎn),在包裝、保溫及環(huán)保等許多領(lǐng)域都會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過(guò)多種手段對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究,并分析了無(wú)機(jī)物對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

2、>　　 首先,探討了不同工藝參數(shù)條件對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響,包括不同的原料類型(毛竹(Phyllostachys pubescens)漿、慈竹(Neosinocalamus affinis)漿、綠竹(Dendrocalamopsis Oldham)漿)、漿料濃度(4％、4.6％、5％)、發(fā)泡劑用量(30ml、50ml、70m1)、發(fā)泡時(shí)間(4min、6min、8min)、膠粘劑用量(20ml、30ml、50m1)等參數(shù)。

3、原料經(jīng)過(guò)打漿脫水后,按正交試驗(yàn)表L18(37)的工藝條件發(fā)泡成型干燥后制得不同性能的試驗(yàn)樣品,再檢測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和力學(xué)性能,綜合選擇較優(yōu)的工藝方案為:漿料濃度4.6％,膠黏劑用量30ml,原料類型為10％化學(xué)木漿、20％杉木絨毛漿、70％慈竹漿,發(fā)泡劑用量50ml,發(fā)泡時(shí)間6min;同時(shí)正交試驗(yàn)的方差分析結(jié)果表明,對(duì)于材料導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)說(shuō),原料類型和漿料濃度的影響極顯著,而發(fā)泡劑用量和發(fā)泡時(shí)間的影響顯著,膠黏劑用量的影響不顯著。以較優(yōu)的工

4、藝方案為基礎(chǔ),對(duì)各個(gè)參數(shù)作單因素試驗(yàn),結(jié)果表明,對(duì)于不同的原料類型,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律為:毛竹漿>慈竹漿>綠竹漿>化學(xué)木漿>杉木絨毛漿；隨漿料濃度的增大,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)先減小后增大,當(dāng)漿料濃度為4.6％時(shí),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)最?。浑S發(fā)泡劑用量的增加,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)整體變化不大,但趨勢(shì)是先減小后增大,發(fā)泡劑用量50ml達(dá)到最?。浑S發(fā)泡時(shí)間的增加,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)先

5、減小后增大,發(fā)泡時(shí)間為6min時(shí)最小。
　　 其次,引入分形理論,對(duì)具有非規(guī)則幾何形態(tài)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。在試驗(yàn)獲取網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料截面的基礎(chǔ)上,采用計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù),計(jì)算了其剖面的分形維數(shù),繼而建立了一種基于分形的材料結(jié)構(gòu)模型和簡(jiǎn)化的導(dǎo)熱模型,并利用等效熱阻法計(jì)算了其導(dǎo)熱系數(shù),建立了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的分形模型為:結(jié)果表明,該方法的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較吻合,因此該分形模型是較合理的。進(jìn)一步定量分

6、析網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素表明,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料的導(dǎo)熱系數(shù)與材料的孔隙率、分形維數(shù)及純氣、固相的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān),材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率增大具有近似線性下降的趨勢(shì),隨材料分形維數(shù)的增加而減小,隨氣相導(dǎo)熱系數(shù)的增大而增大,并且二者之間的變化曲線基本與比例函數(shù)的曲線相吻合,隨固相導(dǎo)熱系數(shù)的增大而增大,但當(dāng)固相導(dǎo)熱系數(shù)增大時(shí),固相導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響變小,與試驗(yàn)結(jié)果一致,更加證明網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的分形模型的

7、可信性。
　　 最后,初步探討了無(wú)機(jī)材料對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料性能的影響,無(wú)機(jī)物對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料既有增強(qiáng)效果也能提高材料的阻燃特性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)二氧化硅、硅酸鈉和硼酸的改性效果較好。選取了9種無(wú)機(jī)物,研究各種酸性無(wú)機(jī)物和堿性無(wú)機(jī)物及其不同添加量對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響,結(jié)果表明,添加無(wú)機(jī)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)變化不明顯,只是略微增大,這也證明了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)植物纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的分形模型的有效性；具體上看,添加