等离子体改性聚乙烯膜增强柔性装饰薄木制备工艺与性能研究

发布时间：2018-10-31 21:24

【摘要】：为提高木材利用率和产品附加值,本文以聚乙烯膜和装饰薄木为原料,系统研究了等离子体改性聚乙烯膜增强柔性装饰薄木的制备工艺,分析了其卷曲变形影响因素和控制机制,优化了改性聚乙烯膜增强柔性装饰薄木饰面的相关工艺参数,为工业化生产与应用提供了理论依据和技术支撑,具有重要的理论意义和实用价值。得出以下主要结论:(1)改性聚乙烯膜(PE)制备聚乙烯膜增强柔性装饰薄木优化工艺:改性PE膜厚0.03 mm,热压压力1.0 MPa、温度150℃、时间120 s。该条件下其柔韧性优良,钢棒卷曲直径小至4 mm;剥离强度达0.51 MPa,但热压卷曲变形较明显。(2)不同条件等离子体改性处理装饰薄木表面性能:a)空气等离子体可明显改善装饰薄木的表面润湿性,且放电功率和等离子体处理速度对其影响显著。处理功率3 k W,处理速度3 m/min时,花梨、柚木和黑胡桃装饰薄木表面润湿性改善最显著,其表面接触角分别降低了34.28%、26.05%和39.77%,自由能分别增加约77.27%、1.26倍和1.28倍,表面动态衰减速率常数K值分别提高了4.24倍、5.29倍和6.65倍;处理功率2 k W,处理速度4 m/min时,红栎和水曲柳表面接触角降幅最显著,分别为47.41%和37.31%,自由能增幅分别达59.09%和1倍以上,动态衰减速率常数K值分别提高了2.68倍和4.38倍。b)黑胡桃木、红栎、水曲柳、花梨等四种装饰薄木表面经等离子体改性后,表面C2键含量均明显增加,而柚木表面C2键含量从17.1%减少到10.5%,氧化反应薄弱。c)等离子体改性处理可对装饰薄木表面产生物理刻蚀,增大表面粗糙度,且增幅与木材材性及微观构造有关。处理速度3 m/min时,柚木、黑胡桃和花梨装饰薄木粗糙度增幅均最大,分别约41.82%、54.4%,和45.63%。(3)等离子体改性制备聚乙烯膜增强红栎柔性薄木优化工艺参数:热压压力0.6 MPa,温度120℃,时间150 s,等离子体处理速度4 m/min;花梨为热压压力0.6 MPa,温度120℃,时间120s,等离子体处理速度3 m/min。以此制备的聚乙烯膜增强装饰薄木柔韧性好,剥离强度可达0.5 k N/m以上,横向抗拉强度增加到4.1 MPa以上,浸渍剥离性能试验均可达到Ⅰ类胶试验要求。(4)等离子改性处理聚乙烯膜与花梨装饰薄木热压复合表界面胶合性能:a)等离子体改性处理可分别降低花梨装饰薄木和聚乙烯膜的表面接触角,增加表面自由能。当处理功率3 k W、处理速度3 m/min时,两者表面润湿性改善均最显著,聚乙烯膜表面水和二碘甲烷接触角分别下降了36.96%和61.35%,自由能增加了74.42%,且受极性力影响显著,增幅约为色散力的10倍。b)等离子体处理可增加装饰薄木和聚乙烯膜表面活性,有利于胶合过程中的化学反应。聚乙烯膜经处理后的O元素含量比未处理时增加了达10.72倍,O/C量比增大了13.11倍,明显高于花梨装饰薄木表面氧化程度。c)等离子体处理可对聚乙烯膜表面形成有效刻蚀,降低塑膜初粘度和熔融温度,有利于实现聚乙烯膜与装饰薄木低温下的熔融热压胶合特性,使其热压温度降至116~120℃间时,两者界面胶合特性良好,剥离强度达0.52 MPa,卷曲变形明显减小。(5)热压温度、聚乙烯膜与装饰薄木厚度及树种差异等因素对卷曲变形影响显著。热压温度越低,卷曲度越小;当装饰薄木0.2 mm与聚乙烯膜0.03 mm厚热压复合时,卷曲度相对最小;木材密度大,导管和其他细胞等组织致密的装饰薄木,其热压复合后卷曲度相对较小。提出采用降低热压温度联合凹凸模即时反向卷绕强制冷却法解决产品卷曲变形问题的方法。(6)热压温度和时间对聚乙烯膜增强柔性薄木表面胶合强度有显著影响,且热压压力和温度、热压温度和时间对聚乙烯膜增强柔性装饰薄木表面胶合强度交互影响显著。等离子体改性聚乙烯膜增强柔性红栎装饰薄木饰面优化工艺:热压温度130℃,热压时间3 min,热压压力1.0 MPa时,其表面胶合强度可达1.70 MPa。
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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS653

【参考文献】