响应面法分析优化晚松生物质成型燃料制备工艺

晚松在生物质能源利用方面具有优良的性能,笔者以晚松生物质成型燃料的密度为主要研究对象,探讨温度(A)、含水率(B)、颗粒平均直径(C)、压力(D)4个因素及因素间交互作用对密度的影响,通过响应面优化法得到了晚松生物质成型燃料的密度取极大值时所对应的较佳制备工艺,并验证在此制备工艺下的抗碎强度是否达到要求。结果表明:温度、含水率、颗粒平均直径、压力4个因素对晚松生物质成型燃料密度的影响都达到极显著水平,交互项AB、AC、BC的影响也达到极显著水平,各因素都是通过对晚松颗粒的流动性产生影响,进而对成型燃料密度产生交互作用。晚松生物质成型燃料密度取极大值时对应的较佳工艺为:温度131℃,含水率10.42%,颗粒平均直径1.0 mm,压力65 MPa;在此条件下得到的成型燃料平均密度约为1.02 g/cm3,平均抗碎强度为98.86%,达到生物质成型燃料标准的要求。     

红松球果和木屑制备颗粒燃料成型工艺研究

以红松球果脱种剩余物和木屑为原料,利用成型设备加工生物质颗粒燃料。通过单因素试验,研究筛分粒径、原料混合比例、含水率和环膜压缩比等因素对成型燃料密度的影响;研究表明:确定加工生物质颗粒的最佳工艺条件,筛分粒径1.4,混合比例1∶7,含水率12%,环模压缩比5.5∶1,在此工艺条件下,颗粒燃料密度为1.201 g/cm~3。     

基于高频热压成型的竹集成材制备及力学性能评价

【目的】探索竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度对高频热压成型竹集成材力学性能的影响,并优化高频热压加工工艺获得力学性能较优的竹集成材,为竹集成材高频热压成型提供技术参考。【方法】设计正交试验,采用高频热压加工工艺,以酚醛树脂(PF)为胶黏剂,研究竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度4个参数变量对高频热压成型竹集成材抗弯强度和剪切强度的影响,建立抗弯强度和剪切强度数学模型,分析力学性能最优解。【结果】极差分析表明,热压参数对抗弯强度的影响顺序为热压压力、竹材含水率、热压温度和施胶量,对剪切强度的影响顺序为施胶量、竹材含水率、热压压力和热压温度;主效应分析表明,4级竹材含水率、1级热压压力、1级施胶量和3级热压温度为最佳抗弯强度的热压参数,1级竹材含水率、1级热压压力、2级施胶量和3级热压温度为最佳剪切强度的热压参数;交互分析表明,各热压参数间存在交互作用;方差分析表明,热压压力是影响竹集成材抗弯强度的最重要因素,施胶量是影响竹集成材剪切强度的最重要因素;数学模型分析得出,竹材含水率15%、热压压力2.0 MPa、施胶量260 g·m-~(-2)、热压温度130℃为抗弯强度最优解(168.51 MPa);竹材含水率10.2%、热压压力2.0 MPa、施胶量240 g·m~(-2)、热压温度130℃为剪切强度最优解(263.26 MPa)。【结论】竹材含水率、热压压力、施胶量和热压温度4个参数变量对高频热压成型竹集成材力学性能均有影响,提出的热压参数对竹集成材抗弯强度和剪切强度影响的数学模型,可有效反映热压参数与竹集成材力学性能间的关系,优化高频热压加工工艺生产的竹集成材,其力学性能满足相关标准和使用要求。     

套筒加热方式对锯屑致密成型的影响

【目的】探究锯屑成型过程中成型套筒加热方式对成型燃料松弛密度、成型压力和耐久度的影响,优化成型套筒加热方式中加热温度和含水率的选择,寻找合理工艺参数,为生产实际提供参考。【方法】1)单因素设计:以含水率10%、12%、14%、16%和18%的锯屑为原料,分别取加热温度为AT(环境温度)、50、75、100、125、150、175、200、225和250℃,采用自制单柱塞成型试验机制备成型燃料,研究加热温度和含水率对成型燃料松弛密度、成型压力和耐久度的影响。2)二次回归通用旋转组合设计:根据单因素试验结果,确定试验点,建立松弛密度和成型压力数学回归模型,绘制加热温度和含水率的响应面图,分析加热温度和含水率的交互作用对成型燃料松弛密度和成型压力的影响。【结果】1)成型燃料含水率为10%时,温度高于200℃可成型,且成型压力大于95.74 MPa;18%含水率时,成型燃料表面多裂纹,易破损,成型效果差。2)温度75~175℃时,成型燃料表层出现炭化,并随着温度升高表层炭化颜色逐渐加深;当温度达到200℃以上时,成型效果下降明显。3)随着温度从75℃升至225℃,不同含水率成型燃料的成型压力总体呈下降趋势。4)不同含水率成型燃料在75~200℃条件下,耐久度无明显差异;温度达到200℃以上时,耐久度下降明显。5)ANOVA分析结果表明,松弛密度和成型压力数学回归模型P均小于0.001,模型回归方程极显著,R2分别为0.97和0.99(均大于0.8),方程与试验拟合良好。【结论】1)成型套筒加热方式可以有效降低成型压力,从而降低成型能耗。2)采用套筒加热方式,锯屑在含水率14%附近时成型效果最佳,适宜生产高密度成型燃料。3)松弛密度达到中密度成型燃料标准(0.7 g·cm-3)、耐久度达到90%以上时,成型压力最小的参数水平为加热温度200℃、含水率12%。     

芒草成型燃料工业化生产影响因素的研究

以江西鄱阳湖地区大量未开发利用的芒草为原料,采用新型机制木炭制棒机,就芒草的含水率、粉碎粒径和加热温度等因素对成型燃料松弛密度、抗水性、抗跌碎性的影响进行了研究.研究表明,原料含水率和加热温度对成型燃料的松弛密度和抗水性有着显著的影响;原料的含水率和粉碎粒径对成型燃料的抗跌碎性有着显著的影响.当含水率在7%-12%范围内,原料均很容易压缩成型,成型密度均能超过或接近1g/cm3.不同的成型设备,温度的测量部位不同,因此加热温度和原料的粉碎粒径要根据设备本身的特点进行调节.     

林业剩余物颗粒燃料成型工艺

分析了环模孔长径比、林业剩余物的粒度、含水率和进料转速对颗粒燃料成型的影响,并找出了杉木、松木、樟木、杂灌、锯末、竹屑6种林业剩余物的颗粒燃料较佳成型工艺条件.检测结果显示,生产的林业剩余物颗粒燃料的密度在1.1 g/cm3以上,以杉木和松木为原料的颗粒燃料的热值最高,超过17 800 kJ/kg.     

6种生物质颗粒成型燃料性能测试分析

对竹粉、红木粉和杉木刨花、树皮、棉秆、玉米秆6种生物质成型燃料进行工业分析、元素测试、密度和发热量及燃烧特性等相关参数的测定。结果表明:各生物质成型燃料的全水分、密度、灰分、挥发分和固定碳的物理特性参数基本满足瑞典生物质颗粒燃料标准SS187120的要求;通过元素分析法可知,6种生物质成型燃料的N为0.51%~3.45%,S为0.03%~0.22%,都远低于煤的值,是一种清洁能源;通过锥形量热仪的测试分析,结合傅一张着火特性指标FZ可知,6种生物质成型燃料的着火温度从低到高依次是红木粉杉木刨花竹粉树皮玉米秆棉秆。综合各项性能指标考虑,红木粉成型燃料的性能最优,其热值20.64 MJ/kg,全水分6.49%,灰分0.41%,挥发分82.01%,固定碳11.09%,N元素0.51%,S元素0.03%,点燃时间13 s。     

林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究

论述了以木质为原料制取颗粒成型燃料的工艺过程和内压滚动式成型机的结构以及成型条件。研究开发的成型机以木屑为原料生产能力达２５０ｋｇ／ｈ,当颗粒成型燃料作为家庭取暖炉用时,具有较好的经济效益和明显的社会效益。     

热压工艺对竹材玻纤布复合生产集装箱底板力学性能的影响

探讨了偶联剂、热压工艺对竹材玻纤布复合生产集装箱底板材力学性能的影响,分析了偶联剂种类、用量,以及热压压力、热压时间、热压温度对竹材玻纤布复合生产的集装箱底板产品静曲强度、弹性模量、耐磨性、内胶合强度、浸渍剥离等性能的影响。通过正交试验,得出优化的热压工艺为：①偶联剂R1和R2均适合作玻纤布表面处理的偶联剂。②偶联剂需用酒精稀释,较佳的稀释配比为1：2或者1：3。③热压压力2.6 MPa、热压温度150℃、热压时间1.1 min/mm。④热压压力对竹材玻纤布复合集装箱底板产品物理力学性能指标的影响均不显著;热压温度对竹材玻纤布复合集装箱底板的纵向MOE和内结合强度影响显著,对竹材玻纤布复合集装箱底板的横向MOE影响较显著;热压时间对竹材玻纤布复合集装箱底板内结合强度影响较显著。     

竹材刨花板热压工艺的研究

利用正交试验法研究了竹材刨花板热压曲线中各因素与极材的静曲强度，弹性模量及平面抗拉强度间的关系。结果表明，第一阶段压力是影响竹材刨花板力学性能的最主要因素，热压温度及采一阶段时间对力学性能也有较大的影响。根据试验结果确定竹材刨花板的最佳热压工艺参数。     

非木材植物纤维原料人造板

本文阐述了在中国发展非木材纤维原料人造板的意义,介绍了中国林科院木材工业研究所近年来开展的利用竹材、亚麻屑、蔗渣、棉秆、葵花秆、麦秸、谷秸、玉米秸、芦苇、豆秸和烟秆等非木材纤维原料制造刨花板、中密度纤维板和硬质纤维板的研究工作。结果表明,上述非木材植物纤维原料适于制造人造板,这些人造板在很多场合可以替代木材人造板使用,因而,在中国发展非木材植物纤维原料人造板具有广阔前景。     

喷蒸热压法棉秆无胶碎料板的研制

以棉秆为原料,采用喷蒸热压法研制无胶碎料板,探讨板的密度、蒸汽压力及喷蒸时间对棉秆无胶碎料板的物理力学性能的影响.结果表明:在试验范围内,随着板密度增大,无胶碎料板的静曲强度、弹性模量与内结合强度明显提高;提高蒸汽压力及延长喷蒸时间,能明显降低无胶碎料板的吸水厚度膨胀率.     

竹/木瓦楞复合板模压工艺的研究

用竹碎料模压制成瓦楞芯板,然后用面板材料(MDF)覆贴,制备竹/木瓦楞复合板。选用瓦楞芯板模压温度、模压压力以及模压时间作为试验因素,探讨这3个因素对复合板力学性能的影响。结果表明,模压压力对复合板的各项力学性能的影响最显著,模压温度和模压时间影响相对较小。瓦楞芯板模压工艺参数为:模压温度160℃、模压压力3.0 MPa、模压时间7 min,可获得较好的产品力学性能。     

白夹竹防护处理工艺及对力学性能的影响

以白夹竹为试验材料,采用环保防霉剂对其进行加压防护处理,分析药剂浓度、加压时间、浸渍温度对防腐防霉处理效果的影响,比较各工艺条件载药量的差别,并分析防腐防霉处理工艺对竹材力学性能的影响。结果表明:药剂浓度是影响白夹竹防腐防霉处理效果的主要因素;白夹竹较为理想的防腐防霉处理工艺为药剂浓度1.5%,加压时间30min,浸渍温度120℃;防腐防霉处理使白夹竹主要力学性能略微下降,但处理前后差异不显著。     

细叶龙竹秆形指标数学模型的建立

时云南、广西等地细叶龙竹人工林进行调查,研究其竹秆特性,测量胸径、秆高、鲜重、含水量等指标．对部分指标做相关性检验,建立回归方程．研究结果表明,胸径与秆高、鲜重等因子显著相关,将不同立地等级竹材的胸径和秆高、胸径和秆重用直线、幂函数、多项式等方程进行拟合,拟合方程经F检验均达到极显著水平．造林密度越大,细叶龙竹每丛株数越少、胸径越小,秆高变化不大;在胸径相同的情况下,立地条件越好,细叶龙竹秆高越高,鲜重越重：细叶龙竹幼竹木质化程度低,其含水量高于成竹,雨季竹秆含水量较旱季高．     

竹材料处理工艺改良的研究

采用正交试验设计,探讨炭化、蒸煮及复合改性剂浸渍工艺对竹片工艺品质的影响,结果表明:采用二次炭化工艺可以显著提高竹片工艺品质,竹片炭化最优工艺参数为:一次炭化蒸汽压力0.3 MPa、炭化时间180 min;二次炭化蒸汽压力0.2 MPa、炭化时间100 min。蒸煮处理结合复合改性剂浸渍处理也可以提高竹片工艺品质并代替炭化工艺生产出高品质的竹片材料,竹片蒸煮最优工艺参数为:煮蒸水温80℃,蒸煮时间7 h;竹材复合防腐剂压力浸渍工艺的最优参数为:浸渍压力1.0 MPa、时间120 min、DP∶UF为4∶1。     

纳米TiO2改性薄竹的工艺试验

研究了纳米TiO2改性薄竹机理与工艺,分析薄竹切面、薄竹厚度、浸渍压力与浸渍时间等工艺因素对薄竹附载TiO2效果的影响,并运用X射线光电子能谱与环境扫描电镜技术手段,分析了薄竹改性处理前后的表面元素组成、元素变化、TiO2分布效果。试验结果表明:浸渍时间90 min、浸渍压力0.10 MPa、薄竹厚度0.3 mm、径切面纹理的薄竹、纳米TiO2溶液浓度0.5 g/L、浴比1∶10～20、常温浸渍纳米TiO2溶液改性薄竹工艺是可行的,TiO2附载率约为1.3%。     

氧气含量对竹材炭化特性的影响

竹材炭化过程中,炭化温度和炭化时间是两个十分重要的工艺参数,同时炉内的氧气含量对竹材炭化也会产生较大影响。通过传感器实时测定并控制炉内氧分压,研究炉内氧含量对竹材炭化的影响。结果表明,随着炉内氧分压增加,得炭率下降。用电子显微镜和能谱仪分析观察竹炭的微观结构和残留物成份,揭示竹炭蜂窝状的微观结构;随着炉内氧分压增加,竹炭孔径变大,表明炭化过程中氧含量影响竹材炭化过程中细胞的收缩。     

棉秆与麦草蒸煮反应的动力学比较

比较了棉秆和麦草蒸煮反应的脱木质素速率常数,提出一种研究蒸煮反应动力学的实验和计算新方法。通过对不同恒温条件下的反应速率常数计算,采用与实际蒸煮反应相同的液比,用较短时间周期的有效碱浓度变化值和木质素含量变化值计算得出了两种原料烧碱-蒽醌法蒸煮反应的活化能。棉秆烧碱-蒽醌法蒸煮反应的活化能和麦草烧碱-蒽醌法蒸煮反应的活化能在整个脱木质素阶段基本是不变的。麦草烧碱-蒽醌蒸煮反应的活化能为51.0 kJ/mol。棉秆烧碱-蒽醌法蒸煮反应的活化能是138.1 kJ/mol,高于麦草蒸煮反应活化能,说明麦草蒸煮脱木质素反应比棉秆更容易。     

两种形态棉秆与回收塑料制备复合板材的工艺

采用两种形态的棉秆与两种塑料复合,制备棉秆/塑料复合板材,分析棉秆形态、塑料种类及工艺因子对复合板材性能的影响。结果表明:刨花态棉秆复合板材的性能优于搓丝态棉秆,热压温度、聚丙烯比例和板材密度对复合板材的性能有显著影响。优化条件下制成的棉秆搓丝/聚丙烯复合板材性能,超过室外结构用刨花板性能指标要求。