軟木傳熱機(jī)理與保溫性能優(yōu)化研究.pdf

1、軟木是自然界中存在的天然隔熱材料，本文以國產(chǎn)栓皮櫟軟木為對(duì)象，對(duì)比葡萄牙栓皮櫧軟木，研究了軟木細(xì)胞的固相骨架的傳熱機(jī)理和熱解特性，以及軟木熱處理后軟木細(xì)胞固相骨架傳熱特性變化。最后對(duì)軟木制品的保溫隔熱性能進(jìn)行了優(yōu)化研究。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)將軟木單體細(xì)胞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納和簡化，構(gòu)建了軟木單體細(xì)胞傳熱模型，運(yùn)用串-并聯(lián)運(yùn)算規(guī)則，得到固-氣結(jié)構(gòu)軟木的等效導(dǎo)熱系數(shù)公式，軟木等效導(dǎo)熱系數(shù)是孔隙率（φ）的函數(shù)，與

2、固相導(dǎo)熱系數(shù)（λs）、氣相導(dǎo)熱系數(shù)(λa）有關(guān)。軟木等效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算公式為:λ=(1+φ-2√φ)+(3√φ-φ)(λs/λa)/(1-3√φ)(1/λs)+(3√φ)(1/λa)
　　 可以通過等效導(dǎo)熱系數(shù)方程預(yù)測軟木制品的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算值和實(shí)測值兩者之間平均誤差為5.16％，最大誤差為9.79％，滿足Russell法平均誤差和最大誤差分別不超過6％和15％的要求。
　　 (2)在軟木的熱解反應(yīng)中，將熱解過

3、程劃分為4個(gè)階段，第一個(gè)階段都出現(xiàn)一個(gè)明顯的吸熱峰，國產(chǎn)栓皮櫟軟木的吸熱峰強(qiáng)度高于葡萄牙產(chǎn)栓皮櫧軟木。第三個(gè)階段是軟木熱解的主要階段，該階段失重高達(dá)77.14～81.59％。整個(gè)熱解過程是由軟木中軟木酯、木質(zhì)素及纖維素等成分的熱解過程的疊加組成;軟木酯、木質(zhì)素等成分的熱穩(wěn)定性好，延長了熱解反應(yīng)溫度區(qū)間，延緩了軟木的熱解過程。
　　 (3)計(jì)算出軟木活化能較大，三種產(chǎn)地軟木的平均活化能分別達(dá)到了172KJ·mol-1(甘肅)、16

4、9KJ·mo1-1（陜西）和164KJ·mol-1（葡萄牙），說明軟木的燃燒很難進(jìn)行，需要在較高的溫度下，提供大量的能量時(shí)，熱解才能發(fā)生。根據(jù)熱分解速率方程導(dǎo)出相應(yīng)的熱解動(dòng)力學(xué)方程，軟木的熱解反應(yīng)機(jī)理可以用一個(gè)一級(jí)反應(yīng)過程來較好地描述。
　　 (4)通過對(duì)軟木固相骨架的研究，發(fā)現(xiàn)栓皮櫟和栓皮櫧軟木的等溫吸附線屬于Ⅲ型吸附等溫線，吸附劑—吸附質(zhì)之間的相互作用很弱，軟木細(xì)胞壁沒有吸附水的存在。栓皮櫟軟木細(xì)胞壁上有更多的孔隙和更大的比

5、表面積，孔徑分布主要位于20nm的范圍內(nèi)。陜西產(chǎn)栓皮櫟軟木的孔徑在50nm以下的介孔高達(dá)90.77％，孔隙直徑小于氣體分子的自由程，消除了細(xì)胞壁孔徑內(nèi)氣體本身的熱傳導(dǎo)，其等效導(dǎo)熱系數(shù)很低。
　　 (5)軟木熱處理后，軟木細(xì)胞壁的化學(xué)成分出現(xiàn)變化:主要是2852cm-1-2920cm-1的蠟質(zhì)C-H不對(duì)稱伸縮和對(duì)稱伸縮振動(dòng)減弱，1700cm-1-1800cm-1的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)酯類的羰基((〉)c=o)特征峰，在1506cm-1處出現(xiàn)

6、木質(zhì)素的芳環(huán)骨架振動(dòng)，以及在1456cm-1處出現(xiàn)半纖維素CH2彎曲振動(dòng)和895cm-1處的β-D-葡萄糖的特征吸收峰，峰強(qiáng)在熱處理中都有減弱。
　　 (6)軟木熱處理后，甘肅產(chǎn)軟木細(xì)胞壁比表面積呈增加趨勢，從2.438m2/g增大到2.907m2/g，增加了16.13％。單點(diǎn)表面積、BJH吸附孔總?cè)莘e呈減小趨勢，細(xì)胞壁上孔隙直徑分布向20nm以下的介孔集中，20nm以下的介孔分布強(qiáng)度更高，超過50nm的大孔數(shù)量明顯減少。

7、>　　 (7)軟木熱處理后視覺特性出現(xiàn)明顯變化:主要是明度降低，色差增大，且隨處理溫度的升高和時(shí)間的延長呈明顯遞增的趨勢;熱處理后軟木的紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*有不同程度的規(guī)律性降低。熱處理溫度對(duì)軟木明度和色差的影響遠(yuǎn)大于熱處理時(shí)間的影響。
　　 (8)軟木制品的保溫性能優(yōu)化研究:同等容重條件下，粗粒顆粒所制備的軟木制品的等效導(dǎo)熱系數(shù)最小，保溫性能最好。軟木顆粒的粒度較小時(shí)，粒度的變化對(duì)軟木制品保溫性能的影響變小