軟木傳熱機理與保溫性能優(yōu)化研究.pdf

1、軟木是自然界中存在的天然隔熱材料，本文以國產栓皮櫟軟木為對象，對比葡萄牙栓皮櫧軟木，研究了軟木細胞的固相骨架的傳熱機理和熱解特性，以及軟木熱處理后軟木細胞固相骨架傳熱特性變化。最后對軟木制品的保溫隔熱性能進行了優(yōu)化研究。
　　 主要研究結果如下:
　　 (1)將軟木單體細胞的結構進行歸納和簡化，構建了軟木單體細胞傳熱模型，運用串-并聯運算規(guī)則，得到固-氣結構軟木的等效導熱系數公式，軟木等效導熱系數是孔隙率（φ）的函數，與

2、固相導熱系數（λs）、氣相導熱系數(λa）有關。軟木等效導熱系數的計算公式為:λ=(1+φ-2√φ)+(3√φ-φ)(λs/λa)/(1-3√φ)(1/λs)+(3√φ)(1/λa)
　　 可以通過等效導熱系數方程預測軟木制品的導熱系數，導熱系數的計算值和實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)在軟木的熱解反應中，將熱解過

3、程劃分為4個階段，第一個階段都出現一個明顯的吸熱峰，國產栓皮櫟軟木的吸熱峰強度高于葡萄牙產栓皮櫧軟木。第三個階段是軟木熱解的主要階段，該階段失重高達77.14～81.59％。整個熱解過程是由軟木中軟木酯、木質素及纖維素等成分的熱解過程的疊加組成;軟木酯、木質素等成分的熱穩(wěn)定性好，延長了熱解反應溫度區(qū)間，延緩了軟木的熱解過程。
　　 (3)計算出軟木活化能較大，三種產地軟木的平均活化能分別達到了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行，需要在較高的溫度下，提供大量的能量時，熱解才能發(fā)生。根據熱分解速率方程導出相應的熱解動力學方程，軟木的熱解反應機理可以用一個一級反應過程來較好地描述。
　　 (4)通過對軟木固相骨架的研究，發(fā)現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—吸附質之間的相互作用很弱，軟木細胞壁沒有吸附水的存在。栓皮櫟軟木細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。陜西產栓皮櫟軟木的孔徑在50nm以下的介孔高達90.77％，孔隙直徑小于氣體分子的自由程，消除了細胞壁孔徑內氣體本身的熱傳導，其等效導熱系數很低。
　　 (5)軟木熱處理后，軟木細胞壁的化學成分出現變化:主要是2852cm-1-2920cm-1的蠟質C-H不對稱伸縮和對稱伸縮振動減弱，1700cm-1-1800cm-1的區(qū)域內出現酯類的羰基((〉)c=o)特征峰，在1506cm-1處出現

6、木質素的芳環(huán)骨架振動，以及在1456cm-1處出現半纖維素CH2彎曲振動和895cm-1處的β-D-葡萄糖的特征吸收峰，峰強在熱處理中都有減弱。
　　 (6)軟木熱處理后，甘肅產軟木細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％。單點表面積、BJH吸附孔總容積呈減小趨勢，細胞壁上孔隙直徑分布向20nm以下的介孔集中，20nm以下的介孔分布強度更高，超過50nm的大孔數量明顯減少。

7、>　　 (7)軟木熱處理后視覺特性出現明顯變化: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a*和黃藍軸色品指數b*有不同程度的規(guī)律性降低。熱處理溫度對軟木明度和色差的影響遠大于熱處理時間的影響。
　　 (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熱系數最小，保溫性能最好。軟木顆粒的粒度較小時，粒度的變化對軟木制品保溫性能的影響變小