本论文采用自主研制的蒸汽喷射式成型新技术理论与装备,以松木木材纤维和农业废弃物稻草纤维为试验原料和以发泡性聚氨酯MPU-20树脂为化学助剂,成功制备了密度低于100 kg/m3、厚度为20-200 mm的超低密度纤维功能成形体。根据该成形体的结构特点,研究了其在缓冲动力学和隔热吸声等方面的性能与应用价值,通过试验分析了工艺因素如蒸汽喷射压力、透射时间、保存时间、MPU-20树脂用量、成形体密度等对上述性能的影响,并采用现代分析技术手段如SEM、AFM、FTIR、XRD、Py-GC-MS、EMPA(EDS)和TDA-TGA等重点研究了蒸汽喷射过程中纤维功能成形体的成型机理。此外,还采用先进温度采集技术对蒸汽喷射过程中纤维体内温度曲线进行了在线、连续、自动测定与分析。研究表明： 通过静态和动态缓冲动力学性能分析表明该成形体具有优良的缓冲动力学性能,其最小静态、动态缓冲系数可分别为3.57489和6.21667,且在静态压缩过程中通常会出现2次屈服效应,并通过建立理想的物理模型来揭示成形体在静态压缩过程中应力-应变量变化的机理。研究表明成形体还具有优良的隔热吸声性能,其导热系数可在0.04700-0.05600 kcal/mh℃,且具有在宽声频(250-7000 Hz)范围内很高的吸声系数值,吸声系数会随声频的增大而先快速增大、后缓慢降低再次增大至稳定的变化趋势,其降噪系数NRC可达0.7-0.9,平均吸声系数可达到0.4-0.7。工艺因素如蒸汽喷射压力、透射时间、保存时间、MPU-20树脂用量、成形体密度等对成形体的缓冲动力学性能和隔热吸声性能有不同程度的影响。此外,该成形体在通常气候条件下吸湿度小于8.5％,并具有良好的尺寸稳定性能,在经过恶劣环境条件下的处理下其厚度变化量≤2.5％。防火性能分析表明其在第一燃烧阶段该成形体均能燃烧且燃烧时间一般小于30 s,在第二燃烧阶段中成形体均能燃烧但燃烧时间会减少,而在第三燃烧阶段中仅部分成形体会燃烧且燃烧时间会更短。通过弯曲强度试验发现,在达到最大载荷后很少看见明显的断裂曲线,密度80 kg/m3和MPU-20树脂含量20％的成形体,其最大弯曲应力达5 kPa。 FTIR、SEM、AFM等分析表明在蒸汽喷射过程中会不同程度地降解纤维素、半纤维素和木素等组分,其降解液呈酸性的特征,该降解液主要是以可溶性混合多糖为主的混和物,而沉淀物质则是类似于石炭酸松香树脂类结构的化合物；UV-Vis紫外光谱分析表明蒸汽喷射处理过程中会产生酸性降解的含不饱和单位共轭体系的中间分子色素,且木素也发生了降解或溶出及木素吸收峰发生偏移。 SEM、AFM和EMPA(EDS)等分析表明该成形体具有明显的各向异性特征,蒸汽喷射处理后纤维表面会出现“沟痕”和“凹槽”或碎片,部分木素或半纤维素、脂肪、蜡或果胶质等混合物质被溶出,纤维表面的碳水化合物含量增加,且成形体内的纤维-树脂微粒.纤维的超微结构研究表明树脂微粒是以"X"型、端部为“胶钉”的形式嵌入纤维表面的凹处或纹孔处将纤维-纤维以化学连接键的形式连接。 研究表明蒸汽喷射过程中成形体内主要发生了2个主要化学反应：(1)MPU-20树脂的活性基团-NCO与纤维表面的-OH等发生了交联固化反应,其提供纤维间的结合强度；(2)MPU-20发泡性树脂的活性基团-NCO与孔隙内流动的蒸汽之间的发泡反应生成二氧化碳气体,其可提供成形体内较好的泡孔结构或孔隙结构。XRD分析表明参与上述化学反应的羟基基团-OH,其不仅来自细胞壁的表层区域,且还来自于微晶区内。Py-GC-MS、DTA-TGA热解特性研究表明在成形体存在有含较多N原子与-OH或-COOH等相连接的复杂结构化合物中,同时还存在许多的有机酸类和苯环状结构的化合物,以及较多的低分子化合物呋喃型的环状化合物,其主要为木素、半纤维素等糖类化合物的结构特征；在O2环境下成形体在热降解过程中具有较低的重量损失或更好的热稳定性,高温热解过程主要以放热为主。 在不添加MPU-20树脂情况下,蒸汽喷射过程中纤维体内的温度由开始的稳定不变(约25 s),到急剧上升高温阶段(升温时间约0.8 s)到停止喷射后的缓慢降温阶段,而在添加MPU-20树脂后纤维体内的温度曲线会在温度急剧上升阶段产生一个“缓冲区域”。 制备该超低密度纤维功能成形体所需生产周期约为1.5 min(包括渗透时间1.30 s,透射时间1 s和保存时间为1 min),与聚乙烯泡沫塑料等的生产周期相当,是传统的热模压法生产周期的1/25-1/100,比喷蒸热压法生产周期还缩短近1/2,该成型新技术与装备具有操作更简单、投资成本低和能耗低等优点。制备的纤维功能成形体具有优良的缓冲动力学性能、隔热吸声性能及尺寸稳定性能好等,同时还具有良好的机械加工性能,产品易锯割,显自然色,质软且富有弹性,无任何甲醛等有毒气体释放,是一种真正意义上的绿色环保的新材料,具有非常看好的发展潜力和应用价值。