马尾松木材微波脱脂技术研究

论文摘要

本文以马尾松木材为研究对象,较全面地阐述了微波脱脂机理,系统分析了树脂道和泌脂细胞内流体的受力状况,建立了微波脱脂理论预测模型,对微波脱脂实施的临界压力和温度条件进行了数学模拟,研究了微波脱脂的基本规律,揭示了微波脱脂处理对木材干燥特性和渗透性的影响规律,获得了较优的微波脱脂处理工艺。本文主要成果如下：(1)阐述了松木微波脱脂机理,首次明确提出了微波高效脱脂的实施条件：木材温度不能低于树脂熔点；木材内外压强差能够把树脂道内的树脂排除到木材表面；木材内产生的内压强足以破坏泌脂薄壁细胞,使其所含的大量树脂能快速进入树脂道。(2)首次建立了微波脱脂理论预测模型,并对其临界压强与温度条件进行了数学模拟,结果表明：马尾松木材微波脱脂的理论最小临界压强为1.17×105Pa,其对应的最小临界温度为104℃；若要在泌脂细胞层次上破坏木材微观构造,取得非常理想的脱脂效果,则木材内外临界压强差和木材温度应分别控制在0.23～0.3MPa、135～140℃范围内。(3)探明了微波脱脂的基本规律：在微波脱脂过程中,木材温度变化分为快速升温和恒温脱脂两个阶段,温升速率随辐射强度的增加和试件初含水率的减小而增加；随着辐射功率的增加,木材失水量、含水率变化、失水速率和脱脂率显著增加；随着辐射时间的增加,木材失水量、含水率变化和脱脂率显著增加,但其失水速率呈减小趋势；随着木材初含水率的增加,木材失水量、含水率变化、失水速率和脱脂率呈先增加后减小趋势。(4)探明了微波脱脂处理对木材渗透性的影响规律：微波脱脂处理能有效改善马尾松木材渗透性,其渗透性的改善规律与脱脂率的变化规律基本相近,脱脂材的吸液量随微波辐射强度、辐射时间和木材初含水率的增加而增大；与对照材相比,脱脂材常压浸注吸液量的提高率最高可达73.62%。(5)揭示了微波脱脂处理对木材干燥速率的影响规律：随着微波辐射强度和辐射时间的增加,脱脂材在后续常规干燥中的干燥速率略有提高,提高率不超过6%。(6)制定了较优的微波脱脂工艺：微波辐射强度4Kw,试件初含水率80%左右,微波辐射时间7min,此工艺的脱脂率最高可达58.96%。微波脱脂具有处理时间短,脱脂效率高,脱脂材能保持木材本色的特点,是一种具有应用前景的松木脱脂新技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 马尾松资源概况
• 1.2 马尾松木材的构造特征
• 1.2.1 宏观构造
• 1.2.2 微观构造
• 1.3 松脂的组成与性质
• 1.3.1 松脂的组成
• 1.3.2 松脂的性质
• 1.4 松木脱脂技术研究现状
• 1.4.1 物理法脱脂技术
• 1.4.2 化学法脱脂技术
• 1.4.3 综合法脱脂技术
• 1.5 松木脱脂研究中存在的问题
• 1.6 选题依据及本研究的目的
• 1.7 研究内容
• 2 马尾松木材微波脱脂理论基础
• 2.1 概述
• 2.2 木材微波加热的理论基础
• 2.2.1 微波对木材的加热作用
• 2.2.2 木材的介电特性
• 2.3 微波穿透深度的计算
• 2.4 微波脱脂理论模型的构建与求解
• 2.4.1 马尾松木材树脂挤出模型的构建与求解
• 2.4.2 马尾松木材泌脂细胞破坏模型的构建与求解
• 2.5 本章小结
• 3 马尾松木材微波脱脂处理的基本规律
• 3.1 概述
• 3.2 试验材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验设备
• 3.2.3 试验方法与步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 辐射强度对马尾松木材微波脱脂规律的影响
• 3.3.2 初含水率对马尾松木材微波脱脂规律的影响
• 3.3.3 辐射时间对马尾松木材微波脱脂规律的影响
• 3.4 本章小结
• 4 微波脱脂处理对木材渗透性的影响
• 4.1 概述
• 4.2 试验材料与方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验设备
• 4.2.3 试验方法与步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微波辐射强度对马尾松木材渗透性的影响规律
• 4.3.2 初含水率对马尾松木材渗透性的影响规律
• 4.3.3 微波辐射时间对马尾松木材渗透性的影响规律
• 4.4 微波脱脂处理对木材微观构造的影响
• 4.4.1 试验材料与设备
• 4.4.2 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 5 微波脱脂处理对木材干燥速率的影响规律
• 5.1 概述
• 5.2 试验材料与方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验装置
• 5.2.3 试验方法与步骤
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 微波辐射强度对马尾松木材干燥速率的影响规律
• 5.3.2 微波辐射时间对马尾松木材干燥速率的影响规律
• 5.4 本章小结
• 6 微波脱脂处理工艺的优化
• 6.1 概述
• 6.2 正交试验
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢