速生杨木材压缩及树脂浸渍密实化研究

论文摘要

全球性天然林资源的逐渐减少和各国对生态环境保护的日益重视,使人工林木材利用成为解决当今不断增长的木材需求和资源相对不足矛盾的重要途径。杨树是我国最主要的人工林速生树种。本课题研究的目的,是通过对木材密实化和尺寸稳定性的理论研究,以及对具有一定代表性的速生杨木材密实化实验研究,探索速生杨木材密实化处理的机理和工艺技术,为工业化生产提供科学依据和工艺参考。本课题选择最有可能实现工业化生产的横纹压缩及树脂浸渍处理对速生杨木材进行密实化研究。系统考察了各因素对三倍体毛白杨（Triploid Populus Tomentosa）木材横纹压缩变形固定的影响以及压缩后的热处理温度和时间与抗胀率、阻湿率、重量损失率及变形回复率的关系。用空气加热方法固定三倍体毛白杨木材压缩变形,180℃约15h,200℃约8h可完全固定,但颜色变深,材质变脆,强度降低。用高压蒸汽方法,180-200℃处理10min,可使变形完全固定,木材颜色加深也较轻。其它因素对变形永久因定的影响较小,但也存在一定的规律性,如随着压缩率的提高变形回复率呈现下降趋势;施压速度对经蒸汽加热软化后压缩和直接压缩变形固定效果产生相反趋势影响,软化后慢速施压及直接压缩快速施压的变形回复率较低;多次反复压缩使直接压缩试件的回复率下降,等,均为本论文之创新内容。木材经一定程度的压缩密实后,机械强度得以提高,但当压缩量接近木材最大压缩率时,可能产生一定程度的机械破坏,机械强度下降。以低分子PF树脂水溶液浸渍三倍体毛白杨木材,尺寸稳定性显著提高,其强度随着树脂浓度的升高均有一定程度的增加。树脂浸渍后再经压缩,强度的增加更为明显。树脂浓度较高时由于粘度增加,渗透量和增重率、增容率并不增大,速生杨木材以PF树脂浸渍取20%-30%浓度较为适宜。为降低浸渍处理的成本,可在树脂水溶液中填加一定浓度的填料,10%左右填料对浸渍效果不会产生明显影响。用树脂浸渍再进行不同程度压缩,木材表面密度增加大于内层,可取得一定的表面密实化效果。如当树脂固体含量为30%时,压缩率33%,平均密度提高97.7%,表面密度则提高了127.5%。在以上研究基础上,经正交实验初步确定了速生杨树木材压缩密实化和PF树脂浸渍密实化处理的工艺过程和主要工艺参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 木材压缩变形固定机理研究
• 1.2.2 木材密实化研究
• 1.2.3 其它木材改性方法研究
• 1.2.4 木材渗透性研究
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 木材密实化基础理论
• 2.1 木材的尺寸稳定性
• 2.1.1 提高木材尺寸稳定性的机理
• 2.1.2 提高木材尺寸稳定性的途径
• 2.2 木材的黏弹性
• 2.2.1 木材的蠕变
• 2.2.2 木材的松驰
• 2.3 木材的塑性及软化处理
• 2.3.1 木材的塑性
• 2.3.2 木材的软化处理
• 2.4 木材的横纹压缩
• 2.4.1 应力-变形曲线
• 2.4.2 压缩率及变形特征
• 2.5 木材横纹压缩变形的固定
• 2.5.1 树脂浸渍固化处理
• 2.5.2 加热处理
• 2.5.3 电子束照射处理
• 2.5.4 高温高压水蒸气处理
• 2.5.5 高频加热处理
• 2.5.6 常压高温处理
• 2.5.7 预处理
• 2.6 木材的渗透性
• 3 速生杨木材压缩密实化研究
• 3.1 实验材料和设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器设备
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 压缩时各因素对变形回复影响实验
• 3.2.2 空气或蒸汽加热处理后抗胀率（ASE）、阻湿率（MEE）、质量损失率（WL）及变形回复率（R）实验
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 压缩时各因素对变形回复的影响
• 3.3.2 空气或蒸汽加热处理后抗胀（缩）率、阻湿率、质量损失率及变形回复率
• 3.4 本章小结
• 4 木材树脂浸渍密实化及尺寸稳定性研究
• 4.1 实验材料和设备
• 4.1.1 木材试件
• 4.1.2 酚醛树脂
• 4.1.3 主要仪器设备
• 4.2 实验方案
• 4.2.1 树脂浸渍实验
• 4.2.2 浸渍处理材物理性能指标测定
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 PF树脂浓度的影响
• 4.3.2 填料浓度的影响
• 4.3.3 真空浸渍时间的影响
• 4.4 本章总结
• 5 木材表面密实化及密实材力学性能检测
• 5.1 木材表面密实化的理想状态
• 5.2 木材表面密实化的途径
• 5.2.1 压缩密实
• 5.2.2 渗透或浸渍密实
• 5.2.3 浸渍压缩密实
• 5.3 表面密实化实验研究
• 5.3.1 实验材料和主要仪器设备
• 5.3.2 实验方法
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.4 密实材主要力学性能检测
• 5.4.1 检测试件
• 5.4.2 检测结果与分析
• 5.5 本章小结
• 6 压缩及树脂浸渍密实化工艺研究
• 6.1 压缩密实化工艺
• 6.1.1 压缩密实化工艺流程
• 6.1.2 压缩材的制备
• 6.1.3 软化、热压及变形固定正交试验
• 6.2 树脂浸渍密实化工艺
• 6.2.1 浸渍密实化工艺流程
• 6.2.2 浸渍原料的准备
• 6.2.3 树脂浸渍正交试验
• 6.3 主要工艺参数
• 7 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.1.1 压缩密实化
• 7.1.2 树脂浸渍密实及尺寸稳定性
• 7.1.3 表面密实化
• 7.1.4 力学性能检测
• 7.1.5 压缩及树脂浸渍密实化工艺
• 7.2 主要创新点
• 7.3 几点建议
• 附录：主要实验数据
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢
• 博硕士论文同意发表的声明