黄荆木重组材热压工艺及其耐久性能研究

摘要

论文以灌木黄荆为研究对象，探讨黄荆木重组材的热压工艺及其耐久性能，研究黄荆木重组材用作家具材料的可行性，以期开发新型家具材料，为合理、高效利用灌木黄荆制备家具用重组材提供理论依据。以热压时间、热压压力、热压温度和密度为工艺因素，进行单因素实验和正交实验，研究黄荆木重组材MOR（静曲强度）、MOE（弹性模量）、IB（内结合强度）和TS24h（24h吸水厚度膨胀率）的变化规律，分析不同工艺因素对黄荆木重组材物理力学性能影响的显著程度，确定黄荆木重组材的最优工艺参数。通过电镜扫描分析和红外光谱分析，研究黄荆木重组材微观形态和化学成分的差异，探讨黄荆木束的压缩变形、黄荆木重组材的胶合机理。通过室外型人造板加速老化性能实验和耐沸水性能实验，对黄荆木重组材的非生物作用耐久性进行测试，探讨不同工艺因素对黄荆木重组材耐久性能的影响。论文的主要研究结果如下:
　　(1)热压时间对黄荆木重组材的TS24h影响一般显著，对MOR、MOE和IB影响不显著。热压压力是黄荆木重组材MOE的极显著影响因素，不是MOR、IB和TS24h的显著影响因素。当热压压力由4 MPa升至6 MPa时，黄荆木重组材的MOE提高了26.7％。热压温度对黄荆木重组材的MOR影响极显著，对MOE、IB和TS24h影响不显著。当热压温度由150℃升至170℃时，黄荆木重组材的MOR提高了23.6％。密度是黄荆木重组材MOR和MOE的极显著影响因子，也是黄荆木重组材IB和TS24h的显著影响因子。当密度由0.8g/cm3增大至1.2g/cm3时，黄荆木重组材的MOR和MOE分别提高了22.1％、35.2％，IB降低了56.1％，TS24h减小了55.1％。
　　(2)黄荆木重组材的最优热压工艺参数为:热压时间11.2 min、热压压力4 MPa、热压温度160℃、密度1.20 g/cm3，当采用上述热压工艺时，黄荆木重组材的MOR为114 MPa，MOE为11.33 GPa，IB为0.92 MPa，TS24h为8.0％。符合LYT1580-2010《定向刨花板》OSB/2型板材（厚度小于10mm）规定干燥状态承载板材MOR≥22.0MPa、MOE≥3.5GPa、IB≥0.34MPa、TS24h≤20％的要求。
　　(3)各项性能较优的黄荆木重组材木材的大部分导管和细胞腔内都充填有酚胶，高温高压制板过后，其内部微观结构仍保持良好形态;而各项性能较差的黄荆木重组材，高温高压制板过后，其内部微观结构受到严重的挤压扭曲变形。性能较差的板材胶合层宽度远远大于性能较优的板材胶合层宽度，且各项性能较差的黄荆木重组材的胶合层结合松散，而各项性能较优的黄荆木重组材的胶合层结合紧密。板材在胶合反应中生成C-O-C基团，C-O-C基团是影响胶合性能的重要基团，其在单板胶缝处的胶合起着纽带作用，使得分子间的作用力增强。
　　(4)老化处理材的内结合强度下降幅度为30.43％-50.00％，质量增加范围在5％-17％，厚度增加幅度为6％-14％，内结合强度变化幅度要明显高于质量和厚度变化幅度。密度对老化处理材的内结合强度、质量增加百分率和厚度增加百分率影响显著，热压压力对老化处理材的内结合强度、质量增加百分率和厚度增加百分率影响不显著。当密度从0.8 g/cm3增至1.2 g/cm3时，内结合强度的下降幅度为44％，质量增加百分率的下降幅度为8.67％，厚度增加百分率的下降幅度为5.00％。
　　(5)当热压温度为160℃，密度为1.20 g/cm3，热压压力为4 MPa，热压时间为11.2 min时，老化处理材的耐久性能最优，内结合强度为0.64 MPa，质量增加百分率为6％，厚度增加百分率为7％，满足LYT1580-2010《定向刨花板》OSB/3型板材（厚度小于10mm）规定潮湿状态承载板材煮沸实验后IB≥0.15MPa的要求。
　　(6)黄荆木重组材获取最佳物理力学性能和耐久性能的较优工艺参数为:热压温度160℃，密度1.20 g/cm3，热压压力4 MPa，热压时间11.2 min。
　　(7)当作为室内家具用材时，黄荆木重组材的静曲强度和弹性模量较大，其值可媲美少数优质硬木。然而，黄荆木重组材的密度也较大，建议依据使用要求进行适当调整。当用作户外家具材料时，黄荆木重组材的2h沸水煮后内结合强度高于刨花板和中密度纤维板，低于胶合板;厚度增加百分率低于中密度纤维板，高于重组竹。因而，黄荆木重组材的厚度增加百分率也略高，建议采用透明涂料对其进行表面涂饰处理，既能起到防水的作用，又可保持自然的纹理。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 我国木材资源利用现状

1．2．2 我国黄荆资源利用现状

1．2．3 灌木重组材研究现状

1．2．4 重组材热压工艺研究现状

1．2．5 重组材耐久性能研究现状

1．2．6 家具用重组材研究现状

1．3 研究内容与创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 研究方案

1．3．4 创新点

1．3．5 技术路线

2 黄荆木重组材热压工艺研究

2．1 材料与设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法

2．2．1 黄荆木束制备

2．2．2 实验方案设计

2．2．3 黄荆木重组材制造

2．2．4 试件加工

2．2．5 性能测试

2．3 实验结果与分析

2．3．1 热压时间对黄荆木重组材物理力学性能的影响

2．3．2 热压压力对黄荆木重组材物理力学性能的影响

2．3．3 热压温度对黄荆木重组材物理力学性能的影响

2．3．4 密度对黄荆木重组材物理力学性能的影响

2．4 黄荆木重组材热压工艺优化

2．4．1 实验方案设计

2．4．2 实验结果与分析

2．5 最优工艺验证

2．6 小结

3 黄荆木重组材热压反应机理研究

3．1 材料与设备

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设备

3．2 实验方法

3．2．1 试件加工

3．2．2 性能测试

3．3 实验结果与分析

3．3．1 电镜扫描分析

3．3．2 红外光谱分析

3．4 小结

4 黄荆木重组材耐久性能研究

4．1 材料与设备

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设备

4．2 实验方法

4．2．1 试件加工

4．2．2 性能测试

4．3 结果与分析

4．3．1 各因素对老化处理黄荆木重组材内结合强度的影响

4．3．2 各因素对老化处理黄荆木重组材质量增加百分率的影响

4．3．3 各因素对老化处理黄荆木重组材厚度增加百分率的影响

4．4 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢