热处理对香椿木材性能的影响研究

摘要

本论文系统的研究了热处理对香椿木材理化性质、力学性质及颜色的影响。并采用人工加速老化的方法评估了经热处理的香椿木材的耐老化性。主要研究结果如下:
　　1、随着处理温度的升高和处理时间的延长，半纤维素、综纤维素的含量降低，酸不溶木质素和1％NaOH抽出物的含量增加。半纤维素、综纤维素和酸不溶木素发生显著变化的临界温度均为200℃，1％NaOH抽出物含量发生显著变化的临界温度为180℃，处理温度对其的影响超过处理时间，处理时间的影响随着处理温度的升高而增大。由方差分析可知，处理温度、时间及其交互作用都对处理材化学成分的含量影响极显著;运用多元回归分析方法，建立了木质素、综纤维素和半维素含量损失率与温度、时间回归方程，其R2均在0.76以上，在0.01水平上显著相关。根据香椿木材未处理材和热处理材的扫描电镜图显示，未处理材的导管和纤维细胞比较平滑，薄壁细胞完整，但处理材的导管边缘破碎、不规则，导管壁上的纹孔变大且相互贯通，处理材的木射线细胞和轴向薄壁细胞破裂、不完整。
　　2、处理材的全干密度和气干密度均随着处理温度的上升和时间的增加而下降。热处理对全干密度和气干密度影响的临界温度是200℃，处理温度对其的影响大于处理时间。随着温度的上升和时间的增加，香椿木材的径向、弦向、体积的全干干缩率和气干干缩率都降低，表明热处理提高了香椿木材的尺寸稳定性。香椿木材的径向、弦向、体积的饱水湿胀率和气干湿胀率都呈下降的趋势，这说明处理材的吸湿性大幅减弱，显著提高了木材的尺寸稳定性。因此如果只单独考虑木材尺寸稳定性的提高，220℃/6h是最佳的工艺参数。
　　3、随着热处理温度和时间的变化，香椿木材的抗弯强度(MOR)和抗弯弹性模量(MOE)与对照材相比分别降低了1.03％-38.92％、-1.74-20.87％。热处理对MOR和MOE影响显著的临界温度分别为200℃和180℃。伴随热处理温度和时间的变化，香椿木材的顺纹抗压强度同对照材相比的降低范围为0.15％-33.84％。随着热处理温度的升高和时间的延长，径面、弦面及端面硬度的降低范围分别为0.49％-28.92％、0.46％-24.42％、0.65％-21.50％。经综合考虑力学强度的损失率和成本方面的问题的话，最终确定最佳处理工艺为200℃/2h。热处理对耐磨性的显著影响的临界温度为200℃，通过单因素方差分析表明处理温度对质量损失率影响极显著。
　　4、未处理的香椿木材颜色为浅红色偏黄，经热处理后其颜色逐渐加深，从红褐色变为红咖啡色，最后变为深棕色略带红色。
　　随着处理温度的上升和时间的变化L*值逐步下降，热处理材的L*值的降低率同对，照材相比为0.39％-43.81％，处理材在向黑色方向发展。随着温度的上升和时间的延长b*值逐渐降低，a*的变化规律不明显，大致规律是先升高后降低。△E值随着温度的上升和时间延长而递增，从3.75上升到了29.33，这说明处理材和未处理材的材色差别越来越大，颜色变化不断增大。通过可重复双因素方差分析表明处理温度、处理时间及其交互作用对L*、b*、a*的影响极显著。
　　5、老化前后的对照材的全干密度和气干密度的变化率明显大于热处理材的变化率，这说明经热处理后木材的耐老化性能增强。老化前后的热处理材的L*、a*、b*的变化均小于对照材的变化，这表明老化后的热处理材的颜色稳定性较未处理材更加稳定。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 香椿木材的研究现状

1．2．1 香椿木材资源概况

1．2．2 香椿的材性研究

1．3 热处理研究进展

1．3．1 热处理工艺研究

1．3．2 热处理材材性研究

1．3．3 热处理材颜色变化研究

1．3．4 热处理材耐老化性研究

1．3．5 热处理材耐腐性研究

1．4 研究目的意义

1．5 研究内容

1．6 技术路线

1．6．1 实验方法设计

1．6．2 技术路线

2 热处理对香椿木材化学性能的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 试验方法

2．2．4 数据分析

2．3 结果与分析

2．3．1 处理材化学成分含量的变化

2．3．2 热处理材微观特征

2．4 小结

3 热处理对香椿木材物理性能的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 主要仪器设备

3．2．3 试验方法

3．2．4 数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 密度

3．3．2 干缩性

3．3．3 湿胀性

3．4 小结

4 热处理对香椿木材力学性能的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 主要仪器设备

4．2．3 试验方法

4．2．4 数据分析

4．3 结果与分析

4．3．1 抗弯强度及抗弯弹性模量

4．3．2 顺纹抗压强度和硬度

4．3．3 耐磨性能

4．4 小结

5 热处理对香椿木材颜色的影响

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 材料

5．2．2 试验方法

5．2．3 数据分析

5．3 结果与分析

5．4 小结

6 热处理对香椿木材耐老化性能的影响

6．1 引言

6．2 材料与方法

6．2．1 材料

6．2．2 主要仪器设备

6．2．3 试验方法

6．3 结果与分析

6．3．1 人工加速老化对香椿木材密度的影响

6．3．2 人工加速老化对香椿木材表面颜色的影响

6．4 小结

7 结论与建议

7．1 引言

7．2 结论

7．2．1 热处理对香椿木材化学成分含量的影响

7．2．2 热处理对香椿木材物理性质的影响

7．2．3 热处理对香椿木材力学性质的影响

7．2．4 热处理对香椿木材颜色的影响

7．2．5 热处理材耐老化性能的影响

7．3 建议

参考文献

致谢

在读期间学术研究