毛白杨木材层状压缩位置和厚度可控性及其变形固定

摘要

毛白杨作为我国典型的速生人工林木材，在家具、室内装饰以及建筑领域均有广泛应用。本文采用水热方法对毛白杨木材进行不同时间的浸水处理、浸水后密封放置处理和浸水后高温预热处理。通过对压缩前后的木材进行剖面密度测量并计算分层含水率，建立起木材水分分布与压缩层形成的关系，实现了压缩层位置和厚度可控性。采用控制预处理条件和热压参数的方法，得到不同压缩率的表层压缩木，分析了压缩率对压缩层厚度，表层压缩木密度、强度等性能的影响规律。采用常压过热蒸汽热处理和0.3MPa过热蒸汽热处理方法对压缩木进行变形固定处理，分析了热处理方式及热处理温度对变形回弹率、力学强度、颜色和化学成分变化的影响。 主要结论如下: (1)水热预处理下毛白杨木材压缩层位置和厚度与水分分布密切相关。对木材进行浸水处理，水分集中在木材表层，压缩后得到表层压缩木。浸水时间延长，水分渗透加深，压缩层厚度增加。木材浸水1～6h，表层含水率由25.45％增大至90.85％，水分渗透深度由1.82mm增至4.31mm;压缩后表层压缩木压缩层厚度由1.50mm增厚至1.96mm。 (2)浸水2h的木材，密封放置2h后表层含水率由80.45％下降至51.03％，水分渗透深度3.13mm;压缩后压缩层位于表面，压缩层厚度1.61mm。延长放置时间至18h，表层含水率降至24.03％，水分渗透至5.72mm，压缩后压缩层厚度2.41mm。 (3)对于浸水后的木材进行180℃的预热处理，木材表层干燥，水分随预热时间延长向木材芯部方向渗透。木材芯部含水率较高，压缩制成层状压缩木，压缩层位置随预热时间延长向芯部移动。浸水2h、放置18h的木材，预热10～240s后最大含水率位置由1.31mm增加至2.34mm，压缩后压缩层距表面距离由0.31mm增至2.86mm;延长预热时间至420s，水分渗透至木材芯部，压缩后压缩层位于木材中心。 (4)对于初始厚度为22mm～38mm的木材压缩至20mm，得到压缩率9％～47％的表层压缩木。压缩层厚度、密度以及压缩木力学性能随着压缩率增大而增加。压缩率由9％增至47％时，压缩层厚度由1.32mm增至16.31mm，密度由0.724 g·cm-3增加至0.870 g·cm-3。MOE和MOR较素材的11.41GPa和81.47MPa分别提高了73.23％和153.94％，表面硬度较素材提高131％。 (5)在170℃～200℃条件下对毛白杨压缩木进行常压过热蒸汽热处理和0.3MPa过热蒸汽热处理，压缩木吸湿变形回弹率由未热处理的10.44％降至最低为0.84％。热处理后压缩木颜色加深，色差增加;力学性能下降;纤维素、半纤维素、木素发生分解。0.3MPa过热蒸汽热处理材各项测量值变化更为显著。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 木材层状压缩的研究进展

1．2．1 压缩木的种类和特点

1．2．2 木材压缩机理研究

1．2．3 木材表层压缩机理研究

1．2．4 水热控制下的木材层状压缩及形成机理

1．2．5 变形固定机理研究

1．3 研究的目标和主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究技术路线图

1．5 层状压缩的前景与展望

第二章 水热预处理下木材内部水分的移动

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 浸水时间与木材含水率分布

2．2．2 放置和预热与木材含水率分布

2．3 结果与讨论

2．3．1 浸水时间对木材含水率分布的影响

2．3．2 浸水后放置对木材含水率的影响

2．3．3 浸水后预热对木材含水率的影响

2．3．4 浸水、放置、预热处理对水分移动影响的比较

2．4 本章小结

第三章 水热预处理对压缩层位置的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 浸水时间对木材压缩层形成的影响

3．3．2 放置时间对木材压缩层形成的影响

3．3．3 预热时间对木材压缩层形成的影响

3．3．4 浸水、放置、预热三种处理对木材压缩层形成的比较

3．4 本章小结

第四章 压缩层厚度控制及其性能变化规律

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 木材压缩层厚度的控制

4．3．2 压缩率对表层压缩木力学性能的影响

4．4 本章小结

第五章 压缩变形固定

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 变形固定

5．2．2 回弹率

5．2．3 力学性质

5．2．4 颜色

5．2．5 傅里叶红外光谱分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 常压热处理和加压热处理对压缩木变形回弹率的影响

5．3．2 常压热处理和加压热处理对压缩木力学强度的影响

5．3．3 常压热处理和加压热处理对压缩木颜色的影响

5．3．3 常压热处理和加压热处理对压缩木化学成分的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 主要结论

6．1．1 水热预处理对木材水分的影响

6．1．2 水热预处理条件对压缩层位置的影响

6．1．3 压缩层厚度的控制及其性能的变化规律

6．1．4 压缩变形固定研究

6．2 建议

参考文献

在读期间的学术研究

致谢