高温热处理杉木木材的工艺及性能研究

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本文以速生材杉木为试验材料,系统的研究了热处理工艺参数对其材性的影响,制定出针对不同用途的热处理工艺。在相关文献和前期预备性试验的基础上,采用水蒸气作为保护气体,采用九种工艺条件进行热处理,研究了各主要工艺参数对杉木木材各项性能的影响,测定了热处理材的相关性能,并与素材的相关性能进行对比分析,研究结果表明:(1)木材的各项力学性能下降幅度分别为:随着温度的上升,弹性模量变化幅度不大;抗弯强度下降了8.7-41.3%;160℃时的冲击韧性上升了40.79%,当温度为220℃时,下降了38.15%;顺纹抗压强度下降比例为10.39-22.8%。热处理后木材力学性质的总体变化趋势是随着温度的升高,强度随之下降。(2)当热处理温度由160℃上升到220℃,热处理材的密度有所降低,但是降低幅度不大;颜色由原来的浅黄白色向棕褐色转变,明度值下降,色差增加;处理材的尺寸稳定性得到显著改善,气干径向干缩率下降了28.42-70.18%,气干弦向干缩率下降了29.35-68.39%;全干径向干缩性的下降率为17.54-57.77%,全干弦向干缩性的下降率为19.81-48.27%;气干径向湿涨率下降了7.25-48.4%,气干弦向湿涨率下降了6.83-49.3%;吸水径向湿涨性的下降率为30.85-56.58%,吸水弦向湿涨性的下降率为22.08-55.81%。(3)热处理温度,处理时间,升温速度都对处理材的性能有不同程度的影响。其中,热处理温度对处理材的性能影响最大,同时处理时间也有一定的影响,相对而言,升温速度的影响最小;对于物理性质来说,杉木速生材的最佳加工工艺条件是:热处理温度220℃,热处理时间2小时,升温速度15℃/h。考虑力学性质的损失情况,热处理材的最佳工艺条件为:热处理温度190℃,热处理时间2小时,升温速度15℃/h。(4)本研究发现,热处理可以有效的抵御木材腐朽,未经过热处理的试件经过褐腐菌的耐腐性实验后重量损失率在40.33%,当温度为160℃时,试块的失重率为33.26%,为稍耐腐等级,当温度达到190℃时,试块的失重率为24.18%,基本已处于耐腐等级,当温度上升至220℃后,木材的重量损失率为0,热处理材的耐腐性能得到较好的改善。杉木速生材经过热处理后,其尺寸稳定性和耐腐性能都得到很大的提高;力学性能有不同程度的下降,但基本可满足装饰用材的需要;另外,本文还对热处理材性能改善的机理进行了初步探讨,通过研究热处理材的傅立叶变换红外光谱图的分析,定性分析了其内部结构的变化情况,为今后深入研究提供了基础数据和分析依据。
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