论文部分内容阅读
本文以马尾松人工林木材为研究对象,采用低分子量酚醛树脂（PF）对其进行浸渍改性处理,研究不同固含量（15%、20%、25%和30%）树脂浸渍对马尾松木材宏观物理力学性能的影响;应用共聚焦荧光显微镜表征树脂在木材内的分布填充状况;运用拉曼光谱、纳米压痕及动态模量成像等分析技术,探讨树脂固含量及浸渍量对改性木材细胞壁化学成分、结构及微观动静态力学性能的变化规律和影响机理。旨在细胞壁水平研究木材浸渍改性机理,为木质材料的有效利用提供基础理论依据。结果表明:（1）马尾松木材经不同固含量PF树脂浸渍后,湿增重率基本稳定在80%左右,绝干增重率及基本密度随树脂固含量的增加而增大,最大绝干增重率为39.5%,基本密度为0.68g/cm3;浸渍改性木材端面硬度和顺纹抗压强度随树脂固含量的提高逐渐增大,30%固含量浸渍下分别提高39.2%和21.6%;同时,浸渍处理对木材干缩湿胀率影响显著,随树脂固含量的增加,木材弦径向干缩湿胀率均呈现下降趋势,径向干缩湿胀率小于弦向的1/2。木材绝干体积干缩率最高降低67.7%,饱和体积湿胀率最高降低58.9%。（2）由扫描电子显微镜观察可知PF树脂首先通过木材内较大的孔隙结构在木材微米级尺度浸入,在木材轴向管胞、木射线、细胞间隙内都有填充,并与木材细胞腔内壁结合较为紧密,且没有明显缝隙;通过共聚焦荧光显微镜表征可以看到随着PF树脂固含量的增加,表层树脂渗透面积与渗透细胞个数逐渐增加,芯层渗透面积与个数先增加后下降。表层渗透面积与渗透个数分别为芯层的28倍和1.56倍。20%固含量树脂在木材表芯层的渗透均匀性较好。（3）拉曼光谱分析发现低分子量PF树脂不仅能在木材细胞腔、纹孔等微米尺度分布,还能通过细胞壁中微纤丝间隙进入细胞壁内,在纳米级尺度进行渗透;在改性木材拉曼光谱图中不仅出现了PF树脂特征峰,还在1000850cm-1范围内形成了新的特征峰,推测PF树脂与木材细胞壁成分发生化学交联反应。红外光谱分析发现改性材吸收峰的波数位置与原态木材基本一致,但峰的强度存在较大的差异,在1110cm-1处新出现微弱的吸收峰。通过X射线衍射技术表明经树脂浸渍后,木材细胞壁结晶峰位置基本没有偏移,说明浸渍处理没有破坏木材的结晶结构;细胞壁相对结晶度随树脂固含量的升高呈下降趋势。（4）静态纳米压痕测试进一步表明低分子量PF树脂可以浸入并填充马尾松木材细胞壁层,并能显著影响木材细胞壁力学性能。经不同固含量树脂浸渍后,改性材表芯层细胞壁硬度和弹性模量均有不同程度的提高,且表层细胞壁增幅明显大于芯层;随着树脂固含量的增加,木材细胞壁硬度和弹性模量先增大后下降,在20%固含量下增幅最大,分别增加了58.8%和27.1%;PF树脂是否填充细胞腔对改性木材细胞壁硬度和弹性模量的增加没有显著影响。（5）动态模量成像技术可以获取完整的界面储存模量和损耗模量等动态力学参数,因此可以根据扫描图来区分浸渍改性木材内部具有不同力学信息的部位（如树脂填充区、细胞壁区、胞间层区等）。PF树脂具有较低的储能模量和损耗模量,表现出脆性;木材细胞壁的储能模量和损耗模量较高,表现出黏弹性;复合胞间层模量略低于细胞壁层,近似呈“w”形模量分布。经不同固含量树脂浸渍后,改性材表芯层细胞壁储能模量有不同程度的提高,且表层细胞壁增幅略大于芯层。随着树脂固含量的增加,木材细胞壁储能模量先增大后下降,但损耗模量变化不明显,并且有下降的趋势。木材经树脂浸渍处理后细胞壁弹性模量与储能模量变化趋势相近,但储能模量约为弹性模量的1.081.13倍。