速生杨木材压缩及树脂浸渍密实化研究
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摘要
全球性天然林资源的逐渐减少和各国对生态环境保护的日益重视,使人工林木材利用成为解决当今不断增长的木材需求和资源相对不足矛盾的重要途径。杨树是我国最主要的人工林速生树种。本课题研究的目的,是通过对木材密实化和尺寸稳定性的理论研究,以及对具有一定代表性的速生杨木材密实化实验研究,探索速生杨木材密实化处理的机理和工艺技术,为工业化生产提供科学依据和工艺参考。
本课题选择最有可能实现工业化生产的横纹压缩及树脂浸渍处理对速生杨木材进行密实化研究。系统考察了各因素对三倍体毛白杨(Triploid Populus Tomentosa)木材横纹压缩变形固定的影响以及压缩后的热处理温度和时间与抗胀率、阻湿率、重量损失率及变形回复率的关系。用空气加热方法固定三倍体毛白杨木材压缩变形,180℃约15h,200℃约8h可完全固定,但颜色变深,材质变脆,强度降低。用高压蒸汽方法,180-200℃处理10min,可使变形完全固定,木材颜色加深也较轻。其它因素对变形永久因定的影响较小,但也存在一定的规律性,如随着压缩率的提高变形回复率呈现下降趋势;施压速度对经蒸汽加热软化后压缩和直接压缩变形固定效果产生相反趋势影响,软化后慢速施压及直接压缩快速施压的变形回复率较低;多次反复压缩使直接压缩试件的回复率下降,等,均为本论文之创新内容。
木材经一定程度的压缩密实后,机械强度得以提高,但当压缩量接近木材最大压缩率时,可能产生一定程度的机械破坏,机械强度下降。
以低分子PF树脂水溶液浸渍三倍体毛白杨木材,尺寸稳定性显著提高,其强度随着树脂浓度的升高均有一定程度的增加。树脂浸渍后再经压缩,强度的增加更为明显。树脂浓度较高时由于粘度增加,渗透量和增重率、增容率并不增大,速生杨木材以PF树脂浸渍取20%-30%浓度较为适宜。为降低浸渍处理的成本,可在树脂水溶液中填加一定浓度的填料,10%左右填料对浸渍效果不会产生明显影响。
用树脂浸渍再进行不同程度压缩,木材表面密度增加大于内层,可取得一定的表面密实化效果。如当树脂固体含量为30%时,压缩率33%,平均密度提高97.7%,表面密度则提高了127.5%。
在以上研究基础上,经正交实验初步确定了速生杨树木材压缩密实化和PF树脂浸渍密实化处理的工艺过程和主要工艺参数。
The utilization of wood species out of plantation forest will be the main solution to deal with the contradiction between the growing demand of wood and the lack of forest resource. Poplar is one of the main tree of fast-growing planting forest. To improve its properties is more and more signaficant.
Two methods of hardening are adopted in this paper. They are transection compression and impregnation with PF resin. Heating or steaming treatment is the efficient way to fix the compressed deformation. Air heating 15h with 180℃or 8h with 200℃, and steaming treatment 10min with 180-200℃can fix the deformation of Triploid Populus Tomentosa wood completely.
To impregnate wood of Triploid Populus Tomentosa with water solution of PF resin can increase its dimension stability and strength, further the increasing of strengths is more obvious when impregnated wood being compressed properly. It is shown in the experiment results that the 20%-30% PF resin is a proper concentration for Triploid Populus Tomentosa treatment, and 10% additive does not impact the effects while reducing the cost of resin treatment.
When the boards are compressed certainly after impregnated with PF resin, the surface density is higher than the core’s with the concentrations of PF resin and the compression ratio, it results in the surface hardening. For example, the surface density increased 127.5% while the average density increased 97.7% when the PF resin concentration is 30% and the compressive ratio is 33%.
As a result of the orthogonal expeiment,the parameters of the fast-growing poplar wood compression and PF resin impregnation are researched.
本课题选择最有可能实现工业化生产的横纹压缩及树脂浸渍处理对速生杨木材进行密实化研究。系统考察了各因素对三倍体毛白杨(Triploid Populus Tomentosa)木材横纹压缩变形固定的影响以及压缩后的热处理温度和时间与抗胀率、阻湿率、重量损失率及变形回复率的关系。用空气加热方法固定三倍体毛白杨木材压缩变形,180℃约15h,200℃约8h可完全固定,但颜色变深,材质变脆,强度降低。用高压蒸汽方法,180-200℃处理10min,可使变形完全固定,木材颜色加深也较轻。其它因素对变形永久因定的影响较小,但也存在一定的规律性,如随着压缩率的提高变形回复率呈现下降趋势;施压速度对经蒸汽加热软化后压缩和直接压缩变形固定效果产生相反趋势影响,软化后慢速施压及直接压缩快速施压的变形回复率较低;多次反复压缩使直接压缩试件的回复率下降,等,均为本论文之创新内容。
木材经一定程度的压缩密实后,机械强度得以提高,但当压缩量接近木材最大压缩率时,可能产生一定程度的机械破坏,机械强度下降。
以低分子PF树脂水溶液浸渍三倍体毛白杨木材,尺寸稳定性显著提高,其强度随着树脂浓度的升高均有一定程度的增加。树脂浸渍后再经压缩,强度的增加更为明显。树脂浓度较高时由于粘度增加,渗透量和增重率、增容率并不增大,速生杨木材以PF树脂浸渍取20%-30%浓度较为适宜。为降低浸渍处理的成本,可在树脂水溶液中填加一定浓度的填料,10%左右填料对浸渍效果不会产生明显影响。
用树脂浸渍再进行不同程度压缩,木材表面密度增加大于内层,可取得一定的表面密实化效果。如当树脂固体含量为30%时,压缩率33%,平均密度提高97.7%,表面密度则提高了127.5%。
在以上研究基础上,经正交实验初步确定了速生杨树木材压缩密实化和PF树脂浸渍密实化处理的工艺过程和主要工艺参数。
The utilization of wood species out of plantation forest will be the main solution to deal with the contradiction between the growing demand of wood and the lack of forest resource. Poplar is one of the main tree of fast-growing planting forest. To improve its properties is more and more signaficant.
Two methods of hardening are adopted in this paper. They are transection compression and impregnation with PF resin. Heating or steaming treatment is the efficient way to fix the compressed deformation. Air heating 15h with 180℃or 8h with 200℃, and steaming treatment 10min with 180-200℃can fix the deformation of Triploid Populus Tomentosa wood completely.
To impregnate wood of Triploid Populus Tomentosa with water solution of PF resin can increase its dimension stability and strength, further the increasing of strengths is more obvious when impregnated wood being compressed properly. It is shown in the experiment results that the 20%-30% PF resin is a proper concentration for Triploid Populus Tomentosa treatment, and 10% additive does not impact the effects while reducing the cost of resin treatment.
When the boards are compressed certainly after impregnated with PF resin, the surface density is higher than the core’s with the concentrations of PF resin and the compression ratio, it results in the surface hardening. For example, the surface density increased 127.5% while the average density increased 97.7% when the PF resin concentration is 30% and the compressive ratio is 33%.
As a result of the orthogonal expeiment,the parameters of the fast-growing poplar wood compression and PF resin impregnation are researched.
引文
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