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高温热处理木材的性能及分类方法探索

作　者: 刘星雨
导　师: 黄荣凤
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 木材科学与技术
关键词: 热处理樟子松落叶松扭叶松马尾松物理性质力学性质天然耐久性回归模型聚类分析
分类号: S781
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用蒸汽介质热处理方法,在氧气含量低于2%的干燥箱内对樟子松、落叶松、扭叶松和马尾松进行热处理,处理温度为180℃～230℃、时间1h～4h;对马尾松进行中试热处理,处理温度为210℃～220℃、时间3.5h～4h。研究的目的在于了解热处理后木材的物理力学性能的变化、实验室以及中试热处理条件下木材性能之间的差异、中试热处理不同位置木材性能之间的关系,根据试验结果对热处理木材进行聚类。本论文的研究意义在于基本掌握了热处理针叶材物理力学性能的变化情况,掌握了中试热处理不同位置木材的物理力学性质的关系,同时根据试验结果对热处理针叶材进行了探索性分类。本论文的主要研究结论如下:1)、樟子松、落叶松、扭叶松和马尾松木材经过230℃、3h的高温热处理后,其尺寸稳定性平均可分别提高41.43%、48.88%、44.42%、48.01%。木材的尺寸稳定性随着热处理温度的升高和处理时间的延长逐渐提高。对温度和时间因子做方差分析,结果表明:温度和时间对干缩和湿胀性均有显著性意义,温度和时间对提高木材的尺寸稳定性作用均比较明显。2)、樟子松、落叶松、扭叶松木材经过230℃、3h的高温热处理后,平衡含水率分别降低45%、50%、52%。木材的平衡含水率随着热处理温度的升高和处理时间的延长呈现有规律的下降。3)、180℃的热处理能有效提高木材的抗弯强度,其中樟子松的抗弯强度提高最大,在180℃、1h能提高15.31%。随着热处理温度的升高,木材的抗弯强度开始下降,樟子松、落叶松、扭叶松、马尾松的抗弯强度在230℃、3h时分别降低22.29%、39.62%、25.63%和31.33%。热处理可以提高木材的抗弯弹性模量,但提高的幅度不大,可以不予考虑。4)、随着热处理温度的升高及处理时间的延长,樟子松、落叶松、扭叶松和马尾松木材的颜色加深,由浅褐色变为褐色或深褐色。其中木材的明度变暗,木材表面的光泽度明显增加,总体色差随着热处理温度的升高和处理时间的延长而增加。对木材颜色各指标进行方差分析表明,在α=0.01水平上,温度和时间对明度差值△L*、色饱和度差值△C*、总体色差△E *的变化影响均为极显著。5)、对热处理樟子松、落叶松、扭叶松和马尾松进行实验室耐腐试验和野外耐腐试验,结果分析表明,热处理能显著提高木材的耐腐能力,增强其耐腐等级。经过230℃、3h处理后的针叶材,其实耐腐性能提高40%以上,达到强耐腐等级。6)、对在中试和实验室条件下210℃处理的马尾松的物理力学性能作了比较,并对结果作了方差分析,结果表明:两种环境下,木材的物理力学性能的差异性均不显著。对中试高温热处理相同窑体内不同位置的木材物理力学性质作单因素方差分析,结果表明,其性能差异均不显著。7)、本文用SPSS16.0软件对数据进行聚类分析,运用主成分分析方法,把樟子松和扭叶松的抗弯强度、平衡含水率、全干体积干缩率、全干体积湿胀率等作为参考的变量。樟子松和落叶松均被聚分为四类。樟子松的对照组与经过200℃、1h处理的木材性能差异不大,被聚为一类。对樟子松的四类中的变量作方差分析,结果表明,分类具有显著性意义,各类之间的性能差异较为显著。扭叶松的对照组与处理木材之间性能区别显著,所以扭叶松的对照组被单独聚为一类。对扭叶松四类中的变量作方差分析,结果表明,分为四类具有显著性意义,各类之间的性能差异显著。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-21
第一章绪论  21-30
  1.1 引言  21
  1.2 研究背景  21-23
  1.3 国内外研究现状  23-28
  1.4 热处理材的理化性能变化研究现状  28-29
  1.5 发展趋势  29-30
第二章热处理工艺与技术路线  30-34
  2.1 前言  30-31
  2.2 热处理工艺  31-33
    2.2.1 原理  31
    2.2.2 木材含水率  31
    2.2.3 热处理过程  31-33
  2.3 研究技术路线  33-34
第三章高温热处理木材的物理性能变化  34-60
  3.1 前言  34-35
  3.2 试验材料与方法  35-36
    3.2.1 试验材料  35
    3.2.2 试验方法  35-36
  3.3 结果与分析  36-58
    3.3.1 密度  36-42
    3.3.2 干缩性  42-49
    3.3.3 湿胀性  49-55
    3.3.4 平衡含水率  55-58
  3.4 小结  58-60
第四章高温热处理木材的力学性能变化  60-78
  4.1 前言  60
  4.2 试验材料与方法  60-61
  4.3 试验结果与分析  61-76
    4.3.1 抗弯强度  61-66
    4.3.2 抗弯弹性模量  66-70
    4.3.3 硬度  70-76
  4.4 小结  76-78
第五章高温热处理木材的颜色变化  78-93
  5.1 前言  78-79
  5.2 表色系统  79-81
  5.3 材料与方法  81
    5.3.1 材料  81
    5.3.2 试验方法  81
    5.3.3 颜色值计算方法  81
  5.4 结果与分析  81-92
    5.4.1 樟子松处理材的颜色变化  81-84
    5.4.2 落叶松处理材的颜色变化  84-87
    5.4.3 扭叶松处理材的颜色变化  87-89
    5.4.4 马尾松处理材的颜色变化  89-92
  5.5 小结  92-93
第六章高温热处理木材的耐腐性能变化  93-102
  6.1 前言  93-94
  6.2 试验材料与方法  94-95
    6.2.1 试验材料  94
    6.2.2 试件制取  94
    6.2.3 试件热处理  94
    6.2.4 试验及检测方法  94-95
  6.3 结果与分析  95-101
    6.3.1 热处理木材抗褐腐菌的能力  95-97
    6.3.2 热处理木材抗白腐菌的能力  97-100
    6.3.3 热处理对木材野外耐腐性能的影响  100-101
  6.4 小结  101-102
第七章高温热处理中试试验条件下木材的性能变化  102-115
  7.1 前言  102
  7.2 试验材料与方法  102-103
    7.2.1 试验材料  102
    7.2.2 试件制取  102-103
    7.2.3 试件热处理  103
    7.2.4 性能检测  103
  7.3 试验结果与分析  103-113
    7.3.1 中试热处理对木材干缩和湿胀性的影响  103-108
    7.3.2 中试热处理对木材密度的影响  108-111
    7.3.3 中试热处理对木材力学性能的影响  111-113
  7.4 小结  113-115
第八章高温热处理木材的分类方法初步探索  115-135
  8.1 前言  115-117
  8.2 试验材料与方法  117-118
    8.2.1 试验材料  117
    8.2.2 试件制取  117
    8.2.3 试件热处理  117
    8.2.4 分类方法  117-118
  8.3 分类结果与分析  118-133
    8.3.1 热处理樟子松木材的聚类结果与分析  118-125
    8.3.2 热处理扭叶松木材的聚类结果与分析  125-133
  8.4 小结  133-135
第九章结论与展望  135-139
  9.1 结论  135-137
  9.2 展望  137-139
参考文献  139-147
在读期间的学术成果  147-148
致谢  148

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