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应用熏烟热处理技术提高杨木胶合板性能的研究

作　者: 刘丽丽
导　师: 张敏；张文标
学　校: 浙江农林大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 熏烟热处理速生材杨木胶合板物理力学性能尺寸稳定性
分类号: TS653.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着天然林资源和阔叶材的日益减少和匮乏,依靠进口材来生产胶合板已经无法满足市场的需求。利用国产椴木,桦木,水曲柳生产胶合板的时代早已结束,蓬勃发展的杨木产业为我国胶合板工业的发展注入了新的活力。为探索人工林速生杨木高效优质利用的新途径,克服杨木材质差,密度及硬度低,易变形翘曲以及旋切单板时容易起毛等缺陷,作者通过对人工林速生杨木原木进行熏烟热处理,有效提高杨木胶合板的物理力学性能及尺寸稳定性。熏烟热处理技术是可以缓和木材内部的各种应力并使之均匀分布,同时也可以降低含水率并使之均匀分布,从而改善并提高木材的物理力学性能,尺寸稳定性能以及切削加工性能的一种干燥前处理技术。不同树种,所要求达到的材内处理温度不同;即使同一树种,采用不同的材内温度,其处理效果也大不相同。本试验采用10年生的中林-46号杨木为原料,依据不同的材内处理温度制定了两种不同的熏烟热处理工艺。一种是80℃熏烟热处理,即材内温度控制在80℃～90℃之间,连续对杨木原木熏烟热处理66h;另一种是90℃熏烟热处理,即材内温度控制在90℃～95℃之间,连续对杨木原木熏烟热处理20h。使用熏烟热处理后的杨木原木,旋切成厚度为2.0mm的单板,制成三层与五层两种规格的胶合板。依据日本工业标准(JIS)测试杨木胶合板的各项物理力学性能及尺寸稳定性能,主要结果如下:(1)使用熏烟热处理原木单板制作的三层胶合板及五层胶合板,其静曲强度和静曲弹性模量,无论是在常态还是在湿润状态下,均高于未经熏烟热处理原木单板制作的杨木胶合板,其静曲强度和静曲弹性模量提高了11.3%～35%。(2)熏烟热处理后的杨木单板的接触角显著减小,板面湿润性能得到提高,易于胶粘剂的均匀扩散与涂布。熏烟热处理后的杨木胶合板的胶层顺纹抗剪强度和内胶合强度大幅增强。无论在常态还是在湿润状态下,经熏烟热处理的杨木胶合板的抗剪强度与未处理胶合板相比,提高了8.2%～23.3%,并且木破率也大为增加。经熏烟热处理的三层杨木胶合板的内结合强度显著增大,增幅高达56.6%～95%;五层胶合板的内结合强度也提高了20%以上。(3) 90℃熏烟热处理的杨木胶合板的静曲弹性模量和抗剪强度比80℃熏烟热处理分别提高了10%和12%左右。显示90℃熏烟热处理的工艺条件优于80℃熏烟热处理的工艺条件。(4)经过熏烟热处理后的胶合板在干湿循环促进劣化试验中,其吸水厚度膨胀率与未处理胶合板相比明显减小。特别是熏烟热处理后的三层胶合板,在苛刻试验条件下的吸水厚度膨胀率最大不超过10%,最后的残余厚度膨胀率只有3%左右。另外,在高湿度环境的吸湿试验中,经熏烟热处理的胶合板的平衡含水率小于未处理的胶合板,其吸湿厚度膨胀率也明显减小。并且熏烟热处理胶合板吸湿试验后的残余厚度膨胀率平均不到2%,比未处理胶合板的残余厚度膨胀率小一半。(5)经熏烟热处理的单板和胶合板,在吸湿-干燥试验后的翘曲量远远小于未处理的单板和胶合板。经熏烟热处理的三层胶合板的四角最大翘曲量不到未处理胶合板的1/4,四角翘曲量总和也不足未处理胶合板的1/3。特别是经熏烟热处理后的五层杨木胶合板,板面吸湿-干燥后的翘曲量很小,具有优秀的耐湿性能和尺寸稳定性能。(6)熏烟热处理胶合板的耐白色腐朽菌的性能有所降低,但其耐褐色腐朽菌的性能未受影响。另外,无论在选择摄食耐蚁试验还是强制摄食耐蚁试验中,熏烟热处理杨木胶合板的重量减少率比未处理杨木胶合板平均低5%左右,白蚁死虫率比未处理的高出10%左右。因此可以认为,通过对杨木原木进行熏烟热处理,可以大大提高杨木胶合板的耐蚁,耐虫和耐生物劣化等性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章引言  13-30
  1.1 研究意义  13-17
    1.1.1 人工林速生杨木资源丰富  13-14
    1.1.2 杨木木材的加工利用  14-15
      1.1.2.1 杨树加工产品的用途  14
      1.1.2.2 杨树的加工利用以人造板产品为主  14-15
      1.1.2.3 杨木加工利用技术的进步  15
    1.1.3 人工林速生杨木材质差,亟待改善  15-16
      1.1.3.1 人工速生林杨木的材性决定其改良方向  15
      1.1.3.2 引起杨木多层胶合板翘曲变形的各种应力  15-16
    1.1.4 人工林速生杨木的高效优质利用  16-17
      1.1.4.1 有关人工林速生杨木的研究动态  16-17
      1.1.4.2 熏烟热处理技术在杨木产业的研究应用现状  17
  1.2 熏烟热处理技术  17-26
    1.2.1 熏烟热处理技术的概述  17
    1.2.2 熏烟热处理材的定义  17
    1.2.3 熏烟热处理炉内的环境  17-18
    1.2.4 熏烟热处理技术的基本理论  18-19
      1.2.4.1 Stefan-Boltzman’s law 定律  18
      1.2.4.2 Wien's displacement law 定律  18
      1.2.4.3 热传导效率  18
      1.2.4.4 炉内温度与材内温度的起伏波动  18-19
    1.2.5 熏烟热处理技术的发展历史  19-22
      1.2.5.1 木材干燥与木材前干燥处理的必要性  19-20
      1.2.5.2 熏烟干燥与熏烟热处理干燥的历史  20-22
    1.2.6 熏烟热处理技术在国外的研究发展动态  22-25
      1.2.6.1 木材含水率和收缩率降低，尺寸稳定性提高  22-23
      1.2.6.2 木材内应力降低，变形开裂减少  23-24
      1.2.6.3 切削性能提高，易于胶合和涂装  24-25
      1.2.6.4 物理力学性能提高  25
      1.2.6.5 材色变深变均匀  25
      1.2.6.6 耐久性提高  25
      1.2.6.7 材内树脂排出  25
    1.2.7 熏烟热处理技术在国内的发展应用前景  25-26
  1.3 研究内容与方法  26-30
    1.3.1 研究的主要内容  26-28
      1.3.1.1 单板与胶合板制备  26-27
      1.3.1.2 制板生产工艺  27
      1.3.1.3 胶合板的性能测试实验  27-28
      1.3.1.4 微观观测实验  28
    1.3.2 性能测试实验的主要设备与仪器  28
    1.3.3 技术路线  28
    1.3.4 拟解决的关键问题  28-30
第二章熏烟热处理人工林速生杨木原木  30-34
  2.1 试验材料  30
  2.2 试验方法  30-33
    2.2.1 试材制备  30
    2.2.2 熏烟热处理实验方法  30-33
  2.3 结果与分析  33
  2.4 小结  33-34
第三章熏烟热处理杨木胶合板的力学性能测试  34-43
  3.1 材料与方法  34
    3.1.1 试验材料及其制备  34
    3.1.2 试验方法  34
      3.1.2.1 静曲强度和静曲弹性模量试验  34
      3.1.2.2 抗剪强度试验  34
      3.1.2.3 内结合强度试验  34
  3.2 结果与分析  34-39
    3.2.1 静曲强度和静曲弹性模量  34-37
    3.2.2 抗剪强度  37
    3.2.3 内结合强度  37-39
  3.3 接触角  39-41
    3.3.1 接触角的概述  39
    3.3.2 结果与分析  39-41
  3.4 扫描电子显微镜观察  41-42
    3.4.1 试验材料  41
    3.4.2 结果与分析  41-42
  3.5 小结  42-43
第四章熏烟热处理杨木胶合板的尺寸稳定性能测试  43-50
  4.1 材料与方法  43-44
    4.1.1 试验材料  43
    4.1.2 试验方法  43-44
      4.1.2.1 吸水厚度膨胀率与吸水率试验  43
      4.1.2.2 吸湿速度，吸湿平衡含水率，吸湿等温曲线和吸湿厚度膨胀率试验  43
      4.1.2.3 单板与胶合板的吸湿变形测试  43-44
      4.1.2.4 板面翘曲度测试  44
  4.2 结果与分析  44-49
    4.2.1 胶合板的吸水厚度膨胀率，吸水率  44-45
    4.2.2 吸湿速度，吸湿等温曲线，吸湿厚度膨胀率  45-47
    4.2.3 单板与胶合板的吸湿变形  47-48
    4.2.4 板面翘曲度  48-49
  4.3 小结  49-50
第五章熏烟热处理杨木胶合板耐腐性能和耐蚁性能测试  50-54
  5.1 材料与方法  50-51
    5.1.1 试验材料  50-51
      5.1.2.1 熏烟热处理杨木胶合板的耐腐性能试验  50
      5.1.2.2 熏烟热处理杨木胶合板的耐蚁性能试验  50-51
  5.2 结果与分析  51-53
    5.2.1 熏烟热处理杨木胶合板的耐腐性能  51
    5.2.2 熏烟热处理杨木胶合板的耐蚁性能  51-53
  5.3 小结  53-54
第六章结论与建议  54-56
参考文献  56-59
个人简介  59
攻读硕士学位期间发表论文情况  59-60
致谢  60

应用熏烟热处理技术提高杨木胶合板性能的研究

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