【摘 要】
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高温热处理作为一种有效改善木材生物耐久性的物理改性方法,能够有效解决泰国橡胶木淀粉及游离糖含量较高所造成的生物耐久性差,极易发生虫蛀、霉变和腐朽的问题。但高温热处理木材材质变脆,强度显著降低的缺陷严重限制了高温热处理的实际应用。本文针对高温热处理损失木材力学强度的问题,采用常压过热蒸汽加热法(简称常压蒸汽法)和热平板接触式加热法(简称平板接触法)对橡胶木进行热处理,系统研究了高温热处理工艺参数对泰
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高温热处理作为一种有效改善木材生物耐久性的物理改性方法,能够有效解决泰国橡胶木淀粉及游离糖含量较高所造成的生物耐久性差,极易发生虫蛀、霉变和腐朽的问题。但高温热处理木材材质变脆,强度显著降低的缺陷严重限制了高温热处理的实际应用。本文针对高温热处理损失木材力学强度的问题,采用常压过热蒸汽加热法(简称常压蒸汽法)和热平板接触式加热法(简称平板接触法)对橡胶木进行热处理,系统研究了高温热处理工艺参数对泰国橡胶木材性的影响规律,探究了性能与化学成分和结晶度之间的关系,构建了表面视觉物理量-性能数学模型,揭示了高温热处理对性能的影响机制,并对高温热处理工艺进行分类,获得高温低损热处理最优工艺参数,实现了降低高温热处理力学强度损失的目标。本文主要研究内容与结果如下:(1)常压蒸汽法和平板接触法均能有效降低橡胶木的平衡含水率,改善尺寸稳定性,且平衡含水率与热处理温度和时间呈负相关关系,尺寸稳定性与热处理温度和时间呈正相关关系。随着常压蒸汽法降温速率的加快,平衡含水率呈逐渐升高的趋势。平板接触法能改善尺寸稳定性的同时,还能有效地减少径弦向干缩湿胀差异性,提高木材尺寸稳定性。(2)常压过热蒸汽处理会对力学性能造成损失,提高降温速率,能在一定范围内降低力学损失。随着降温速率的加快,抗弯强度、弹性模量、顺纹抗压强度、硬度、握螺钉力呈上升趋势。平板接触法能够有效降低热处理过程中力学性能的损失。随着处理温度的升高,处理时间的延长,抗弯强度逐渐降低,弹性模量、硬度、顺纹抗压强度、握螺钉力先增大后减小。(3)通过SPSS软件对橡胶木性能与表面视觉物理量进行相关性及回归分析,确定数学模型的因变量,提高数学模型的拟合度。抗弯强度、顺纹抗压强度、握螺钉力与表面视觉物理量数学模型高度拟合,R2>0.9。(4)通过聚类分析法,对高温热处理工艺进行分类。常压蒸汽法可将工艺分为三类:轻度高温热处理组(170/185/200/215℃,1.5h)、中度高温热处理组(170/185/200℃、3h,170/185℃、4.5h)和重度高温热处理组(200℃、4.5h,215℃、3/4.5h,230℃、1.5/3/4.5h);平板接触法可分为四类:轻度高温热处理组(250℃、5min)、中度高温热处理组(230℃、5/10/15/20min)、重度高温热处理组(250℃、10/15/20min,270℃、5/10/15/20min)和超重度高温热处理组(290℃、20min)。(5)常压蒸汽法最优工艺为200℃、1.5h、降温速率4℃/min,此时径面硬度、弹性模量、顺纹抗压强度、分别为2925.59N、8154.11MPa、45.13MPa、损失率分别为8.73%、11.77%、9.23%,握螺钉力为2368.14N,提高了6.72%,达到高温低损要求。(6)平板接触法最优工艺为270℃、5min。此时抗弯强度、弦面硬度、顺纹抗压强度分别为82.10MPa、4295.18N、47.54MPa,损失率分别为10.44%、10.08%、4.38%。弹性模量、径面硬度、握螺钉力都有所改善,分别为9282.47MPa、3480.72N、2396.92N,分别提高了0.45%、29.36%、8.09%,达到高温低损要求。
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