水杉速生材压缩密实化研究

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木材压缩密实化是木材改性的方法之一,通过压缩密实的木材可以在不破坏自身结构的前提下提高木材的密度及物理力学性能,使材质较差的木材达到用材标准,压缩木绿色环保,但压缩木有一定的回弹性,从而在一定的程度上限制了材料的使用。为了解决压缩木回弹的问题,本文通过正交试验对四川地区引种的水杉进行压缩密实研究,探讨了不同压缩条件对回弹性以及物理力学性能的影响,并得出水杉压缩木最佳工艺路线,借助剖面密度仪器分析了压缩木的密度分布情况,借助傅里叶红外(FTIR)分析了热处理固定压缩后的木材成分变化,并对压缩后经过热处理固定的水杉压缩木进行耐腐处理,测定其耐腐性能。主要研究结果如下:(1)水杉最佳压缩工艺设定压前含水率、压缩率、热压温度、热压时间,通过测量压缩木的回复率得出,4种因素对变形回复的影响为压前含水率>压缩率>热压温度>热压时间,综合考虑,水杉木材的最优压缩条件为:压前含水率为110%,压缩率为50%-60%,热压温度为200℃,热压时间为70min,此条件下压缩试件的各项物理力学性能较好,变形回复率较小。(2)热处理对压缩材变形回复、力学强度及耐腐性能的影响根据正交试验得出的最佳工艺条件进行压缩后再热处理,根据预试验结果,确定热处理温度为200℃,处理时间为6h,经过200℃、6h的后期热处理后,热处理材的回复率较压缩材降低了52.83%,吸水厚度膨胀率降低了34.99%,表明热处理对降低木材的回弹率和提高尺寸稳定性有显著效果。分析其原因是,密实化的木材经过200℃的高温热处理,可使其内部的易吸湿的半纤维素分解,在高温情况下,木材细胞壁结构物质发生化学变化,半纤维素等成分发生不同程度的分解,使木材内部的交联结构被切断,压缩木材的变形得到固定,同时力学强度降低。经过热处理后,水杉压缩材的耐腐性能提高。在高温条件下,木材组分中的亲水性羟基减少,热稳定性较差的半纤维素降解,多糖物质被分解,从而使经过热处理的水杉压缩材耐腐性能提高。(3)水杉压缩材剖面密度借助剖面密度仪检测压缩材的密度,压缩率为50% 情况下,密度在距离试件上下压缩面1mm左右得到最大,最大达到0.79g/cm3,最小密度在压缩层中部为0.45 g/cm3,平均密度为0.62 g/cm3;压缩并热处理后水杉木材颜色变暗加深,厚重感增强。(4)经过热处理的水杉压缩木的成分变化借助傅里叶红外(FTIR)分析了热处理固定变形后的木材成分变化,可以发现在波数为2900 cm-1、1425 cm-1、1370 cm-1和895cm-1处的纤维素特征峰未发生显著的变化,在波数1730cm-1,1658 cm-1,1607 cm-1附近的羰基峰(C=0)变化趋势比较明显,说明高温热处理下半纤维发生了热解,引起的半纤维素特征峰减弱。在波数1510cm-1附近为木质素苯环骨架振动的吸收峰,该峰有所变化,说明在200℃热处理过程中木质素发生了轻微的热解反应。半纤维和木质素的热解是使回复率和吸水厚度膨胀率更小的原因。
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