【摘 要】
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杨木密度小、强度低、材质柔软、尺寸稳定性差等缺陷大大限制了其应用范围,因此对杨木进行改性处理,以提高其实用价值。本论文以毛白杨木材为研究对象,以硅酸钠溶液为改性剂,通过循环加压浸渍对杨木进行改性处理,借助单因素试验和正交试验设计,得出硅酸钠循环加压浸渍改性杨木的最优工艺;基于硅酸钠固化原理,在循环加压浸渍过程中,引入固化剂,与硅酸钠组成双剂扩散,在木材内部发生固化反应,生成SiO2和不溶性物质,从
【基金项目】
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国家自然科学基金委面上项目（32171708）； 湖南省教育厅科学研究优秀青年项目（21B0238）； 教育部重点实验室开放基金面上项目（SWZ-MS201917）； 湖南省科技创新计划项目资助（2021RC4062）；
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杨木密度小、强度低、材质柔软、尺寸稳定性差等缺陷大大限制了其应用范围,因此对杨木进行改性处理,以提高其实用价值。本论文以毛白杨木材为研究对象,以硅酸钠溶液为改性剂,通过循环加压浸渍对杨木进行改性处理,借助单因素试验和正交试验设计,得出硅酸钠循环加压浸渍改性杨木的最优工艺;基于硅酸钠固化原理,在循环加压浸渍过程中,引入固化剂,与硅酸钠组成双剂扩散,在木材内部发生固化反应,生成SiO2和不溶性物质,从而降低改性材的吸湿性并增强其抗流失性;利用丙烯酸乳液干燥成膜的特性,使其与硅酸钠对杨木复合改性,进一步提高改性材的耐水性;并对改性材进行力学性能和热性能测试,最后通过一系列表征手段探究改性剂的固着机制。主要结论如下:（1）四因素四水平正交试验结果表明,各因素对改性材力学性能影响的显著顺序为:浸渍液浓度＞浸渍时间＞浸渍压力＞循环次数。得出优化工艺为:Na2SiO3溶液浓度为40%,浸渍时间为4h,浸渍压力为0.5 MPa,循环次数为3次。力学性能测试结果显示,杨木素材经过硅酸钠改性后,除抗弯强度有所降低外,抗压强度和端面硬度均得到大幅提升。（2）不同试剂处理硅酸钠改性杨木结果显示,固化处理改性材的吸水率和硅流失率均得到有效降低,其中碳酸氢钠作为固化剂效果最佳,且在同一浓度水平上保持最优异的物理力学性能和耐热性能。不同浓度碳酸氢钠溶液固化改性结果表明,3%质量分数浓度下碳酸氢钠溶液固化效果最优。（3）当丙烯酸乳液质量分数浓度为5%时,硅酸钠/碳酸氢钠与丙烯酸乳液复合改性杨木效果最佳,此时复合改性材尺寸稳定性增强,耐水性和抗流失性进一步提高,改性材抗胀率达到43.3%,硅流失率降低至4.4%。丙烯酸乳液在木材内部干燥成膜,对木材组织和改性剂进行封闭包埋。（4）丙烯酸乳液/硅酸钠/碳酸氢钠复合改性材强度等级达到TB20,阻燃性能达到BI级。探明改性剂在木材中的固着机制为,物理填充与化学交联相结合。大量的固体不溶物呈柱状存在于木材导管中,支撑木材结构,增大木材强度;部分改性剂与木材组分成键结合,增强复合改性材稳定性;丙烯酸乳液的封闭作用则进一步提高了复合改性材的耐水性能和抗流失性。
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