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《南京林业大学》 2014年
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速生杨板材强化与尺寸稳定化处理工艺研究

彭晓晓  
【摘要】:杨木是支撑我国木材工业发展的重要原材料,但由于其存在材质松软、强度低、硬度小、容易翘曲变形等天然缺陷,使得现有杨木加工产品的附加值较低,因此对杨木进行改性处理、克服其自身存在的缺点,对于提高杨木利用价值、扩大其使用范围具有重要的理论意义和实用价值。 本论文以杨木实木板材为研究对象,以提高杨木板材强度、硬度,改善其尺寸稳定性为目的,采用合理试验设计,并借助于显微镜、接触角测试仪、傅立叶红外光谱仪等现代分析手段,试制了适于快速浸渍的水性改性剂,系统研究了浸渍充胀与浸渍交联两步法处理工艺、浸渍与炭化联合处理工艺对杨木实木板材的力学性能和尺寸稳定性的影响规律,对比分析了改性前后试样的空隙结构、化学基团等微观特征的变化以及对后续油漆加工的影响,得出了一种能有效改善杨木板材强度和尺寸稳定性的工艺方法。研究结论如下: (1)研究分析了改性剂的制备工艺,得出了适合浸渍用的高固含量、低粘度、渗透性强、储存稳定性好的三种改性剂——二羟甲基二羟基乙烯脲树脂(简称DMDHEU,即2D树脂),三聚氰胺树脂(MF树脂)和杨木粉液化物树脂;研究了聚乙二醇充胀与三种改性剂的真空加压浸渍二步法处理对浸渍效果的影响,确定合理的浸渍处理工艺为:第一步在温度55℃条件下,用聚乙二醇水溶液充胀处理杨木板材24~36h,并低温缓慢干燥至含水率为10%左右。第二步用三种改性剂分别对充胀后的试件进行真空加压浸渍处理,对试件抽真空至-0.098~-0.09MPa,时间1h;保压结束后,真空进料,并继续保持30min;最后用氮气加压至1.2~1.5MPa,保压时间为2h,放料。 (2)聚乙二醇浸渍充胀与三种改性剂浸渍交联复合改性处理,能有效提高杨木板材的强度和改善尺寸稳定性。其中2D树脂浸渍交联处理对尺寸稳定性、硬度、强度等力学性能方面改善效果最好;MF树脂处理能明显增加阻湿率和抗胀率;杨木粉液化物树脂处理对板材硬度、静曲强度、弹性模量和横纹抗压强度等方面的性能有所改善。 (3)考虑改性剂对木材性能改善效果及生产成本和经济效益,选取2D树脂为改性剂并优化浸渍充胀与浸渍交联处理工艺,研究浸渍时间对试件性能的影响。得出杨木板材2D树脂浸渍处理2h时,试件增重率为46.1%,其物理力学性能也在一定程度上得以改善。改性处理后试件的弦、径向硬度分别为素材试件的1.34倍和1.67倍;试件静曲强度、弹性模量和耐磨性能都提高了;红外光谱及显微图片分析得出,2D树脂真空加压浸渍交联改性后,改性剂渗入木材内部,与木材完全结合在一起。 (4)分析三种改性剂浸渍与炭化联合改性处理,对杨木板材物理力学性能的影响。改性剂2D树脂浸渍与炭化复合改性后,试件的阻湿率和抗胀率分别为69.22%和130.71%。经杨木粉液化物树脂浸渍与炭化后试件的硬度分别为3.46KN和3.51KN,均远远超出素材试件的硬度。2D树脂复合改性处理后试件的静曲强度和弹性模量分别为85.45MPa和8.92GPa;试件的横、顺纹抗压强度分别为12.81MPa和73.24MPa,均大于素材。总的来说,三种改性剂中,经2D树脂浸渍炭化复合改性处理的试件各方面力学性能相对较好。 (5)表面润湿性分析结果得出:三种改性剂浸渍与炭化联合改性处理对降低杨木板材的表面润湿性效果较好。2D树脂改性处理的板材表面润湿性明显降低,与素材相比表面漆膜附着力较好;MF树脂浸渍与炭化联合改性处理也可有效降低板材的表面润湿性,MF树脂和液化物树脂充胀与交联处理对润湿性降低不明显。说明2D树脂充胀交联和浸渍炭化改性处理,均能降低杨木板材的吸湿性,从而有利于提高尺寸稳定性。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S781.7

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