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组坯结构与人造板性能关系的基础研究

梅长彤  
【摘要】:本研究探讨了木材单元横纹压缩时的应力—应变特性、细胞变形和破坏机理以及压缩率对木质单元物理力学性能的影响;开发了计算机板坯模型,并借助计算机模型,实验室压制了具有不同平面密度分布的模拟刨花板,探讨了组坯结构与人造板力学性能之间的关系。全文包括“研究背景与研究内容”、“木质单元压缩性能的研究”、“平面密度分布与人造板性能关系的研究”和“总结论”四大部分。研究结果表明: 径向压缩试验表明:阔叶材树种白杨和针叶材树种云杉木材的径向压缩行为遵循木材横纹压缩变形的普遍规律。二者的应力—应变曲线反映了树种间组织结构的差异,云杉木材弹性区直线的斜率反映了其早材细胞壁的强度,白杨木材弹性区直线的斜率则是由导管细胞的强度所决定的。当应力越过屈服点以后,二者有着不同的细胞变形和破坏机制。针叶材的“第一点溃陷”发生于年轮中细胞壁最薄的早材管胞,而阔叶材的“第一点溃陷”发生于具有较大直径的导管细胞;压缩率对木材单元性质影响显著。提高压缩率,有利于提高木材的顺纹抗拉强度,但是对木质单元的平面抗拉强度和尺寸稳定性会造成不利的影响。 白杨层叠刨花与实木具有不同的压缩特性,相同试验条件下白杨层叠刨花的压缩弹性模量低于相同含水率的白杨实木试件,刨花层数对其压缩特性影响不明显,但随着刨花含水率增加,白杨层叠刨花压缩弹性模量急剧下降。 平面密度变异是非单板类人造板所固有的结构特点。应用计算机模型,可以获得不同密度分布的刨花板坯;密度与板材性能的关系与木质单元的压缩、接触程度、胶合情况、内应力、木材破坏以及平面密度分布有关。提高密度有益于单元之间的胶合,内结合强度(IB)提高。但过高的压缩率会导致内应力增加和木材破坏,使IB下降。密度的双面效 应暗示出对于胶合强度存在一个最佳的压缩率,测试结果证明无密度变异或有较小密度变 异的试件均发现了最佳密度点。对于较高密度的人造板而言,合适的密度变异对其吸水厚 度膨胀率起到了一定的拟制作用,从而有助于提高板子尺寸稳定性。平面密度变异对弹性 模量无明显影响,但会显著降低静曲强度。 本研究成果为更加准确地预测人造板性能以及生产轻质、高强的低密度人造板提供了 理论依据。


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