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速生杨木过热蒸汽预处理工艺及其对干燥质量的影响

张震宇  
【摘要】:本研究以速生杨木(Populus)为试材,通过对过热蒸汽预处理过程中杨木内部温度场变化规律、含水率变化规律以及预处理质量变化的测定分析,得出速生杨木最优过热蒸汽预处理工艺。对最优工艺处理后的试材进行常规干燥,对比分析处理材与未处理材的干燥速率、干燥质量以及干燥过程中成本的差异,以此为过热蒸汽预处理工厂化应用提供参考。主要结论如下:(1)厚度为2cm、4cm、6cm的杨木,在过热蒸汽预处理的过程中,木材内部温度场的变化趋势基本相同,通过数据回归模拟建立不同预处理条件与不同厚度杨木最外层、次外层和芯层温度的关系式。得到的理论关系式可用于预测杨木预处理过程中温度场变化。(2)过热蒸汽预处理后,得到了不同处理条件下杨木含水率变化的规律。通过对不同处理条件下杨木含水率变化量进行回归分析,建立杨木含水率减少量与过热蒸汽预处理条件的关系式。得到的理论关系式可用于预测杨木在不同预处理条件下预处理前后含水率的变化。(3)过热蒸汽预处理温度为180℃时,杨木表面普遍发生明显的开裂与皱缩;当温度为150℃时,过长的处理时间(1.5h/cm)会导致杨木表面发生轻微皱缩和开裂;当温度为120℃时,杨木表面未发生明显缺陷。综合含水率变化量以及预处理后木材表面质量,得出杨木过热蒸汽预处理的最优工艺为150℃、1.0h/cm。(4)过热蒸汽预处理7cm厚度杨木的干燥周期为18天左右,平均干燥速率为0.099%/h;未经处理的杨木干燥周期为40天左右,平均干燥速率为0.065%/h,过热蒸汽预处理显著提高了木材干燥速率,提高程度为55%。(5)过热蒸汽预处理杨木分层含水率的均值为8%,低于未处理材的11%;处理材的干燥应力指数平均为0.0221,低于未处理材的0.0375,降低干燥应力指数高达41%;过热蒸汽预处理杨木气干、吸水体积湿胀率均值分别为5.267%和14.453%,比未处理材分别低1.2%和3.7%。过热蒸汽预处理有效降低了杨木的干燥应力,提高了杨木的尺寸稳定性。


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