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高熔点石蜡处理杨木和辐射松的性能研究

郑忠国  
【摘要】:蜡浸渍木材是一种有效提高木材的防水性、力学性能以及耐腐性能的木材改性方法。以往研究多采用低熔点蜡乳液浸渍木材,处理材需要二次干燥和机械加工性能差等缺点。本研究针对以上不足,采用高熔点、高硬度以及耐久性好的费托蜡处理木材。以两种高熔点费托蜡2120和3105H为处理剂,两种蜡在熔融状态下通过真空加压的方式浸渍处理人工速生林杨木和辐射松。分析了费托蜡处理木材的增重率、密度变化、水分吸着、力学性能并通过锥形量热仪法分析了费托蜡处理木材的燃烧性能。主要结果如下:1.用热重分析和差示扫描量热仪法分析了研究所用的两种费托蜡的热学性能。结果显示费托蜡2120熔点为112℃,费托蜡3105H熔点为101℃。两种费托蜡热分解过程中只有一个失重峰,在加热熔融过程也只有一个吸热峰,说明两种费托蜡分子量分布较窄且含油量低。由直链烷烃的分子量和熔点的关系,可以得知费托蜡2120的平均分子量大于费托蜡3105H。考虑到两种费托蜡从熔融状态到室温冷却过程中体积发生收缩,这可能对处理材的耐水性造成影响,检测了研究所用两种费托蜡从实验温度115℃冷却至室温的体积收缩率,结果显示两种蜡体积收缩都在15%。经这两种费托蜡处理后的不同尺寸杨木和辐射松的增重率都较大,辐射松处理材增重率高于杨木。在相同工艺条件下,尺寸、树种、费托蜡种类及处理材浸渍前干密度对增重率都有影响。处理杨木和处理辐射松的密度差异较小,都在0.8g/cm3~1.Og/cm3之间。用扫描电镜观察处理材的横纵切面的微观形貌,观察到两种蜡在木材细胞腔中沉积但杨木的木纤维细胞未被完全填充。细胞腔中蜡与细胞壁之间由于蜡的体积收缩存在缝隙,蜡处理未完全封闭细胞腔。2.费托蜡处理可以显著降低木材的吸水性、吸湿性和表面亲水性。由于非极性的大分子蜡不能进入细胞壁中,因此两种费托蜡浸渍处理对木材的尺寸稳定性没有明显的改善效果。两种费托蜡处理材的在泡水6h时的防水效率都在94.15%~96.6%之间,泡水32d后处理材的防水效率也在71.3%~77.8%之间。在93%RH条件下吸湿15天后处理材阻湿效率最高的是费托蜡2120处理辐射松为64.9%。费托蜡2120降低木材水分吸着和改善木材表面疏水性方面好于费托蜡3105H。在费托蜡种类相同的情况下,辐射松处理材的吸水性和吸湿性更强,表面亲水性也更强。3.费托蜡处理木材提高了木材的弯曲强度、抗弯弹性模量、硬度,处理材的冲击性能没有实质变化。费托蜡2120处理的辐射松和杨木抗弯强度分别提升了 62.7%和23.8%。费托蜡3105H处理的辐射松和杨木抗弯强度由分别提升了 39.2%和22.2%。两种费托蜡处理后的杨木和辐射松抗弯弹性模量也有改善,相对于未处理杨木和辐射松素材,费托蜡蜡2120处理材的抗弯弹性模量分别提高了 9.7%和50.2%,费托蜡蜡3105H处理材分别提高了 12.4%和29.2%。费托蜡处理不仅提高了木材的力学强度而且减少了木材早晚材材性的差异,辐射松素材早晚材的硬度差异由15.8HD减少到处理材的8.5HD左右,且表面硬度提高了约30%。处理材的表面硬度没有在60℃有明显下降。处理材的硬度和刚度增强,处理材冲击强度保持良好。木材表面耐磨性能在长时间摩擦过程时有明显改善。4.通过锥形量热仪实验可以发现,可燃且高热值的费托蜡2120和3105H处理均延长了木材燃烧时间,降低了木材的点燃时间和火灾性能指数,处理材的热释放速率、总热释放量、烟释放速率、总烟释放量以及CO和C02浓度均增加。费托蜡处理提高了木材的燃烧风险性。综上所述,费托蜡2120和3105H处理杨木和辐射松的耐水性和力学性能增强,表面疏水性和耐磨性能也有所改善,但也提高了发生火灾的风险,应避免用于易发生火灾的公共场所。


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