楓樺圓盤預(yù)處理及干燥特性研究.pdf

1、圓盤是通過將原木橫截制得,在其橫截面上展現(xiàn)出的獨特美學(xué)特性和可觀賞性,得到越來越多人的喜愛。同時,圓盤是木材(尤其是彎曲木、小徑木)利用的新途徑,利于提高木材的單位經(jīng)濟效益和產(chǎn)品附加值。美中不足,圓盤干燥要遠困難于鋸材的干燥,因為干燥過程中存在著嚴重的開裂問題。因此有必要開展圓盤干燥的研究。本論文以東北地區(qū)蓄積量較大的楓樺木材為研究對象,進行圓盤的常規(guī)干燥和高頻真空干燥的研究,研究干燥方式、工藝條件等對干燥特性、干燥缺陷等影響,確定較適

2、宜的工藝基準；系統(tǒng)研究了干燥前預(yù)處理對楓樺網(wǎng)盤常規(guī)干燥特性的影響、預(yù)處理抑制圓盤開裂的機理以及預(yù)處理對干燥成本影響等方面的內(nèi)容,將氯化鈉和PEG400應(yīng)用于圓盤的預(yù)處理,并首次將“二元協(xié)同思想”引入木材預(yù)處理研究中來,就解決氯化鈉預(yù)處理中存在的不足進行探索,采用掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外變換光譜(FTIR)、X-射線衍射儀(XRD)等手段研究了處理物質(zhì)與木材的作用機理；分析了不同干燥方式及不同預(yù)處理時圓盤的干燥成本。工作的主要內(nèi)容如

3、下:
　　 (1)通過大量實驗結(jié)果的分析,根據(jù)圓盤干燥獨有特點,建立了圓盤弦向干燥應(yīng)變模型和干燥應(yīng)力與圓盤徑向干縮關(guān)系模型,確定圓盤‘開裂勢’,為影響圓盤開裂因素的確定及干燥應(yīng)力變化的判斷提供依據(jù)。弦向干燥應(yīng)變模型表明:弦向干燥應(yīng)變?nèi)Q于弦、徑向的干縮差和圓盤的半徑大小,在圓盤直徑一定的情況下,引起圓盤開裂的弦向干燥應(yīng)變與弦、徑向的干縮差密切相關(guān),并由此將弦、徑向的干縮差確定為圓盤的‘開裂勢’。干燥應(yīng)力與圓盤徑向干縮關(guān)系模型表明

4、:干燥應(yīng)力可通過圓盤徑向上約束干縮和自由干縮之比值體現(xiàn)出來。通過不同干燥方式和預(yù)處理干燥實驗證實了上述模型的正確性。
　　 (2)根據(jù)網(wǎng)盤存干燥中的特點,首先提出運用間歇低溫的常規(guī)干燥方法來干燥楓樺圓盤,取得了較好的干燥質(zhì)量。進而通過在快速干燥基準下對圓盤干燥特性及開裂產(chǎn)生含水率點研判的實驗分析,提出了快速-低溫間歇式干燥的干燥工藝,縮短了干燥周期。
　　 (3)采用高頻真空的方法干燥圓盤,獲得了較好的干燥質(zhì)量,提高了干

5、燥效率。確定含水率梯度和‘開裂勢’的降低為高頻真空干燥抑制圓盤開裂的主要原因。從力學(xué)角度出發(fā),通過建立“木材內(nèi)外作用力影響干縮模型”對高頻真空干燥降低木材干縮率和開裂勢的機理進行了分析。
　　 (4)提出使用氯化鈉、PEG400兩種無毒、無環(huán)境污染、適于生材處理的方法來處理楓樺圓盤。就預(yù)處理因素(包括處理時間、處理溶液濃度)對木材物理特性的影響進行了顯著性分析。就預(yù)處理對圓盤物理特性徑向各部位變化規(guī)律的影響進行了分析,為分析圓盤

6、開裂的原因提供了依據(jù)。
　　 (5)建立微毛細管內(nèi)處理物質(zhì)及水分子存存狀態(tài)模型,對預(yù)處理網(wǎng)盤的干燥特性和機理進行分析。在保證干燥質(zhì)量的前提下,處理后的干燥周期明顯縮短,干燥速率大幅度提高,PEG400提高尤為明顯。對處理前后圓盤干燥后心表層含水率差、橫紋抗拉強度、約束干縮等影響圓盤開裂因素的分析表明:兩種處理均通過降低弦徑向干縮差來抑制圓盤的開裂,由此也證實了圓盤弦向理論干燥應(yīng)變模型的正確性。采用SEM、XRD、FTIR等方法分

7、析了兩種處理物與木材的復(fù)合機理,結(jié)果表明:氯化鈉可以進入到纖維素的無定形區(qū)且其在木材內(nèi)的存在使游離羥基受到結(jié)合力的作用,PEG400則更多為存木材內(nèi)的機械沉積,并解釋了兩種處理對抗拉強度、干燥速率產(chǎn)生影響及存在差異的原因。
　　 (6)針對氯化鈉預(yù)處理圓盤吸濕性較大的實際問題,引入NaCI/SiO2“二元協(xié)同作用”崽想。嘗試采用可控低溫水熱法和溶膠.凝膠法來實現(xiàn)NaCI/SiO2的協(xié)同作用,并采用SEM、XRD、FTTR等方法分

8、析協(xié)同處理試件,結(jié)果表明:上述兩種方法均可使木材的吸濕性對照氯化鈉單獨處理的情形大為降低,其機理為前者通過改變氯化鈉的晶體形貌來降低吸濕性,后者通過疏水性二氧化硅對氯化鈉的包裹來降低吸濕性。
　　 (7)從流動資產(chǎn)、固定資產(chǎn)、干燥周期、適用范圍以及干燥質(zhì)量等與干燥成本相關(guān)的幾個方面對圓盤干燥成本進行了綜合分析,結(jié)果表明:圓盤經(jīng)氯化鈉預(yù)處理干燥成本最低,而PEG400處理后干燥成本較高,但與處理后干燥周期短、干燥質(zhì)量好、適于較大徑