低分子量酚醛樹脂強(qiáng)化毛白楊木材干燥特性及其機(jī)理研究.pdf

1、本研究以人工林毛白楊(Populus tomentosa)木材為研究對(duì)象，以低分子量酚醛樹脂為浸漬強(qiáng)化物質(zhì)，系統(tǒng)研究了木材浸漬處理前預(yù)干燥和浸漬處理、不同干燥工藝組合對(duì)木材物理力學(xué)性質(zhì)的影響及浸漬材的水分遷移特性，通過微觀構(gòu)造觀察等方法揭示浸漬處理對(duì)木材性質(zhì)及干燥特性的影響機(jī)理。本研究對(duì)于改善人工林木材物理力學(xué)性能，提高低密度人工林木材附加值及擴(kuò)大使用范圍等方面具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。論文的主要研究結(jié)論如下：
　　(1)不同

2、干燥方法對(duì)木材物理力學(xué)性質(zhì)及微觀構(gòu)造的影響毛白楊木材常規(guī)干燥合格率為96.5％，高溫(最高為120℃)干燥和氣干合格率分別為86.7%和84.0%。三種干燥方法對(duì)MOR、MOE的影響無顯著差異；與氣干材相比，高溫干燥方法顯著降低木材沖擊韌性達(dá)28.6%；高溫干燥使木材硬度降低。高溫干燥顯著降低木材干縮率和平衡含水率，20℃/65%RH狀態(tài)平衡后高溫干燥材平衡含水率比氣干材低23.7%，比常規(guī)干燥材低25.7%；氣干材吸水平衡后的含水率較

3、常規(guī)干燥材和高溫干燥材高20%以上，即氣干材更容易被水浸漬。三種方法干燥材的尺寸穩(wěn)定性順序?yàn)椋焊邷馗稍锊模境Ｒ?guī)干燥材＞氣干材。木材表面潤(rùn)濕性順序?yàn)椋簹飧刹?高溫干燥材>常規(guī)干燥材，且弦切面的潤(rùn)濕性好于徑切面。
　　對(duì)不同方法干燥的毛白楊木材微觀構(gòu)造觀察發(fā)現(xiàn)，常規(guī)干燥材木纖維細(xì)胞的胞間層有開裂現(xiàn)象，且連通形成微裂紋，少數(shù)木纖維細(xì)胞壁有V形裂紋；高溫干燥材木纖維細(xì)胞胞間層開裂引起的微裂紋及木纖維細(xì)胞壁上的V形裂紋發(fā)生普遍，木纖維壁層內(nèi)

4、還有較多內(nèi)裂發(fā)生，且徑壁上也發(fā)現(xiàn)較多微裂紋。
　　(2)浸漬及干燥工藝組合對(duì)木材性質(zhì)的影響毛白楊木材經(jīng)20%濃度低分子量酚醛樹脂水溶液真空-加壓浸漬結(jié)果顯示，三種預(yù)干燥方法對(duì)木材增重率無顯著差異，均為23%左右。浸漬材干燥周期較未處理材增加了一倍左右。預(yù)干燥為氣干時(shí)酚醛浸漬后采用常規(guī)干燥和高溫干燥對(duì)干燥質(zhì)量及合格率影響不大；預(yù)干燥為常規(guī)干燥和高溫干燥時(shí)，再干燥采用高溫干燥時(shí)較常規(guī)干燥的合格率分別低10%和8%。浸漬處理及干燥后木材

5、密度增加，并且較未處理材密度分布更趨均勻；浸漬處理可顯著提高木材的MOE和MOR，但沖擊韌性降低了77%；浸漬處理可提高表面硬度70%以上，體積抗縮率可達(dá)24.8%左右，阻濕率可達(dá)21.2%，吸水后的體積抗脹率可達(dá)37.7%，并且降低了吸水后弦徑向膨脹比30%以上，改善了木材的尺寸穩(wěn)定性和各向異性；但酚醛浸漬處理后木材表面潤(rùn)濕性變差。
　　氣干(預(yù)干燥)-常規(guī)干燥(浸漬后再干燥)對(duì)于MOE、MOR及沖擊韌性提高是較好的工藝組合；高

6、溫干燥-常規(guī)干燥對(duì)木材的硬度較為有利；綜合弦向、徑向、體積干縮率及各向異性的影響分析，采用氣干-高溫干燥工藝組合浸漬材尺寸穩(wěn)定性最好，且在同樣溫濕度條件下所達(dá)到的平衡含水率最小、潤(rùn)濕性最好。
　　(3)浸漬木材干燥中的水分遷移特性與對(duì)照材相比，浸漬材的干燥速率及水分?jǐn)U散系數(shù)都有較大幅度下降，且浸漬材在整個(gè)干燥過程中弦切板與徑切板間干燥速率和水分?jǐn)U散系數(shù)的差異均不顯著；浸漬材厚度越大水分?jǐn)U散系數(shù)越大，試驗(yàn)用10、15和22mm三種厚

7、度中，22mm的水分?jǐn)U散系數(shù)最大；干燥速率方面，厚度越小，干燥速率越高；含水率范圍為10-25%時(shí)，對(duì)照材水分?jǐn)U散系數(shù)隨含水率降低呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)，含水率在17%左右水分?jǐn)U散系數(shù)達(dá)最大值；與此不同，浸漬材水分?jǐn)U散系數(shù)隨含水率的降低而降低。干燥中濕空氣相對(duì)濕度低時(shí)，水分蒸發(fā)強(qiáng)度大，對(duì)浸漬材干燥過程中水分?jǐn)U散系數(shù)的影響較對(duì)未處理材干燥的影響更大。
　　(4)浸漬材干燥機(jī)理分析低分子量酚醛樹脂浸漬強(qiáng)化毛白楊木材干燥過程中，高含水率

8、階段時(shí)木材尺寸增大，此階段是浸漬物質(zhì)進(jìn)一步充脹木材細(xì)胞壁的過程；在低含水率干燥階段，浸漬材的體積干縮率較對(duì)照材減小了6.15%，浸漬后可提高木材出材率。依試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出不同預(yù)干燥-再干燥工藝組合的浸漬材中酚醛樹脂浸入到細(xì)胞壁中的比例顯示，氣干-高溫干燥工藝組合酚醛樹脂浸入細(xì)胞壁的比例最高，達(dá)到52.12%。
　　(5)浸漬對(duì)木材性質(zhì)的影響機(jī)理對(duì)浸漬處理材微觀構(gòu)造觀察發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管中固化的酚醛樹脂呈柱狀、環(huán)管狀及顆粒狀，導(dǎo)管中紋孔口多堵

9、塞有固化的樹脂；木纖維中多以扁平圓丘狀、顆粒狀及不規(guī)則片狀覆蓋在細(xì)胞腔內(nèi)表面；木射線中酚醛樹脂分布不均，有的完全填充，有的部分填充或不見。氣干-高溫干燥工藝組合浸漬木材中未發(fā)現(xiàn)酚醛樹脂完全填充的導(dǎo)管，進(jìn)一步證實(shí)了細(xì)胞壁中浸入比例較高。酚醛樹脂對(duì)導(dǎo)管等處紋孔的堵塞、對(duì)木纖維細(xì)胞腔內(nèi)表面的覆蓋及對(duì)細(xì)胞壁充脹造成木材的大毛細(xì)管系統(tǒng)和微毛細(xì)管系統(tǒng)滲透性的降低，是造成浸漬材干燥過程中的水分?jǐn)U散及干燥速率的降低，以及浸漬后木材物理力學(xué)性質(zhì)變化的主要