低分子量酚醛樹脂強化毛白楊木材干燥特性及其機理研究.pdf

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

2、干燥方法對木材物理力學性質及微觀構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)定性順序為：高溫干燥材＞常規(guī)干燥材＞氣干材。木材表面潤濕性順序為：氣干材>高溫干燥材>常規(guī)干燥材，且弦切面的潤濕性好于徑切面。
　　對不同方法干燥的毛白楊木材微觀構造觀察發(fā)現，常規(guī)干燥材木纖維細胞的胞間層有開裂現象，且連通形成微裂紋，少數木纖維細胞壁有V形裂紋；高溫干燥材木纖維細胞胞間層開裂引起的微裂紋及木纖維細胞壁上的V形裂紋發(fā)生普遍，木纖維壁層內

4、還有較多內裂發(fā)生，且徑壁上也發(fā)現較多微裂紋。
　　(2)浸漬及干燥工藝組合對木材性質的影響毛白楊木材經20%濃度低分子量酚醛樹脂水溶液真空-加壓浸漬結果顯示，三種預干燥方法對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。預干燥為氣干時酚醛浸漬后采用常規(guī)干燥和高溫干燥對干燥質量及合格率影響不大；預干燥為常規(guī)干燥和高溫干燥時，再干燥采用高溫干燥時較常規(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24.8%左右，阻濕率可達21.2%，吸水后的體積抗脹率可達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濕性變差。
　　氣干(預干燥)-常規(guī)干燥(浸漬后再干燥)對于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到的平衡含水率最小、潤濕性最好。
　　(3)浸漬木材干燥中的水分遷移特性與對照材相比，浸漬材的干燥速率及水分擴散系數都有較大幅度下降，且浸漬材在整個干燥過程中弦切板與徑切板間干燥速率和水分擴散系數的差異均不顯著；浸漬材厚度越大水分擴散系數越大，試驗用10、15和22mm三種厚

7、度中，22mm的水分擴散系數最大；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，對照材水分擴散系數隨含水率降低呈現先上升后降低的趨勢，含水率在17%左右水分擴散系數達最大值；與此不同，浸漬材水分擴散系數隨含水率的降低而降低。干燥中濕空氣相對濕度低時，水分蒸發(fā)強度大，對浸漬材干燥過程中水分擴散系數的影響較對未處理材干燥的影響更大。
　　(4)浸漬材干燥機理分析低分子量酚醛樹脂浸漬強化毛白楊木材干燥過程中，高含水率

8、階段時木材尺寸增大，此階段是浸漬物質進一步充脹木材細胞壁的過程；在低含水率干燥階段，浸漬材的體積干縮率較對照材減小了6.15%，浸漬后可提高木材出材率。依試驗數據推算出不同預干燥-再干燥工藝組合的浸漬材中酚醛樹脂浸入到細胞壁中的比例顯示，氣干-高溫干燥工藝組合酚醛樹脂浸入細胞壁的比例最高，達到52.12%。
　　(5)浸漬對木材性質的影響機理對浸漬處理材微觀構造觀察發(fā)現，導管中固化的酚醛樹脂呈柱狀、環(huán)管狀及顆粒狀，導管中紋孔口多堵

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)則片狀覆蓋在細胞腔內表面；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)現酚醛樹脂完全填充的導管，進一步證實了細胞壁中浸入比例較高。酚醛樹脂對導管等處紋孔的堵塞、對木纖維細胞腔內表面的覆蓋及對細胞壁充脹造成木材的大毛細管系統(tǒng)和微毛細管系統(tǒng)滲透性的降低，是造成浸漬材干燥過程中的水分擴散及干燥速率的降低，以及浸漬后木材物理力學性質變化的主要