過熱蒸汽處理柞木性質(zhì)變化規(guī)律及機(jī)理研究.pdf

1、高溫?zé)崽幚韮?yōu)點(diǎn)是提高木材尺寸穩(wěn)定性和耐久性能，但是也會導(dǎo)致木材力學(xué)強(qiáng)度降低、重量減輕以及木材顏色變化等。如何平衡熱處理木材尺寸穩(wěn)定性的提高與力學(xué)強(qiáng)度下降、重量損失以及顏色變化的關(guān)系;根據(jù)熱處理材木制品（如地?zé)岬匕逵脽崽幚聿模┳罱K要求來選擇和優(yōu)化熱處理工藝，是木材高溫?zé)崽幚硌芯亢图庸て髽I(yè)急需解決的問題。因此，掌握熱處理材性質(zhì)變化規(guī)律與性質(zhì)間相互關(guān)系，應(yīng)用多種分析手段揭示熱處理材尺寸穩(wěn)定性與力學(xué)強(qiáng)度變化機(jī)理，對高溫?zé)崽幚砑庸すに嚭屯苿幽静臒?/p>

2、處理生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)步，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。
　　 本文以柞木（Quercus mongolica）木材為研究對象，傳熱介質(zhì)為過熱水蒸汽，考察了熱處理溫度、時(shí)間、氧氣濃度和窯內(nèi)壓力4個(gè)因子對熱處理材性質(zhì)影響規(guī)律以及室內(nèi)抗白蟻性能，應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)中非線性回歸模型優(yōu)化熱處理材用于地?zé)岬匕宓母邷責(zé)崽幚砉に?，并結(jié)合利用掃描電鏡、氣相色譜、X-射線衍射儀與納米壓痕等技術(shù)手段揭示熱處理材尺寸穩(wěn)定性與力學(xué)強(qiáng)度變化機(jī)理。
　　 本文主要

3、結(jié)論如下:
　　 1)建立了熱處理溫度、氧氣濃度和熱處理窯內(nèi)過熱水蒸汽壓力等3個(gè)因子與熱處理材抗彎彈性模量(MOE)、抗彎強(qiáng)度(MOR)、徑向抗膨脹系數(shù)(ASE-R)、寬度方向耐濕尺寸穩(wěn)定性(AHE)、平衡含水率(EMC)和顏色變化（△E*）等6項(xiàng)性質(zhì)的相互關(guān)系。其中:溫度與MOE呈三次多項(xiàng)式關(guān)系，與MOR、ASE-R、AHE、EMC和△E*為線性關(guān)系;氧氣濃度與以上6項(xiàng)性質(zhì)呈二次三項(xiàng)式關(guān)系;窯內(nèi)蒸汽壓力和時(shí)間與上述6項(xiàng)性質(zhì)呈線

4、性關(guān)系。
　　 2)根據(jù)影響因子與熱處理材性質(zhì)的相互關(guān)系，建立了6項(xiàng)熱處理性質(zhì)與4個(gè)因子的非線性回歸函數(shù)，根據(jù)木質(zhì)地?zé)岬匕鍢?biāo)準(zhǔn)要求以及4個(gè)影響因子的界定，通過運(yùn)籌學(xué)中的非線性規(guī)劃求解，獲得優(yōu)化熱處理工藝:在常壓下進(jìn)行熱處理，處理溫度195℃、氧氣濃度8.0％和處理時(shí)間1h，相對應(yīng)求解得到的熱處理材MOE、MOR、ASE-R、AHE、EMC和△E*分別為17.79GPa、80.02MPa、18.19％、0.28％、7％和16.06

5、，與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相近。在滿足標(biāo)準(zhǔn)對AHE和EMC要求外，使處理材MOE和MOR最大，同時(shí)△E*較小。
　　 3)對柞木熱處理而言，當(dāng)溫度小于180℃時(shí)，氧氣濃度不能超過10％，當(dāng)溫度大于220℃，氧氣濃度不能超過8％。
　　 4)與常壓熱處理相比，加壓過熱水蒸汽在熱處理溫度160℃和180℃時(shí)，對進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性有顯著性影響，而在熱處理溫度220℃時(shí)，對進(jìn)一步提高尺寸穩(wěn)定性影響較小;隨著處理窯中壓力的增加，MOE、M

6、OR和硬度逐漸下降。
　　 5)對于熱處理材分層顏色與密度而言，在熱處理溫度160℃(180℃)與2h時(shí)，第1層的△E*與其它4層的差異不顯著;而在熱處理溫度200℃和220℃下，第1層的△E*與其它4層的差異顯著;但其它4層的△E*之間差異不顯著;△E*從第1層（最外層）至第5層（中心層）逐漸降低，然而分層氣干密度剛好相反。熱處理材△E*與EMC、ASE-R呈二次三項(xiàng)式相關(guān)，與MOR呈線性關(guān)系，而與弦面硬度、徑面硬度和MOE不

7、相關(guān)。熱處理材△E*預(yù)測EMC、ASE-R以及MOR較為準(zhǔn)確。
　　 6)在室內(nèi)抗白蟻試驗(yàn)中，熱處理柞木木材被蛀等級為4級，為不耐抗白蟻蛀蝕。
　　 7)熱處理柞木木材尺寸穩(wěn)定性提高的原因:其一，熱處理溫度180℃木材半纖維素降解生成的各種糖類總量最多，可能主要是五碳糖，當(dāng)熱處理溫度繼續(xù)升高，纖維素生成少量的六碳糖類。由于木材降解，降低木材吸濕性。其二，由于纖維素非結(jié)晶區(qū)的降解，使處理材相對結(jié)晶度增加;加壓熱處理在密閉環(huán)

8、境下，熱處理過程中木材產(chǎn)生甲酸、乙酸和糖類等物質(zhì)，使熱處理環(huán)境為酸性，處理材的相對結(jié)晶度進(jìn)一步提高。由于相對結(jié)晶度的提高，降低木材吸濕性。
　　 8)熱處理柞木木材力學(xué)強(qiáng)度變化的原因:其一，晚材導(dǎo)管等細(xì)胞由圓形或方形經(jīng)高溫?zé)崽幚砗笞優(yōu)闄E圓形;同時(shí)熱處理材相對結(jié)晶度的增加，使得熱處理溫度200℃和2h的熱處理材MOE較對照材的有所增加。其二，當(dāng)增加熱處理溫度、時(shí)間延長或窯體蒸汽壓力，處理后早材導(dǎo)管附近崩塌嚴(yán)重，甚至開裂，以及木材化