杨木和辐射松树脂增强改性材机械加工性能研究

为考察杨木和辐射松树脂浸渍材的机械加工性能,参照LY/T 2054—2012《锯材机械加工性能评价方法》,分别对杨木和辐射松的素材与树脂浸渍材及其经过真空热处理的树脂浸渍材的刨削、铣削、钻削、开榫和车削5种机械加工性能进行测试评价。结果表明:1)本试验范围内,在综合评分满分40分情况下,杨木素材、树脂浸渍材和真空热处理树脂浸渍材的总评分分别为20分、30分和25分;辐射松素材、树脂浸渍材和真空热处理树脂浸渍材的总评分分别为24分、33分和29分;树脂浸渍材机械加工综合性能最佳,热处理树脂浸渍材次之;2)杨木和辐射松的树脂浸渍材及其真空热处理树脂浸渍材的刨削、铣削性能均为优秀,车削性能均为良好;杨木和辐射松的树脂浸渍材及辐射松真空热处理树脂材开榫性能良好;钻削性能仅辐射松树脂浸渍材达到优秀;3)辐射松素材与改性处理材的机械加工性能均优于杨木,综合比较,辐射松树脂浸渍材具有较佳的机械加工性能。

进口辐射松木材可处理性能及防腐性能测评

对进口辐射松木材的天然耐腐性能及其热处理材、防腐处理材的防腐性能进行综合评价,结果表明:进口辐射松木材天然耐腐等级为Ⅲ级(稍耐腐),热处理可使耐腐等级提高到Ⅰ级(强耐腐);其心、边材渗透性差异大,边材短时间真空处理即可,而心材则需先真空处理再常压浸泡,载药量可达到1.17kg/m^3。使用CuAz-5处理边材,在载药量为0.97kg/m^3时,室内测试的质量损失率低于5.7%;载药量为1.4kg/m^3时,8年野外埋地测试材质完好。

热处理对进口辐射松木材抗弯性能和尺寸稳定性的影响

对进口辐射松木材分别以4个温度水平和3个时间水平进行热处理。结果显示:随着温度升高,试材抗弯弹性模量呈现波动式变化,200℃时出现最大值;抗弯强度逐渐减小;随时间延长,抗弯性能均缓慢下降。热处理可有效提高试材尺寸稳定性,试材平衡含水率、阻湿率和抗胀率主要受温度影响,受热处理时间的影响较小。

进口辐射松木材主要物理性能径向变异研究

为了提高进口辐射松木材加工利用效率,扩展其使用范围,参照国家标准对新西兰辐射松木材的气干密度、干缩性、湿胀性径向变异进行了研究。结果表明:辐射松木材近树皮、中部和近髓心的气干密度分别为0.502,0.480和0.452 g/cm^3,自树皮至髓心气干密度呈现出逐渐减小的趋势,并且在0.05水平达到了显著差异,平均气干密度为0.478 g/cm^3,属于低密度木材;辐射松木材在气干状态下,其径向、弦向及体积干缩率自近树皮至近髓心呈现出逐渐减小的趋势,并且弦向和径向干缩率在0.05水平上达到了显著差异,体积干缩率在0.01水平上达到了极显著差异;辐射松木材在全干至气干状态下,其径向、弦向及体积湿胀率自近树皮至近髓心呈现出逐渐减小的趋势,并且径向湿胀率在0.05水平达到了显著差异,弦向和体积湿胀率在0.01水平达到了极显著差异。在同一环境条件下,辐射松径向的干缩率和湿胀率均小于弦向。研究结果为进口辐射松木材的加工利用及径向不同部位木材尺寸稳定性能评价提供了重要的数据支撑。

木质素磺酸钠取代苯酚改性辐射松木材

用不同质量的木质素磺酸钠取代酚醛树脂中的苯酚,制得取代苯酚比例分别为5%、33%、50%、75%和100%的改性酚醛树脂。通过减压浸渍法用未改性酚醛树脂和改性酚醛树脂改性辐射松木材,并对其形貌和热性质进行对比研究。红外表征指出,木质素磺酸钠取代苯酚制得的改性酚醛树脂的特征峰与未改性酚醛树脂相同,表明改性酚醛树脂的合成获得成功。改性木材质量增加率的分析结果表明:木质素磺酸钠取代比例为75%时,木材质量增加率最大。扫描电镜的形貌结果,也证实了改性酚醛树脂已浸入到木材当中。热分析表明,5%和75%木质素磺酸钠取代的改性酚醛树脂的渗入,促进了辐射松木材炭化反应的发生,大幅提高了辐射松木材的剩炭率。

硅酸钠/硼酸处理增强杨木和辐射松阻燃性能

先后采用质量分数为10%的硅酸钠(SS)水溶液和5%的硼酸(BA)水溶液,在真空加压辅助条件下通过两步法分别对人工速生林杨木和辐射松进行浸渍处理,制备阻燃杨木和阻燃辐射松木材(SS/BA处理)。未处理素材、10%SS处理材和5%BA处理材作为SS/BA处理材的对比试样。扫描电子显微镜分析显示,SS、BA或者SS/BA在木材中分别以纳米颗粒、微米薄片和微米块状体的形式分布于细胞腔等大孔隙中;SS/BA在细胞腔内的微米块状体表明SS与BA发生反应生成块状凝胶,阻塞了木材细胞腔通道。经SS或者SS/BA处理的杨木出现了一定程度的细胞皱缩现象,表明木材细胞壁组分如木质素和半纤维素经碱性的改性液处理后出现化学降解或物理溶出。X射线能谱分析显示,在细胞壁中存在大量的硅和硼元素,证明改性剂分子能够扩散进细胞壁内部。傅里叶红外变换光谱结果显示,SS与BA二者能够在木材细胞中反应生成凝胶,但缺乏与木材形成化学键的充分证据;经SS或SS/BA处理的木材,其位于1730 cm^(-1)处的羰基特征峰消失,进一步说明了半纤维素等组分的降解和溶出。热重分析表明,SS/BA两步处理的木材最大热降解速率降低,残炭率提高,表明二者协同催化低温成炭,保护木材表面;通过锥形量热仪对木材燃烧性能分析,与对照组相比,经SS/BA两步处理后的杨木和辐射松的点燃时间分别由35和36 s延长至55和53 s,放热速率分别降低了59.9%和51.5%,总热释放量分别降低了56.9%和51.4%,烟生成速率分别降低了83.1%和91.8%,总产烟量分别降低了90.9%和84.2%。上述结果表明,SS物理隔绝作用和BA催化木材成炭作用能够协同增强木材的阻燃性能。

基于近红外光谱技术预测两种进口材气干密度

为了建立进口材气干密度近红外光谱校正模型,实现对进口材气干密度的快速预测,以进口阔叶材桃花心木和针叶材辐射松两种木材为研究对象,测定其气干密度真值结合近红外光谱技术,采用偏最小二乘法(PLS)在全波段(350~2500 nm)建立两个材种的气干密度相应的校正模型,并采用外部验证,最终建立两种木材的气干密度的预测模型。结果表明:桃花心木木材的气干密度范围为0.433~0.840 g·cm^-3,辐射松的为0.260~0.600 g·cm^-3;不同方法建立的桃花心木木材气干密度近红外光谱校正模型相关参数均好于辐射松的;校正模型的外部验证表明,桃花心木木材气干密度预测模型精度较高,相关系数达到0.90,而辐射松木材气干密度预测模型相关系数为0.75。总之,进口阔叶材桃花心木木材的平均气干密度比针叶材辐射松的大。相较于针叶材辐射松,建立的阔叶材桃花心木木材气干密度预测模型更能较精准的预测其密度真值。

新西兰辐射松高温热处理颜色变化研究

采用不同热处理温度和时间对新西兰辐射松蓝变材和未蓝变材进行高温热处理,分析热处理温度、时间对试材颜色的影响,结果表明:随着处理温度的升高和处理时间的增长,试材的明度(L~*)逐渐降低,红绿色品指数(a~*)逐渐增大,黄蓝色品指数(b~*)逐渐减小(蓝变材b~*逐渐增大),总体综合色差(△E)增大。蓝变材和未蓝变材的颜色差异逐渐变小,为使蓝变色斑达到肉眼不容易识别的程度,最低的热处理条件为190℃,3h。多元回归分析和方差分析表明,在α=0.05水平上,热处理温度(x_1)和时间(x_2)两因素及其共同作用对L~*、a~*、b~*、△E的变化影响极为显著,其中温度对各颜色指标的影响比时间的影响更显著一些。

预蒸处理对辐射松脱脂效果及干燥质量的影响

采用预蒸与常规干燥结合的方式对辐射松(Pinus radiata)锯材进行脱脂和干燥处理,分析预蒸处理对辐射松边材和心材含水率、脱脂率和干燥质量的影响。结果表明:预蒸处理可以缩短心材的干燥时间,对边材的影响不大。由于边材含脂率低、渗透性好,预蒸处理对边材的脱脂率影响不大,预蒸与常规干燥结合以及常规干燥两种工艺处理边材的脱脂率均在60%左右;对于心材,预蒸处理促进松脂迁移,预蒸组的脱脂率大于对照组,但心材初含水率低、渗透性差,导致心材脱脂率低于边材。预蒸组和对照组工艺处理的试材均表现出良好的抗松脂渗出效果,预蒸组表观质量更好。预蒸处理对辐射松边材和心材的干燥质量基本无影响,但需注意防范心材螺旋纹理造成的木材干燥过程中扭曲变形缺陷的发生。

热处理辐射松吸湿解吸等温线的测定与分析

为了筛选出适合新西兰辐射松的等温吸湿解吸模型,以新西兰辐射松板材为研究对象,经热处理温度为160,170,180,190,200和210℃,处理时间为2.0 h的热处理后,通过动态水分吸附仪研究热处理材的平衡含水率与热处理温度的关系,同时选用PEK模型及6种吸湿解吸等温线模型对平衡含水率数据进行非线性拟合并对其拟合效果进行评价,以确定最佳拟合模型及其参数。结果表明:在相同湿度条件下,热处理材平衡含水率最高为15.102%,低于对照材16.323%,相同处理温度的木材在相同湿度下,吸湿平衡含水率小于解吸平衡含水率;不同处理温度的木材吸湿解吸平衡含水率随热处理温度的升高而逐渐降低。PEK模型可以预测木材在吸湿和解吸过程中的含水率,其拟合度R^2在0.99以上。在6种吸湿解吸等温线模型中,GAB模型为最优拟合模型,可以预测不同环境湿度下木材的平衡含水率,其拟合度R^2在0.99以上。