压缩处理对青杨木材构造与酚醛树脂浸注性能的影响

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sfish001
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压缩浸注处理因为浸注效率高、能显著提高木材的浸注性并且易用工业化生产越来越受到人们的重视。然而,压缩处理过程中木材细胞变化过程还不是很清楚,孔隙变化对浸注、特别是对分子量较大、黏度较大的树脂的浸注影响的研究也不够系统。因此,本文以人工林青杨(Populus cathayana)为研究对象,利用万能力学试验机,在10%~60%压缩率范围对青杨进行压缩、回弹处理,借助微密度仪和扫描电镜,研究了青杨在压缩过程和对应的回弹过程中其细胞形态的变化规律;利用差示式量热扫描仪和压汞法对压缩过程中其内部孔隙结构进行了系统分析;以水溶性低分子量酚醛树脂为浸注液,在不同压缩率下,对不同浸注阶段、不同浸注时间下的树脂浸注量和相应的浸注贡献率按照青杨试材重量变化进行研究,探索青杨压缩率和增重率之间的关系;通过超景深三维显微镜观测和傅里叶红外光谱以及ATR红外成像对压缩浸注后树脂在青杨中的分布及官能团变化进行分析,为后续压缩处理对青杨低分子量酚醛树脂的浸注过程提供科学指导。本论文的主要结论如下:1.压缩变形首先出现在微密度最低的区域,然后向微密度较高的区域扩展,压缩就是这种过程的累计。当压缩率小于40%时,导管被大量压缩,木纤维次之,木射线发生弯曲变形,压缩率为40%木材呈现出微密度整体提高,完成第一阶段的压缩;当压缩率大于40%时,主要是木纤维被压缩,木射线扭曲变形,部分木射线完全折断,完成第二阶段压缩。回弹变形首先表现为压缩区域的整体同时回弹,当回弹至压缩率40%以下时,表现为局部回弹,直至回弹结束。木材压缩力完全释放后,其微密度几乎回到压缩前的状态。2.扫描电镜法的测试结果表明,青杨的表面孔隙率随着压缩率升高而下降。热孔计法的测试结果表明,压缩处理能有效增大青杨的累积孔体积,尤其是在1 nm~20 nm和200nm~400 nm孔径范围内的孔隙显著增加。压汞法测试结果表明,青杨内部孔径在500 nm以上的介孔和大孔的微分孔体积随着压缩率增大而减小,在压缩过程中会产生新的孔隙。3.青杨在10%~60%压缩率范围内,随着压缩率增大,酚醛树脂的浸注量从0.016 g/cm3增加至0.487 g/cm3,卸压过程的浸注贡献率由32.43%增加至66.65%。同时在试验的所有压缩率下,酚醛树脂的浸注量均在30 min内达到总浸注量的60%。工业浸注处理时,为了提高浸注量和浸注效率,因尽量选取较高的压缩率,并注重卸压过程的浸注效果。青杨浸注材的增重率与压缩率呈正比例线性关系。在压缩率不超过60%时,压缩率每升高1%,增重率增大0.38%。酚醛树脂溶液浸注青杨时,其分子不但能浸注到细胞腔内,也能浸注到细胞壁中,并且与细胞壁成分产生化学交联。
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