沙柳木束形态对重组木力学性能的影响研究

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近年我国木材处于供不应求的现状,如何加快利用速生林及木材加工剩余物来制备人造板,以满足人们对木材日益增长的需求愈来愈受到人们重视。重组木作为人造板的一种,保留了纤维原本的排列方向,产品性能优于其他户外木质材料。此外,重组木基本可以替代硬质木材,应用覆盖范围广。《林草产业发展规划(2021-2025年)》也提到“加快发展高性能木质重组材的发展”,如今,如何对重组木的制备工艺进行改进,使之借助其优秀的力学性能以应用于各种使用场景,成为了重要课题。重组木制备工艺与其他类型人造板制备最大的区别在于木束的获取——疏解工艺。重组木的原料大多为小径级速生材,但小径级速生材的疏解存在的疏解不均难题一直未能得到彻底地解决,而木束制备的均匀程度对重组木的性能有着重要的影响,因此原材料的木束单元形态对重组木的性能影响也有着重要意义。本文以沙柳为原材料,控制沙柳径级、疏解次数为变量,对其进行疏解获取木束。通过木束的形态建立沙柳的质量评价体系,同时根据重组木力学模型对重组木疏解机提出改进方案;对沙柳木束进行分级,用不同粗细的沙柳木束热压制备重组木,探究木束形态与重组木的性能影响规律,为今后我国重组木工业化生产进一步发展提供借鉴与参考。主要结果如下:(1)以同一生长环境中不同径级沙柳分布密度、沙柳疏解形态、沙柳疏解的质量损失率为评价指标,对沙柳的形态质量进行评价。试验发现:10-15mm的沙柳分布最广,经过疏解机疏解获取的形态均匀性最好,疏解前后的质量损失率较少,作为沙柳重组木制备的原材料优先等级最高;(2)木束的传统疏解设备运用“搓”与“揉”并进的方法来疏解小径级与速生材,但效果并不理想。基于此,本文拟建立“搓”、“揉”、“撕”的三维力学模型,让压辊横向错位移动产生速度差,使刚砍伐下来的沙柳,在保持高含水率、易去皮、易撕裂的状态下让沙柳木束更易分离;(3)以密度、热压时间、热压压力、热压温度为变量设计正交试验,探究出沙柳重组木制备的较佳热压工艺为:成板密度1.0g/cm~3,热压压力4.5MPa,热压温度170℃,热压时间20min;(4)用已总结的较佳热压工艺制备重组木,探究沙柳木束的形态对重组木性能的影响:5-7mm的木束制备的重组木的各项物理力学性能最优,3-5mm的木束其次,7-9mm木束制备的沙柳重组木性能最低。(5)用宽度5-7mm的沙柳木束制备重组木,其阻燃研究结果显示,重组木的阻燃性优良,可以普遍应用于各种场景。
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