【摘 要】
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杉木（Cunnighamia lanceolata）作为我国南方重要速生林树种之一,具有生长速度快、防虫、轻质及木材芳香等优点,成为工业界及学者们的关注对象,但因结构疏松,力学性能、尺寸稳定性差、易燃烧等缺点,使其在家具、室内装饰及建筑等高附加值领域的应用受到限制。因此,本文以杉木为基材,硅酸钠为改性剂,氟硅酸钠为固化剂,通过“负压-正压”交替作用于木材,实现了人工林杉木的均匀浸渍,提高了杉木的耐
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于仿生物矿化的木材细胞壁二氧化硅有机-无机杂化结构形成及调控机制研究”（31770606）； 湖湘青年英才计划（2019RS2040）； 湖南省生态功能型装饰材料工程技术研究中心（2018TP2049）；
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杉木（Cunnighamia lanceolata）作为我国南方重要速生林树种之一,具有生长速度快、防虫、轻质及木材芳香等优点,成为工业界及学者们的关注对象,但因结构疏松,力学性能、尺寸稳定性差、易燃烧等缺点,使其在家具、室内装饰及建筑等高附加值领域的应用受到限制。因此,本文以杉木为基材,硅酸钠为改性剂,氟硅酸钠为固化剂,通过“负压-正压”交替作用于木材,实现了人工林杉木的均匀浸渍,提高了杉木的耐水性和物理力学强度,并赋予杉木阻燃性能;最后以直角榫为研究对象,研究了硅酸钠浸渍改性对其接合强度的影响。本研究结果对于促进杉木的改性技术发展及应用具有重要意义,论文的主要结论如下:（1）探讨了硅酸钠模数、浓度和浸渍时间对杉木浸渍效果的影响规律,获得了硅酸钠浸渍杉木的较佳工艺。单因素试验表明,随着硅酸钠模数增加,杉木的各项物理力学参数随之提高,硅酸钠模数为3.4M,改性材抗压强度是素材的2.10倍;随着硅酸钠浓度的增加,杉木的力学强度均呈现先增加后降低的趋势,当硅酸钠浓度为20%时,改性材的力学强度最高;浸渍时间的不同对杉木增重率的影响差异较小,总体趋势上呈现先增加后降低最终趋于平缓。正交试验分析表明,在硅酸钠模数为3.4M,浓度为30%,浸渍时间为1h（负压20min,正压40min）的条件下,硅酸钠改性材的综合性能最佳。（2）探明了硅酸钠的固化工艺参数,揭示了硅酸钠浸渍改性杉木的固化机理。单因素试验表明,固化剂浓度为1.8%时,杉木的综合性能最好;此时,与未加入固化剂组相比,改性材的药剂流失率降低了 25.97%,增重率、抗弯强度和抗压强度分别提高了 30%、37.1%和10.6%;通过SEM和FT-IR分析发现,改性剂在木材中连续的填充,对木材抗压强度的提升效果更好;改性后杉木形成了新的Si-O-Si键,说明硅酸钠以物理填充和化学键的形式作用于木材;XRD、TGA和CONE表明,杉木的结晶度提高,热分解速率降低,阻燃抑烟性能增强。（3）通过对杉木改性前后的弹性常数及直角榫接合强度实测和有限元结果对比分析,结果表明:杉木经过改性后,各向异性度减小,材质变得相对均匀;同时,改性材直角榫的抗弯承载能力与抗拔承载能力均提高,且实测结果与有限元分析结果基本吻合。
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