高温热处理木材动态粘弹性研究

论文摘要

为了深入了解高温热处理木材在动态交变载荷作用下的力学性能及松弛转变,探讨材性、含水率、热处理工艺、温度等对木材动态粘弹性的影响规律和木材高温热处理机理,为高温热处理木材的深加工及设计应用提供理论参考,本文主要采用未处理马尾松、190℃热处理马尾松和210℃热处理马尾松作为试材,利用动态热机械分析仪研究了气干密度和抗弯弹性模量与动态粘弹性的相关性,测试了不同含水率试样的动态力学性能,比较了不同工艺下木材动态力学性能的差异,在不同频率下进行温度谱扫描,并运用X射线衍射仪、傅立叶红外光谱仪、TG/DSC综合热分析仪等辅助设备,研究了木材高温热处理机理。研究结果表明:(1)未处理材、190℃热处理材和210℃热处理材的储能模量(E’)、损耗模量(E")均与气干密度、抗弯弹性模量存在显著的正相关关系,而损耗因子(tanδ)无明显相关性。(2)随着含水率的增大,三种试材的E’总体呈减小趋势,E"和tanδ均呈增大趋势,但三种试材变化幅度有差异;热处理降低了木材的吸湿性,平衡含水率随热处理强度的增大而减小。(3)在绝干和气干状态下,与未处理材相比,热处理材E’均增大,E"和tanδ均减小,且随热处理强度的增大,E’增幅越大,E"和tanδ降低越多;热处理本身使木材动态粘弹性发生变化,不同工艺间含水率差异也是造成木材性能差异的原因。(4)E’随着温度的升高而逐渐减小,未处理材对温度的敏感性更大;未处理材E"温度谱和tanδ温度谱均出现两个松弛峰,热处理使木材支化程度下降导致热处理材只有一个α松弛峰;随热处理强度的增大,α松弛峰向高温方向移动;随频率的增大,E’增大,E"和tanδ减小。(5)木材化学、物理结构的改变是造成动态粘弹性变化的原因。190℃和210℃热处理材结晶度大于未处理材,热处理后羟基和羰基数目减少,吸湿性降低,220℃以下,降解速度缓慢,在220℃以上木材发生明显的降解,构成木材E’下降的重要因素,热处理不宜超过220℃。在271℃附近,马尾松发生玻璃化转变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 木质资源材料动态粘弹性的研究现状
• 1.2.1 研究对象
• 1.2.2 研究方法
• 1.2.3 影响因素
• 1.2.4 应用研究
• 1.3 高温热处理木材的研究动态
• 1.4 研究内容、方法及技术路线
• 1.5 研究特色与创新点
• 2 高温热处理木材动态粘弹性的试验基础
• 2.1 木材高温热处理方法及试验材料选择依据
• 2.1.1 木材高温热处理方法
• 2.1.2 试验材料选择依据
• 2.2 木材动态粘弹性测试基本原理
• 2.3 木材动态粘弹性测试方法
• 2.3.1 动态热机械分析仪基本参数（Q800）
• 2.3.2 夹具类型（或形变模式）的选择
• 2.3.3 试样制备要求
• 2.3.4 实验操作模式的选择及应变的确定
• 2.3.5 扫描方法
• 3 抗弯弹性模量与木材动态粘弹性相关性研究
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验设备
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 试材的锯解方法
• 3.3.2 高温热处理材的制备方法
• 3.3.3 抗弯弹性模量试样制备与测试方法
• 3.3.4 动态粘弹性试样制备与测试方法
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 未处理材抗弯弹性模量和动态粘弹性相关性
• 3.4.2 190℃处理材抗弯弹性模量和动态粘弹性相关性
• 3.4.3 210℃处理材抗弯弹性模量和动态粘弹性相关性
• 3.5 小结
• 4 气干密度与木材动态粘弹性相关性研究
• 4.1 试验材料
• 4.2 试验设备
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 动态粘弹性试样制备与测试
• 4.3.2 试样制备与测试方法
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 未处理材气干密度与动态粘弹性相关性研究
• 4.4.2 190℃处理材气干密度与动态粘弹性相关性研究
• 4.4.3 210℃处理材气干密度与动态粘弹性相关性研究
• 4.5 小结
• 5 含水率对木材动态粘弹性的影响
• 5.1 试验材料
• 5.2 试验设备
• 5.3 试验方法
• 5.3.1 试样的锯解
• 5.3.2 试样的选择
• 5.3.3 绝干试样制备
• 5.3.4 平衡含水率调整
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 马尾松木材在不同相对湿度下的平衡含水率
• 5.4.2 含水率对木材储能模量的影响
• 5.4.3 含水率对木材损耗因子的影响
• 5.4.4 含水率对木材损耗模量的影响
• 5.5 小结
• 6 热处理工艺对木材动态粘弹性的影响研究
• 6.1 试验材料
• 6.2 试验设备
• 6.3 试验方法
• 6.3.1 试样的锯解
• 6.3.2 未处理试样的干燥
• 6.3.3 高温热处理试样的制备及测试
• 6.3.4 热处理工艺对动态力学性能的影响效果评价方法
• 6.4 结果与分析
• 6.4.1 热处理前后绝干材动态粘弹性能对比
• 6.4.2 热处理前后气干材动态粘弹性能对比
• 6.5 小结
• 7 温度对木材动态粘弹性的影响研究
• 7.1 试验材料
• 7.2 试验设备
• 7.3 试验方法
• 7.3.1 试样的锯解
• 7.3.2 试样的选择
• 7.3.3 绝干试样制备
• 7.4 结果与分析
• 7.4.1 温度对木材储能模量的影响
• 7.4.2 温度对木材损耗因子的影响
• 7.4.3 温度对木材损耗模量的影响
• 7.4.4 单频条件下木材的玻璃化转变温度
• 7.4.5 多频条件下木材动态粘弹性温度谱
• 7.5 小结
• 8 马尾松木材的高温热处理机理分析
• 8.1 高温热处理木材结晶度研究
• 8.1.1 材料与方法
• 8.1.2 试验设备
• 8.1.3 结果与分析
• 8.1.4 小结
• 8.2 高温热处理马尾松及未处理材红外光谱分析
• 8.2.1 材料与方法
• 8.2.2 试验设备
• 8.2.3 结果与分析
• 8.2.4 小结
• 8.3 马尾松木材热重（TG）—示差扫描量热法（DSC）综合分析
• 8.3.1 材料与方法
• 8.3.2 试验设备
• 8.3.3 结果与分析
• 8.3.4 小结
• 9 结论
• 参考文献
• 个人简介
• 致谢