浸渍压缩单板增强杨木单板层积材的研究

论文摘要

我国速丰生产林规模发展迅速,人工林面积居世界首位,林木的蓄积量大于消耗量,森林采伐也逐步向人工林转移。杨树是速生产林的重要品种,但杨木存在结构疏松、密度小、材质软、强度低等缺点,极大的限制了杨木产品应用范围。本文以杨木单板层积材(LVL)为出发点,研究了增强杨木单板的制备工艺及其对杨木LVL性能的增强效果；并探讨了其他增强材料对杨木LVL性能的增强规律；通过板坯芯层温度的测量,分析增强材料对热压过程中热量、温度传递的影响。1常温常压浸渍条件下,杨木单板浸渍酚醛树脂(PF)的最佳工艺：浸渍时间30min,树脂固含量为30%；低温干燥参数以干燥温度40℃,干燥时间30min为宜。2单板顺纹抗拉强度在热压压力≥3MPa,增长幅度减缓,压缩率大,单板厚度损失率较大；热压压力≥4MPa时,由于单板被压溃,单板顺纹抗拉强度反而下降。增强材料最佳制备工艺为热压压力3MPa,热压温度150℃,热压时间为5min,由此工艺参数制备的浸渍压缩单板要比素材顺纹抗拉强度增加75.5%。3砂光处理能明显增加浸渍压缩单板表面的总自由能。砂光处理前后,色散作用力γd有不同程度的下降,非极性表面自由能下降；而非色散作用力γn则有不同程度的增加,极性表面自由能上升。4杨木LVL的密度与其组成单元的密度大小呈正相关,剖面密度分布的极大值多出现在表层,单元密度等级越高,极大值越大。密度等级高的杨木LVL力学性能好,在抗弯测试中,多呈现开裂破坏,破坏面积大,破坏深度浅。组坯方式对杨木LVL增强效果影响较大。在表层放置强度较高的浸渍压缩单板,能有效改善杨木LVL力学性能。增强材料体积单元的增多由于引入了过多的不同界面,在三点弯曲测试中,容易造成胶层破坏,不能获得预期的增强效果。5采用单向玻璃纤维增强杨木LVL增强效果要优于玻璃纤维方格布增强效果,且由于单向玻璃纤维布克重小,在相同的增强效果下,板材密度低；薄竹帘由于竹帘之间间隙小,板材缺陷小,对杨木LVL静曲强度增强效果要优于厚竹帘的增强方式,且板材密度较低,但水平剪切强度较厚竹帘增强方式略低。6浸渍压缩单板经过压缩密实,细胞腔、细胞间隙之间的空气减少,木材的导热系数变大,使得板坯芯层温度达到100℃的时间较短；玻璃纤维的导热系数较低,导致热压后期芯层温度基本在120℃左右,胶液固化不充分,导致芯层胶合强度不高,容易发生浸渍剥离现象。竹帘对板坯芯层温度传递影响不大。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 木材资源及其利用现状
• 1.1.2 单板层积材（LVL）的主要特点及其发展利用现状
• 1.1.2.1 单板层积材的主要优点
• 1.1.2.2 单板层积材的主要缺点
• 1.1.2.3 单板层积材发展利用现状
• 1.2 单板层积材的研究现状及进展
• 1.2.1 单板层积材用树种
• 1.2.2 单板形态对单板层积材物理力学性能的影响
• 1.2.3 单板层积材热压工艺研究
• 1.2.4 树脂浸渍压缩单板增强单板层积材的研究
• 1.2.5 竹材增强单板层积材的研究
• 1.2.6 玻璃纤维增强单板层积材的研究
• 1.3 论文研究意义、目的、主要内容及创新点
• 1.3.1 论文研究的意义
• 1.3.2 论文研究的目的及主要内容
• 1.3.3 论文研究的创新点
• 2 浸渍压缩单板的制备工艺研究
• 2.1 试验材料及设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 杨木单板的浸渍
• 2.2.2 浸渍单板的高温塑化
• 2.2.3 考察指标
• 2.3 试验内容
• 2.3.1 单板挑选及预处理
• 2.3.2 浸渍工艺
• 2.3.3 浸渍单板的高温塑化
• 2.4 试验结果及分析
• 2.4.1 树脂进入单板内部的主要方式
• 2.4.2 树脂固含量对浸渍量的影响
• 2.4.3 浸渍时间对浸渍量的影响
• 2.4.4 干燥温度、干燥时间对挥发份的影响
• 2.4.5 浸渍单板高温塑化工艺
• 2.4.5.1 正交试验结果分析
• 2.4.5.2 热压压力单因素试验结果
• 2.5 浸渍压缩单板界面特性
• 2.5.1 试验方法
• 2.5.1.1 固体表面自由能的计算
• 2.5.1.2 接触角测试
• 2.5.1.3 胶合强度测试
• 2.5.2 结果及分析
• 2.5.2.1 固体表面自由能
• 2.5.2.2 胶合强度试验结果
• 2.6 本章小结
• 3 浸渍（压缩）单板增强杨木LVL的研究
• 3.1 试验材料及设备
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 杨木单板的挑选及处理
• 3.2.2 杨木单板层积材组坯
• 3.2.3 热压工艺
• 3.2.4 物理力学性能测试
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 单板密度对杨木单板层积材性能的影响
• 3.3.1.1 单板密度对杨木LVL密度的影响
• 3.3.1.2 单板密度对杨木LVL力学性能的影响
• 3.3.2 组坯方式对杨木单板层积材性能的影响
• 3.3.2.1 组坯方式对杨木LVL剖面密度的影响
• 3.3.2.2 组坯方式对杨木LVL力学性能的影响
• 3.3.2.3 浸渍剥离
• 3.4 本章小结
• 4 玻璃纤维和竹帘增强杨木LVL的研究
• 4.1 试验材料及设备
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 增强材料的制作
• 4.2.2 增强材料的PF树脂浸渍
• 4.2.3 单板层积材的热压
• 4.2.3.1 组坯方式
• 4.2.3.2 热压工艺
• 4.2.4 考察指标以及性能测试
• 4.2.4.1 浸渍量
• 4.2.4.2 物理力学性能
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 浸渍时间对浸渍量的影响
• 4.3.2 物理力学性能测试
• 4.3.2.1 组坯方式、增强材料对杨木LVL密度的影响
• 4.3.2.2 组坯方式、增强材料对杨木LVL剖面密度的影响
• 4.3.2.3 组坯方式、增强材料对杨木LVL力学性能的影响
• 4.3.2.4 浸渍剥离试验结果
• 4.4 不同增强材料对杨木LVL增强效果的比较
• 4.5 本章小结
• 5 增强材料对热压过程中热量传递的影响
• 5.1 试验材料及设备
• 5.2 试验方法
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 浸渍压缩单板对杨木LVL热压过程中芯层传热影响
• 5.3.2 玻璃纤维对杨木LVL热压过程中芯层传热影响
• 5.3.3 竹帘对杨木LVL热压过程中芯层传热影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract