超高壓處理對楊木物理力學(xué)特性的影響研究.pdf

1、隨著天然林資源消耗，優(yōu)質(zhì)硬木資源短缺，我國工業(yè)用材將逐步從天然林轉(zhuǎn)為人工林。然而速生林存在材質(zhì)松軟，密度低，尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能差等缺陷，限制了其進(jìn)一步開發(fā)利用。因此，探索一種高效綠色環(huán)保的木材改性技術(shù)非常有必要。本文以楊木為突破口，初步探究超高壓密實(shí)強(qiáng)化技術(shù)，并結(jié)合約束作用改進(jìn)其實(shí)驗方案。其次，研究了超高壓處理對楊木水分及形變特性的影響，并對比分析超高壓處理前后楊木剖面密度、力學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的變化。高壓處理條件為50-200 MPa

2、，保壓時間為0（脈沖）、30、60和300s，主要結(jié)論如下:
　　1、經(jīng)150 MPa-30s超高壓處理后，楊木體積明顯收縮，但其在順紋方向上壓縮量極?。珊雎圆挥嫞?。在均勻壓力下，木材各結(jié)構(gòu)的壓縮變形有所不同，其薄弱部位往往先發(fā)生擠壓變形，產(chǎn)生較大的壓縮形變。楊木鋸材經(jīng)高壓密實(shí)強(qiáng)化后會向一側(cè)彎曲變形，而超高壓模壓密實(shí)化處理可以有效規(guī)整其形狀，大幅度提高壓縮木的可利用率（提高了21％）。
　　2、高壓處理后楊木密實(shí)化效果明顯

3、，其處理組壓縮率都超過50％。在同一保壓時間下，楊木壓縮率隨著壓力增大而增大，但壓力超過100MPa后，其對壓縮率的影響減小(P＞0.05);當(dāng)壓力一定時，壓縮率在300s保壓時間下達(dá)到最大值，顯著高于0、30和60s保壓時間處理組。楊木在超高壓處理后會產(chǎn)生延時彈性變形，但其不同處理組之間差異不顯著。
　　3、超高壓處理不改變楊木的吸濕等溫曲線形狀，其對楊木含水率的影響與環(huán)境濕度有關(guān)，在65％及以下濕度范圍內(nèi)，密實(shí)化楊木平衡含水率

4、低于對照組，而濕度超過76％后，兩者之間沒有顯著性差異。不同超高壓處理組的平衡含水率數(shù)值差異較小，而且不同保壓時間和壓力水平之間沒有規(guī)律性變化。
　　4、超高壓處理后楊木濕脹率顯著提高，而且其在高濕環(huán)境下尺寸穩(wěn)定性較差。隨著濕度增加，壓縮木的不可逆回復(fù)率增大，并在95％濕度下達(dá)到最大值。兩輪循環(huán)實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，超高壓強(qiáng)化楊木可能存在兩個濕度閾值，其開始變形回彈和出現(xiàn)快速變形回復(fù)的濕度臨界點(diǎn)分別在33％-54％ RH和85％-95％ RH

5、之間。保壓時間延長會導(dǎo)致壓縮木吸濕回彈的閾值下降，但不影響其快速變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
　　5、超高壓處理有效改善楊木密度及其力學(xué)性能。超高壓密實(shí)化楊木密度差異性小，其在壓縮方向上呈現(xiàn)“n”字型的分布。隨著壓力升高，楊木密度不斷增大，但當(dāng)壓力超過150 MPa后，不同壓力水平之間差異不顯著。而抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強(qiáng)度隨著壓力增大呈先增大后減小的變化趨勢，其在100或150 MPa下達(dá)到最大值。經(jīng)過高壓處理后楊木硬度顯著提高，但

6、不同處理組之間不存在顯著差異。此外，保壓時間為0、30和60s的不同超高壓處理組的密度和抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能數(shù)值上差異較小。
　　6、從微觀結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)，楊木管孔和木纖維細(xì)胞被擠壓成扁平狀，其細(xì)胞壁上有細(xì)小的裂紋產(chǎn)生，而且在200 MPa下部分細(xì)胞壁甚至出現(xiàn)斷裂等缺陷，其細(xì)胞完整性被破壞。與傳統(tǒng)熱壓改性相比，超高壓技術(shù)的力學(xué)潛力指數(shù)較低，但超高壓處理效果與木材初始材質(zhì)密切相關(guān):當(dāng)處理壓力一定時，木材初始密度越大，其細(xì)胞壓縮變形越小，使