高温高压过热蒸汽处理木材的力学特性及化学成分变化

以日长柳杉为试材，经温度80～180℃，相对湿度0～100％的不同条件过热蒸汽处理后的试件，用万能试验机进行横纹压缩试验，探讨不同温度、不同相对湿度条件对木材力学特性的影响；实验同时考察了经不同温度和相对温度处理后的木材化学组分的变化。结果表明：高温高压过热蒸汽处理后，木材的抗压强度没有发生明显变化，其化学成分发生了微小的变化。     

木材过热蒸汽干燥过程中的收缩应力(Ⅰ)--径向收缩应力特征

试验研究了日本柳杉在120—180℃高温高压过热蒸汽条件下，干燥过程中所伴随的收缩应力的发生发展特征，以及温度和相对湿度对径向收缩应力的影响。试验采用夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形，利用应力传感器连续测定饱水试件在高温高压过热蒸汽条件下，从试件达到环境平衡条件开始直到全干状态或明显开裂为止的径向收缩应力。对温度80—180℃，相对湿度0—80％干燥条件下收缩应力的研究结果表明，温度140℃、相对湿度60％以上的条件下，收缩应力得到有效抑制。在温度140℃以上的条件下，即使相对湿度达到100％仍然存在收缩应力，此收缩应力的发生与木材细胞壁组成的结构变化有关。     

高温高压蒸汽干燥过程中木材的收缩应力特征

该研究利用新开发的耐热、耐压应力传感器，采用夹具束缚试件在干燥过程中的收缩变形，考察了高温高压蒸汽条件下，伴随试件干燥过程的收缩应力发生、发展特征及粘弹性特性，旨在为探索减少木材干燥缺陷和内部残留应力的高温快速干燥工艺条件提供理论基础和科学依据.该文着重探讨了100℃以上的高温高压过热蒸汽条件下，试件从饱水到全干状态或明显开裂为止，收缩应力的连续测定方法，并对其径向和弦向收缩应力的发生发展特征进行了初步探讨.研究结果表明，在高温热处理(相对湿度为0)过程中，径向的收缩应力相当大，约为弦向的2倍；而在其他相对湿度条件下，情况却相反，相对湿度60%、80%条件下，弦向的收缩应力反而变得比径向大.试件在180℃的高温高压过热蒸汽干燥过程中，随着相对湿度的增加，收缩应力明显下降，应力得到有效抑制.即使在相对湿度100%的高温条件下干燥，木材仍然存在收缩应力.      

阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征

为了弄清楚阻燃处理木材燃烧残余物的热分解特征,将阻燃处理木材在模拟的典型火灾中燃烧后,取距燃烧表面不同位置的试样,采用热失重法研究了阻燃处理木材燃烧残余物的热分解过程,结果表明:①阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解开始温度没有明显的差别,未处理木材燃烧残余物的热分解开始温度比未燃烧木材高;②阻燃处理木材中阻燃剂的热分解峰值温度为200℃,随着燃烧过程的进行,归属于阻燃剂的峰消失;③阻燃处理木材燃烧残余物热分解温度曲线中,在230℃附近归属于半纤维素的峰消失,在210～240℃出现了一个缓慢的肩;④阻燃处理木材及其燃烧残余物的质量损失速度曲线主峰温度比未处理木材及其燃烧残余物降低100℃,质量损失速度大幅度减少;⑤阻燃处理木材在600℃时的热分解残存质量比未处理木材显著增大,随着燃烧时受热温度的增高,燃烧残余物热分解的残余质量显著增大;⑥阻燃处理木材及其燃烧残余物的热分解温度区间,与未处理木材及其燃烧残余物存在显著差异.      

高温高压蒸汽条件下木材的拉伸应力松弛

为进一步探讨木材在高温高压蒸汽干燥过程中的应力释放机理,该研究以日本柳杉木材为研究对象,利用新开发的耐热、耐压应力传感器和专用夹具,对高温高压蒸汽条件下木材的拉伸应力松弛特性进行了较为详细、全面的系统研究.结果表明:温度条件对木材应力松弛的影响远比应变水平的影响显著,随着温度的增加、木材应力松弛急剧增大,残余应力迅速下降;木材应力的松弛除了受温度的影响外,受环境相对湿度的影响显著.无论木材的径向还是弦向,其拉伸应力松弛过程中的残余应力和木材干燥过程中的最大收缩应力随温度变化的关系十分吻合.该结果充分证明了木材在高温高压过热蒸汽干燥过程中的收缩应力 显著降低,是由于收缩变形而引起的收缩应力在长时间处于拉伸状态下应力释放所致.      

过热蒸汽预处理对枫香木材性能的影响

[目的]明确不同温度过热蒸汽预处理对枫香木材性能的影响,为进一步提高枫香木材性能提供理论依据。[方法]研究不同温度过热蒸汽预处理对枫香色度、尺寸稳定性、防霉效果和耐腐性的影响。[结果]过热蒸汽预处理能够诱发枫香表面色度向红色方向变化,提高其外观品质;提高枫香的尺寸稳定性,减少变形、开裂等缺陷;一定程度上抑制细菌生长,提高枫香的防霉和耐腐性能。其中140℃过热蒸汽预处理效果最佳,对可可球二孢、桔青霉、黑曲霉、绿色木霉具有较好的防治效果,枫香被害值为1,防治效力达60%;耐腐性方面,140℃过热蒸汽预处理枫香的质量损失率达9.05%,比未处理样降低了27.83%,耐腐朽等级达Ⅰ级。[结论]过热蒸汽预处理能够提高枫香木材性能。     

预热处理对改善尾巨桉木材干缩性和材色的研究

为探讨预热处理对尾巨桉木材干缩性和材色的影响,分别在100℃饱和蒸汽和120℃过热蒸汽条件下对尾巨桉木材进行预热处理。对预热处理前后的尾巨桉木材进行干缩率及色度指数的测定,应用扫描电镜对预热处理后尾巨桉木材的微观构造进行分析。结果表明:1）100℃饱和蒸汽可以使尾巨桉的干缩性降低,材色无明显变化;120℃过热蒸汽处理使尾巨桉在干燥过程中出现较多缺陷,如皱缩、内裂等,但可以有效促使桉木颜色向珍贵树种颜色转变。2）经120℃过热蒸汽处理,尾巨桉木材导管中纹孔的内含物被部分排出,细胞被压扁,宏观尺寸发生变形,是导致尾巨桉出现干燥缺陷的主要原因。     

汽蒸预处理白栎木材弯曲蠕变的时温等效特性

【目的】在采用MATLAB 2019a软件对早材导管带特征进行数字化表征的基础上,探究汽蒸预处理和早材导管带对白栎Quercus alba木材弯曲蠕变的时温等效特性影响规律。【方法】采用饱和蒸汽(100℃)及过热蒸汽(110、120℃)对试样进行预处理,利用动态热机械分析仪(DMA-Q800)在不同测试温度(20～80℃)条件下测试试样的弯曲蠕变曲线,最后选用测试温度20℃探究试样弯曲蠕变的时温等效特性,并运用Williams-Landel-Ferry (WLF)方程对水平移动因子与测试温度的关系曲线进行拟合。【结果】(1)试样的瞬时应变和恒定载荷5 MPa保持的45 min应变均随测试温度的升高而增大。然而,试样的瞬时应变和45 min应变均随汽蒸预处理温度的升高而减小。(2)基于时温等效原理,可将不同汽蒸预处理试样45 min的短期蠕变曲线平移得到测试温度20℃下白栎木材的长期蠕变曲线。试样的水平移动因子与测试温度的关系曲线满足WLF方程,回归系数(R2)均大于0.93,用WLF方程可以对蠕变特性的时间与测试温度关系进行有效表达。【结论】汽蒸预处理、测试温度和早材导管带对白栎木材的...     

高温过热蒸汽干燥处理对木地板尺寸稳定性的影响

以日本柳杉（Cryptomeria japonicaD.Don）为试材,经温度为140,160,180℃,相对湿度均为100%的过热蒸汽处理及干燥后制成木地板,对其吸湿解吸特性及化学成分进行分析,考查在潮湿或干燥的自然环境使用中的尺寸稳定性.研究结果表明：经高温过热蒸汽干燥处理后的木地板尺寸稳定性得到了改善.     

3种预处理方法改善杨木渗透性的对比研究

渗透性反映流体通过木材的难易程度,是木材的重要物理特性之一,提高渗透性可以提高木材的干燥速度以及木材改性时流体的浸注效果。作者对杨木板材进行汽蒸、水煮及爆破处理来研究提高杨木板材的渗透性的因素。试验表明,这3种方法均能不同程度地提高杨木板材的渗透性,温度相同,汽蒸、水煮预处理时间越长,渗透性越大;时间相同,预处理温度高的渗透性好于温度低的渗透性。爆破预处理温度相同条件下,压力高的渗透性好于压力低的渗透性;相同爆破压力时,同样也是温度高的渗透性好于温度低的渗透性。     

东北白桦木材干燥的变色规律

基于东北白桦木材在人工干燥过程中易受温度和湿度条件的影响而产生黄变的特点,对东北白桦木材在不同温度、湿度条件下及不同干燥方式作用下的变色的规律进行了研究.结果表明:白桦木材变色受温度、湿度影响比较大.一般情况下,白桦木材的干燥在温度80 ℃、相对湿度70%以下变色相对较小,气蒸干燥更容易导致白桦木材发生变色.就干燥方式而言,微波干燥诱发的变色较小.     

木材过热蒸汽干燥的应用潜力及前景

为了提高木材干燥质量及生产效率,对过热蒸汽在干燥中的应用和理论研究进行了综合评述。将其他行业过热蒸汽干燥的研究成果进行归纳,结合木材干燥的特点,探讨木材过热蒸汽干燥的应用潜力。文中分析了过热蒸汽干燥工艺对被干燥材料的干燥速率、干燥质量、物理力学性能及微观构造的影响;对过热蒸汽干燥过程中的传热传质规律以及建立的过热蒸汽干燥数学模型进行了阐述和分析,为更好地建立和完善木材过热蒸汽干燥数学模型及干燥工艺奠定基础;最后对木材过热蒸汽干燥工艺的制定和研究提出了建议,并对完善过热蒸汽干燥机理研究以及传热传质理论进行了展望。      

过热蒸汽干燥物料温度变化规律的试验研究

进行了过热蒸汽干燥过程物料温度变化规律的试验研究。结果表明 ,常压下无论进口温度如何 ,恒速干燥阶段物料表面的温度均为 1 0 0℃。因此 ,恒速段可使用更高的温度而不增加对物料的热损伤程度 ,而提高介质的温度可明显提高干燥速度。     

压力蒸汽热改性橡胶木的物理力学性能分析

为研究介质压力在木材高温热改性过程中的作用,采用压力蒸汽作为传热介质,于155℃/0.4 MPa,170℃/0.4 MPa,170℃/0.8 MPa处理条件对橡胶木进行热改性,测试热改性材的质量损失率、明度、抗弯强度、抗弯弹性模量等指标,探讨不同处理压力和温度改性橡胶木的物理力学性能变化。结果表明,在压强0.4 MPa条件下,155℃和170℃处理的试材,其各项性能可以达到或接近常压条件下更高温度热改性材的性能。介质压强由0.4 MPa增加至0.8 MPa,炭化橡胶木的质量损失率、颜色变化、抗弯强度损失均增大,说明压强越大,热改性程度越剧烈。介质压强对试材的热改性程度有显著影响,提高蒸汽压力可以在较低温度下加快橡胶木的炭化过程,实现木材的高效热改性处理。     

过热蒸汽干燥对50 mm 厚柳杉锯材质量及微观构造的影响1）

对50 mm厚柳杉锯材进行过热蒸汽干燥试验,对干燥后锯材的终含水率、残余干燥应力及干燥缺陷等干燥质量指标进行统计与分析,并使用扫描电镜进行观察,分析过热蒸汽干燥对木材微观构造的影响。结果表明,柳杉锯材过热蒸汽干燥后的终含水率、厚度含水率偏差、残余干燥应力以及顺弯翘曲率、横弯翘曲率和扭曲率等均能达到锯材干燥质量国家标准规定的一级指标要求,翘曲达到干燥质量二级指标要求;柳杉锯材过热蒸汽干燥质量为二级的合格率为90．32％。通过观察干燥后柳杉木材的微观构造,发现大量纹孔破裂、纹孔膜脱落,导致木材内孔隙增加,表明过热蒸汽干燥会提高木材的渗透性,进而提高木材干燥速率。     

2组轻型木结构建筑外墙热湿耦合性能模拟分析

以地处冬冷夏热的中国南京地区建筑A（软木）和建筑B（防腐木）2幢轻型木结构建筑4种外墙为研究对象,测定其结构材料的热物性和热湿性参数,并对墙体的热工性能及其热湿耦合性能进行了模拟及其验证分析。结果表明：墙体传热系数、室内外温湿度以及室内外露点温度值的模拟值和实测值的结果一致,可有效利用WUFI模拟预测建筑外墙的保温特性;2幢轻型木结构建筑均适用于严寒地区,建筑A的整体保温性能优于建筑B,且合理优化设计建筑外墙组成结构是建筑外墙保温的关键;轻型木结构建筑具有良好的温湿度调节作用,建筑A的温湿调节性能高于建筑B;2幢轻型木结构建筑全年室内平均相对湿度分别是54.92%和56.13%,全年温度及冬季相对湿度均在全年温度18～28 ℃、冬天相对湿度30%～80%的适宜区间内,墙体设计适用于南京夏热冬冷气候区;4种墙体结构的室内墙面霉菌孢子萌发可能性较小,不易产生霉菌。     

马来酸酐接枝乙烯与辛烯共聚物对木粉/聚丙烯复合材料力学性能的影响

通过引入马来酸酐接枝乙烯与辛烯共聚物(MA-POE)提高了木粉/聚丙烯(WF/PP)复合材料的韧性,并通过动弹性模量分析探讨了MA-POE对WF/PP复合材料低温力学性能的影响。研究结果表明,加入MA-POE后复合材料冲击强度在-20℃和20℃条件下比未添加MA-POE的空白样分别提高了60%和68%;在常温下弯曲强度从41.70MPa升高到50.86MPa,提高了22%;MA-POE能够有效地降低WF/PP复合材料的弹性模量、储能模量和损耗模量,使三者都向低温偏移;采用MA-POE先与PP熔融共混后再与木粉混合的工艺可以进一步提高复合材的强度。动弹性模量分析证明添加MA-POE能够改善WF/PP复合材料的低温韧性。通过扫描电子显微镜也进一步印证了两相结合得到了改善。