工业化高温改性木材的力学性能

对速生杨木和兴安落叶松进行工业化高温改性处理,并对高温改性材及空白试件等560个试件在4种相对湿度(60%、70%、80%、90%)下的平衡含水率及各力学性能参数(顺纹抗压强度、顺纹抗压弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度)进行测试,建立了不同湿度下材料的力学性能指标体系.结果表明:改性材和空白试件的平衡含水率均随着环境湿度的升高而提高;各力学性能指标均随着环境湿度的升高而降低,且基本呈线性下降;与未处理的空白试件相比,木材经高温改性后,其平衡含水率降低,顺纹抗压弹性模量、抗弯弹性模量等刚度指标提高,与木材剪应力无关的顺纹抗压强度提高,与木材剪应力关系密切的抗弯强度和顺纹抗剪强度等下降.     

杉木胶合木湿应力研究

为揭示环境湿度变化引起的木材含水率非均匀性分布对胶合木构件内部湿应力的影响规律,从材料层面测试了变湿度条件下290个国产杉木木材的平衡含水率,以及横纹径向和横纹弦向干缩性、湿胀性、水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量等物理力学性能参数,并从理论层面利用有限元模拟分析周期性变湿度条件下层板厚度对杉木胶合木湿应力的影响。研究结果表明:利用Nelson方程能够较好地拟合变湿度中杉木的平衡含水率;杉木横纹径向干缩和湿胀性均小于横纹弦向,横纹径向水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量均高于横纹弦向,这决定于横纹径向排列的木射线以及管胞径面壁上大量纹孔导致的实质物质减少的微观构造;减小层板厚度有助于降低胶合木湿应力,当层板厚度由40 mm降至20 mm时,构件内部最大湿应力降低19.32%,但其最大值仍高于木材横纹抗拉强度,湿应力的降低程度不足以避免构件的横纹开裂;木结构工程设计和应用中必须考虑其他有效的方法减小湿应力以避免木材横纹开裂。     

液氮低温处理桦木胶合板的弯曲力学性能研究

研究了国产桦木胶合板在常温状态下、液氮低温(-196℃)状态下和液氮低温处理(-196℃,48 h)后的弯曲力学性能,并分析了其用于LNG船绝缘箱的可行性.结果表明:在低温状态下(-196℃)桦木胶合板的弯曲力学性能各项测试指标均显著高于在常温状态下测试结果,MOE增加趋势比MOR更加显著;在低温处理后(-196℃,48 h)桦木胶合板弯曲力学性能各项测试指标略低于常温状态下测试结果,MOE降低趋势比MOR略显著;国产桦木胶合板在常温状态下、液氮低温状态下(-196℃)和液氮低温处理后(-196℃,48 h)的纵横向MOR与MOE的平均值均高于LNC船绝缘箱要求,完全满足使用需要,可以用于制造LNG船绝缘箱的绝热材料.     

三聚氰胺-脲醛树脂改性木基石膏复合材料的效果及机理

为提高木基石膏复合材料的力学性能,以杉木刨花为增强相,以建筑石膏为连续相,采用三聚氰胺-脲醛树脂(melamine-urea-formaldehyde MUF)粘结初步成型和增湿固化2阶段的免加石膏缓凝剂制备方法,开展了MUF用量和木材/石膏质量比对木基石膏复合材料物理力学性能影响试验,并与相应产品标准、结构板材标准及现有文献进行对比。结果表明,试验范围内,MUF用量与木基石膏复合材料力学性能呈正相关关系,木材/石膏质量比的影响较小;MUF用量为15%以上时,木基石膏复合材料的力学性能满足《石膏刨花板:LY/T 1598-2011》产品标准的要求;MUF用量为21%及以上时,除顺纹抗弯强度,其余性能符合《定向刨花板:LY/T 1580-2010》结构板材标准的规定;MUF用量为33%及以上时,木基石膏复合材料达到《结构胶合板:GB/T 35216-2017》结构板材标准中E5.0~F16.0强度等级。抗弯性能试验中,石膏板为脆性破坏,木基石膏刨花板具有一定的延性性能。综合强度和成本,MUF用量为33%、木材/石膏质量比为0.30为较优的原材料配比。优化原材料配比条件下,木基石膏复合材料的内结合强度、静曲强度、弹性模量、位移延性系数和24 h吸水厚度膨胀率分别为1.28 MPa、16.5 MPa、7 350 MPa、1.64和1.23%。采用该2阶段制备方法,木基石膏复合材料中石膏晶体形态细长,且随着MUF用量的增加,晶体交错搭接、叠合现象明显,接触面积增加,晶体结构更加致密,石膏连续相强度增加;MUF用量提高,石膏在刨花表面的覆盖量明显增加,刨花增强相与石膏连续相之间界面性能显著改善。研究结果可为木基石膏复合材料力学性能的进一步提升提供参考,并为其产品的工程应用提供数据支撑。     

石膏刨花板研究综述

石膏板具有优异的抗火性能,在轻型木结构中主要用作楼板和墙板的抗火覆面板。通过在石膏基体中复合木材刨花等植物纤维制备石膏刨花板,可不改变板材原有的生产制备工艺而提高其力学性能。生产石膏刨花板的石膏原料主要来源于工业石膏,刨花主要为农业或工业副产品,兼顾变废为宝和材料成本可控等优势,因此具有广泛的应用前景。文中综述了石膏刨花板中不同缓凝剂的作用机理、不同植物纤维类型的增强效果、后处理方式和外加剂对板材性能改善的机理等板材制备工艺,以及石膏刨花板的物理力学性能和抗火性能等研究现状,指出目前土木工程用石膏刨花板存在的不足及需进一步研究的方向,可为石膏刨花板的进一步系统研究以及工程应用提供参考。     

麦秸石膏复合材料力学性能和抗火性能研究

为提高麦秸利用率,增强石膏板力学性能,改善现有木基石膏板的抗火性能,试验以粒径分别为0.30～0.60和0.18～0.30 mm的粗、细2种麦秸纤维为增强相,以建筑石膏为连续相,采用复合常温固化型结构胶粘剂代替添加石膏缓凝剂的传统方式,提出了麦秸石膏复合材料初步成型和加湿增强的两步法制备工艺,并与杉木纤维和杉木刨花石膏复合材料的力学性能和抗火性能进行对比。结果表明,细麦秸纤维石膏复合材料的物理力学性能优于粗麦秸纤维石膏复合材料,其内结合强度、静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率分别为0.33 MPa、7.1 MPa、2370 MPa和2.82%,满足《LY/T1598-2011石膏刨花板》标准的要求。由于麦秸本身具有较低的导热系数和较高的灰分含量,麦秸石膏复合材料具有较杉木石膏复合材料更优的抗火性能,其点燃时间较杉木纤维石膏复合材料高,无明显热释放速率峰值。与杉木纤维石膏材料和杉木刨花石膏材料相比,细麦秸纤维石膏复合材料的总热释放量分别低48.18%和35.87%,CO2生成速率主峰分别低42.25%和38.81%,CO生成速率主峰相近,残重率略高。试件残照表明麦秸石膏复合材料试件燃烧后外观形貌更完整,炭化程度减轻。通过扫描电镜发现,麦秸纤维的外表面较光滑,石膏主要吸附在麦秸的内表面,较小纤维单元有利于增加石膏与麦秸内表面的接触面积。因此,从微观上说明了细麦秸纤维石膏复合材料的力学性能较高的原因。麦秸秆光滑的外表面几乎充满SiO2,这也说明了麦秸石膏复合材料有较好抗火性能的原因。研究可为石膏基复合材料的功能提升和麦秸石膏复合材料产品的工程应用提供参考。     

硼酸复配低分子酚醛树脂改性速生杨木阻燃性能研究

利用差示扫描量热仪、热重分析仪等仪器对硼酸复配低分子酚醛树脂(简称B-PF)的热性能进行表征,利用该树脂浸渍改性国产速生杨木,研究其对速生杨阻燃性能的影响。结果表明,在原料配比为n(苯酚):n(甲醛):n(硼酸):n(氢氧化钠)=1:1.9:0.3:0.3的条件下合成的B-PF,p H值为7.90,固含量为49.3%,固化温度为129.5℃,常温下储存期大于90 d,与酚醛树脂(PF)相比,B-PF颜色浅,用其制备的改性材能够较好地保持木材原有的色泽和纹理;升温至700℃时B-PF的残重率达到73.0%,较PF提高25.86%;B-PF固含量在20%以上时,改性速生杨木阻燃性能从易燃提高至难燃等级,固含量为40%的B-PF改性速生杨木的氧指数为43.4%,较未处理材提高1.28倍。     

办公废纸 废木刨花制作家具碎料板的研究

对办公废纸与废木刨花复合制造家具材料的工艺进行了研究,并应用制得的废纸 木刨花碎料板制作了装饰矮柜和中式茶几。研究结果表明,纯纸板的物理力学性能较低,以1∶1(绝干质量比)的比例加入工厂废木刨花后制得的碎料板,其力学性能达到了国家标准中对家具及室内装饰用刨花板材的要求,利用纸质碎料板制作办公家具在工艺上是可行的。     

四大竹乡产毛竹弯曲力学性能的比较研究

对四大竹乡产毛竹的弯曲力学性能进行了研究,使用电子万能力学试验机采用径向加载方式测试竹材弯曲强度(MOR)和弯曲弹性模量(MOE),并比较分析了毛竹弯曲断裂形态差异.结果表明:生长朝向和竹节对毛竹的弯曲力学性能具有较大影响;测量方式不同,毛竹的弯曲力学性能差异较大;四大竹乡产毛竹MOR差异较大,而MOE差异不明显.     

速生杨木材基本密度变异规律及其与生长性状的关系

以14～18a树龄的I-69杨无性系为研究对象,对木材基本密度在株内不同高度上的变异模式及其变异性进行了研究,测定了树龄、胸径及生长轮宽度并分析其与木材密度之间的相关性。结果表明:0～6m处,密度在轴向上沿着树干方向,从下向上密度逐渐变大;木材密度与树龄、胸径之间有关联,并建立了密度与树龄和胸径的模型。并对模型进行检验,认为用该模型模拟速生杨木基本密度的结果较为理想。分析密度与生长轮宽度之间的相关关系,可以得知密度与生长轮宽度显著相关,生长速度越快,树木密度越小,并得出模型。