楓樺圓盤(pán)預(yù)處理及干燥特性研究.pdf_第1頁(yè)
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1、圓盤(pán)是通過(guò)將原木橫截制得,在其橫截面上展現(xiàn)出的獨(dú)特美學(xué)特性和可觀賞性,得到越來(lái)越多人的喜愛(ài)。同時(shí),圓盤(pán)是木材(尤其是彎曲木、小徑木)利用的新途徑,利于提高木材的單位經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品附加值。美中不足,圓盤(pán)干燥要遠(yuǎn)困難于鋸材的干燥,因?yàn)楦稍镞^(guò)程中存在著嚴(yán)重的開(kāi)裂問(wèn)題。因此有必要開(kāi)展圓盤(pán)干燥的研究。本論文以東北地區(qū)蓄積量較大的楓樺木材為研究對(duì)象,進(jìn)行圓盤(pán)的常規(guī)干燥和高頻真空干燥的研究,研究干燥方式、工藝條件等對(duì)干燥特性、干燥缺陷等影響,確定較適

2、宜的工藝基準(zhǔn);系統(tǒng)研究了干燥前預(yù)處理對(duì)楓樺網(wǎng)盤(pán)常規(guī)干燥特性的影響、預(yù)處理抑制圓盤(pán)開(kāi)裂的機(jī)理以及預(yù)處理對(duì)干燥成本影響等方面的內(nèi)容,將氯化鈉和PEG400應(yīng)用于圓盤(pán)的預(yù)處理,并首次將“二元協(xié)同思想”引入木材預(yù)處理研究中來(lái),就解決氯化鈉預(yù)處理中存在的不足進(jìn)行探索,采用掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外變換光譜(FTIR)、X-射線衍射儀(XRD)等手段研究了處理物質(zhì)與木材的作用機(jī)理;分析了不同干燥方式及不同預(yù)處理時(shí)圓盤(pán)的干燥成本。工作的主要內(nèi)容如

3、下:
   (1)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,根據(jù)圓盤(pán)干燥獨(dú)有特點(diǎn),建立了圓盤(pán)弦向干燥應(yīng)變模型和干燥應(yīng)力與圓盤(pán)徑向干縮關(guān)系模型,確定圓盤(pán)‘開(kāi)裂勢(shì)’,為影響圓盤(pán)開(kāi)裂因素的確定及干燥應(yīng)力變化的判斷提供依據(jù)。弦向干燥應(yīng)變模型表明:弦向干燥應(yīng)變?nèi)Q于弦、徑向的干縮差和圓盤(pán)的半徑大小,在圓盤(pán)直徑一定的情況下,引起圓盤(pán)開(kāi)裂的弦向干燥應(yīng)變與弦、徑向的干縮差密切相關(guān),并由此將弦、徑向的干縮差確定為圓盤(pán)的‘開(kāi)裂勢(shì)’。干燥應(yīng)力與圓盤(pán)徑向干縮關(guān)系模型表明

4、:干燥應(yīng)力可通過(guò)圓盤(pán)徑向上約束干縮和自由干縮之比值體現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)不同干燥方式和預(yù)處理干燥實(shí)驗(yàn)證實(shí)了上述模型的正確性。
   (2)根據(jù)網(wǎng)盤(pán)存干燥中的特點(diǎn),首先提出運(yùn)用間歇低溫的常規(guī)干燥方法來(lái)干燥楓樺圓盤(pán),取得了較好的干燥質(zhì)量。進(jìn)而通過(guò)在快速干燥基準(zhǔn)下對(duì)圓盤(pán)干燥特性及開(kāi)裂產(chǎn)生含水率點(diǎn)研判的實(shí)驗(yàn)分析,提出了快速-低溫間歇式干燥的干燥工藝,縮短了干燥周期。
   (3)采用高頻真空的方法干燥圓盤(pán),獲得了較好的干燥質(zhì)量,提高了干

5、燥效率。確定含水率梯度和‘開(kāi)裂勢(shì)’的降低為高頻真空干燥抑制圓盤(pán)開(kāi)裂的主要原因。從力學(xué)角度出發(fā),通過(guò)建立“木材內(nèi)外作用力影響干縮模型”對(duì)高頻真空干燥降低木材干縮率和開(kāi)裂勢(shì)的機(jī)理進(jìn)行了分析。
   (4)提出使用氯化鈉、PEG400兩種無(wú)毒、無(wú)環(huán)境污染、適于生材處理的方法來(lái)處理?xiàng)鳂鍒A盤(pán)。就預(yù)處理因素(包括處理時(shí)間、處理溶液濃度)對(duì)木材物理特性的影響進(jìn)行了顯著性分析。就預(yù)處理對(duì)圓盤(pán)物理特性徑向各部位變化規(guī)律的影響進(jìn)行了分析,為分析圓盤(pán)

6、開(kāi)裂的原因提供了依據(jù)。
   (5)建立微毛細(xì)管內(nèi)處理物質(zhì)及水分子存存狀態(tài)模型,對(duì)預(yù)處理網(wǎng)盤(pán)的干燥特性和機(jī)理進(jìn)行分析。在保證干燥質(zhì)量的前提下,處理后的干燥周期明顯縮短,干燥速率大幅度提高,PEG400提高尤為明顯。對(duì)處理前后圓盤(pán)干燥后心表層含水率差、橫紋抗拉強(qiáng)度、約束干縮等影響圓盤(pán)開(kāi)裂因素的分析表明:兩種處理均通過(guò)降低弦徑向干縮差來(lái)抑制圓盤(pán)的開(kāi)裂,由此也證實(shí)了圓盤(pán)弦向理論干燥應(yīng)變模型的正確性。采用SEM、XRD、FTIR等方法分

7、析了兩種處理物與木材的復(fù)合機(jī)理,結(jié)果表明:氯化鈉可以進(jìn)入到纖維素的無(wú)定形區(qū)且其在木材內(nèi)的存在使游離羥基受到結(jié)合力的作用,PEG400則更多為存木材內(nèi)的機(jī)械沉積,并解釋了兩種處理對(duì)抗拉強(qiáng)度、干燥速率產(chǎn)生影響及存在差異的原因。
   (6)針對(duì)氯化鈉預(yù)處理圓盤(pán)吸濕性較大的實(shí)際問(wèn)題,引入NaCI/SiO2“二元協(xié)同作用”崽想。嘗試采用可控低溫水熱法和溶膠.凝膠法來(lái)實(shí)現(xiàn)NaCI/SiO2的協(xié)同作用,并采用SEM、XRD、FTTR等方法分

8、析協(xié)同處理試件,結(jié)果表明:上述兩種方法均可使木材的吸濕性對(duì)照氯化鈉單獨(dú)處理的情形大為降低,其機(jī)理為前者通過(guò)改變氯化鈉的晶體形貌來(lái)降低吸濕性,后者通過(guò)疏水性二氧化硅對(duì)氯化鈉的包裹來(lái)降低吸濕性。
   (7)從流動(dòng)資產(chǎn)、固定資產(chǎn)、干燥周期、適用范圍以及干燥質(zhì)量等與干燥成本相關(guān)的幾個(gè)方面對(duì)圓盤(pán)干燥成本進(jìn)行了綜合分析,結(jié)果表明:圓盤(pán)經(jīng)氯化鈉預(yù)處理干燥成本最低,而PEG400處理后干燥成本較高,但與處理后干燥周期短、干燥質(zhì)量好、適于較大徑

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