熱處理升溫速率對柞木微觀結構和物理力學性能的影響

陸健,丁濤,施靜波,杜靜靜

(南京林業大學材料科學與工程學院,南京210037)

熱處理木材是在160～230 ℃的低氧環境下處理后,性能獲得定向改良的木材[1]。和未處理材相比,熱處理材的吸濕性明顯下降,尺寸穩定性得到有效提高,生物耐久性也有所改善[2-3]。在200 ℃以下的溫和處理條件下,熱處理木材的抗彎彈性模量(MOE)有所提升,木材剛性增加,聲振動性能獲得改良,表現為動態彈性模量上升,損耗因子下降[4-6]。但由于熱處理降低了木材的密度,熱處理木材的主要力學性能,特別是抗彎強度(MOR)比未處理材有所下降[7]。

木材熱處理工藝多樣,處理溫度、保溫時間、升溫速率以及環境壓力等工藝參數都會對處理材的性能產生影響。現有熱處理工藝研究主要集中于處理溫度、保溫時間和環境壓力等[8],而對升溫或降溫速率的研究十分有限。Chen等[9]研究了降溫速率對木材性能的影響,可以有效控制力學強度的損失,并取得較好的效果。Poncsák等[4]比較了10,20和30 ℃/h 3個升溫速率對木材熱處理的影響,發現提高升溫速率可使木材的干燥和熱改性階段發生重合,從而對木材細胞壁化學組分的熱降解產生影響;升溫速率對熱處理材性能的影響各異,木材的弦向硬度和抗彎強度隨升溫速率的提高而增加,對徑向硬度的影響則正好相反,而對MOE的影響則不顯著[10]。Pétrissans等[11]比較了0.2,0.5和1.0 ℃/min 3個升溫速率下熱處理楊木(Populusnigra)的熱解動力學特性,試驗表明低升溫速率提高了處理材的質量損失率,不同升溫速率下的木材熱解反應機制在起始階段呈現出差異性,但在保溫階段則趨于相同。……