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实木家具常用硬阔叶材中高温热处理物理性能研究

更新时间:2009-03-28

木材由于其独特的纹理和质感以及蕴含的中国传统文化而被广泛应用到家具中,然而因其材料的各向异性、干缩湿胀性导致实木家具经常出现变形、开裂、离缝等质量问题,尤其是南北方环境湿度的差异,导致家具干燥处理需要不同工艺基准[1]。相对于污染环境、有毒害的化学处理改性木材,木材蒸汽改性是一种较为环保的木材热处理方式,即将木材在一定温度的饱和蒸汽中处理一段时间,通过木材组分和构造的变化使得木材的性质发生变化[2],这种方法能提高木材的尺寸稳定性和耐久性[3]

木材的组成三大素,即纤维素、半纤维素、木质素,决定了木材热处理后的表面性能,包括物理性能、力学性能、材色等。热处理过程中,三大组分受热发生不同程度的降解反应和缩聚反应[4,5]。热处理过程中,木材中的抽提物如树脂、淀粉、单宁、色素、树胶等物质和纤维素、半纤维素裂解生成的易挥发的产物不断从木材表面逸出挥发,从而导致了木材胞壁物质减少,使得木材的密度降低[5]。热处理过程中,木材内部化学反应如裂解和缩聚反应加剧,羟基浓度减少,形成新的氢键,同时产生的许多自由基结合生成憎水物质,从而改善木材尺寸稳定性。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

赤桦(Red birch)、榉木(Beech):由亚振家具股份有限公司提供,经过常规干燥的板材,规格400 mm×200 mm×30 mm。

1.2 试验方法

1.2.1 热处理工艺

定义1(帕累托一致函数)对任意函数f,如果向量 P1支配向量 P2,一定存在 f(P1)   f(P2),则称函数 f为帕累托一致函数。 

斯普金斯解释说,“我们给急性淋巴细胞白血病老鼠使用艾代拉利司,它们的寿命更长。但它们身体其他部位的疾病状况是一样的。它们只是没有患上中枢神经系统疾病。”起初,她和合作者认为这种药物对于杀死大脑中的癌细胞方面肯定更有效。实际上这种药物在大脑中的水平并不高。这意味着该药物能够阻止癌细胞进入中枢神经系统。

对模型进行F检验、对系数进行t检验,Pr>F和Pr>|t|均小于0.01,说明方程拟合效果和温度时间的回归系数均极显著。

1.2.2 试样制取

对于榉木而言,热处理时间为1 h时,温度低于160℃,密度损失率的斜率大,说明气干密度下降速率较快,160℃之后下降速率缓慢,在160℃时达到最低值0.680 g/cm3;热处理温度为150℃、处理时间为3 h时,处理材气干密度达到最大值0.725 g/cm3,增加了4.03%;当热处理时间为5 h时,在140℃时密度达到最大值0.770 g/cm3,升高了10.55%;相同处理温度160℃之后,三种热处理时间下,气干密度均低于素材的。综上说明,榉木对热处理温度要求严格,在制定热处理工艺时,需着重考虑120~160℃的温度区间,如图2。

赤桦气干密度变化率在处理时间为1 h和3 h、处理温度160℃时突然升高,说明此温度较适合赤桦的炭化处理,对照材气干密度为0.481 g/cm3,160℃、3 h时,达到503 g/cm3,相比升高4.72%;200℃、3 h时,下降了10.06%,如图1。

1.2.3 试样测定

由图4得知,热处理时间为1 h、热处理温度低于140℃时,榉木抗缩率增加明显。当热处理温度为140℃时,三种处理时间下的抗缩率均已达到正值,说明中温热处理可以改善榉木干缩性,在处理温度为140~160℃时,抗缩率增长缓慢;但在160℃之后,抗缩率急剧增加;当处理温度高于180℃、处理时间为1 h和3 h时,榉木的抗缩率增加缓慢;处理温度为200℃、处理时间为3 h时,榉木气干体积干缩率降低了71.57%。

2 试验结果与分析

2.1 密度

赤桦气干体积抗缩率在处理温度低于150℃时,虽然增加缓慢,但总体上为正值,说明120℃~150℃中温热处理对赤桦干缩性有所改善(图3)。热处理时间为5 h时,在150℃之后,抗缩率增长率加快,而处理时间为1 h和3 h、温度高于160℃时,抗缩率增长率开始急剧增加。热处理时间3 h、温度在180℃以上时,气干体积抗缩率增长缓慢。处理温度200℃、处理时间1 h时,赤桦气干体积干缩率降低了65.72%。

钱海燕在网上搜集很多关于甲状腺癌的正面描述,发给周启明,每天给他灌输各种心灵鸡汤。人在脆弱的时候,心灵鸡汤还是挺管用的。反正,周启明慢慢走了出来。

栽植方式有穴植法和沟植法2种。栽植的深度应与移植前保持一致或者稍微浅一些,对于出叶的花卉不能栽植过深,以免出现烂根情况,移植过后不能浇水过多,应等到新根长出后再进行浇水。还应确保植株的通风效果。在遮阴条件或者天气较为干燥时,通过植株喷雾或者喷水的方式促进生根。新移植的花卉重新栽植后,会出现一段时间的萎蔫,停止生长,这种情况是一种正常现象,待新的根系长出以后,将会重新生长。折断时期称为缓苗期。通常为保证花卉的长势,以及园林景观的早日形成,缓苗期越短越好。具体在挖苗时可以通过多带土的方式有效避免伤根,降低对花卉根系的影响,从而有效缩短缓苗期。

从图1、图2、图3的试验结果进行分析:图1切割间距为3 mm,检查切割线边缘完全光滑,交叉处基本也无脱落现象,对照标准要求,结果评定为0级;图2切割线间距为1 mm,检查切割线内几乎完全脱落,脱落面积92%,对照标准要求,结果评定为5级;图3切割线间距为2 mm,切割线边缘和交叉处有大碎片脱落,3个格子完全脱落,受影响脱落的面积约16%,对照标准要求,结果评定为3级。可见,同一产品在选用不同切割间距的情况下,带来的结果评定是有很大差异的。

热处理后,将试材两端各截掉50 mm,取中间制作试样。每个树种共21组,每组20个重复,20个试件用于做干缩性、平衡含水率、密度,20个用于做湿胀性测试,试件规格为20 mm×20 mm×20 mm。

  

图1 热处理赤桦气干密度变化率Fig.1 Air⁃dried density change rate of heat⁃treated red birch

  

图2 热处理榉木气干密度变化率Fig.2 Air⁃dried density change rate of heat⁃treated beech

2.2 干缩性

图1和图2显示,赤桦、榉木的气干密度随热处理温度的升高和时间的延长呈现降低的趋势。

  

图3 热处理赤桦气干体积抗缩率Fig.3 Anti⁃shrinkage efficient of air⁃dried volume of heat⁃treated red birch

  

图4 热处理榉木气干体积抗缩率Fig.4 Anti⁃shrinkage efficient of air⁃dried volume of heat⁃treated beech

木材密度、干缩性、湿胀性与平衡含水率测定分别依据GB/T 1933-2009《木材密度测定方法》、GB/T 1932-2009《木材干缩性测定方法》、GB/T 1934.2-2009《木材湿胀性测定方法》、GB/T 1931-2009《木材含水率测定方法》。

利用SPSS软件对气干体积干缩率进行多元回归分析,得到赤桦、榉木的气干体积干缩率(S)与处理时间(X1)、处理温度(X2)的多元回归方程,分别为:

 

根据热处理时间和温度两个工艺因子,温度设置为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、180℃、200 ℃等7个温度水平,时间为1 h、3 h、5 h(由于试验过程中,200℃处理温度较高,当处理时间为3 h时,木材已被重度炭化,因此不设200℃、5 h这个处理条件),共20个工艺组合,另设1个对照组。

2.3 湿胀性

由图5得知,赤桦饱水体积抗胀率在处理温度150℃以下时,增长趋势平缓,但总体处于正值,说明120~150℃的热处理温度对赤桦湿胀性有所改善。在处理温度150℃以上时,抗胀率的斜率显著增加,说明赤桦饱水体积湿胀率下降加快。当处理温度高于180℃时,抗胀率增长缓慢,而且在200℃时,处理时间1 h与3 h之间差别不大。在热处理温度为200℃、处理时间为3 h时,赤桦饱水体积比对照材体积湿胀率降低了62.38%。

榉木在处理时间为1 h、处理温度低于160℃时,饱水体积抗胀率呈直线增加(图6)。当处理温度在160~180℃时,斜率最大,其抗胀率明显提高,180℃以上增长率降低。当处理时间为3 h和5 h、处理温度在140℃以上时,榉木饱水体积抗胀率增长明显加快,对其湿胀性有显著改善。在热处理温度为200℃、处理时间为1 h时,榉木饱水体积抗胀率提高了68.45%。

  

图5 热处理赤桦饱水体积抗胀率Fig.5 Anti⁃swelling efficient of full water volume of heat⁃treated red birch

  

图6 热处理榉木饱水体积抗胀率Fig.6 Anti⁃swelling efficient of full water volume of heat⁃treated beech

根据最小二乘法原理,对赤桦、榉木的饱水体积湿胀率(Z)进行多元回归分析,得到其与处理时间(X1)、处理温度(X2)回归模型,分别为:

 

且经过F检验后,拟合效果显著。根据以上两个模型,可以预测在不同的热处理工艺因子的条件下,两种木材的饱水体积湿胀率的变化规律。

在这个过程中,控制好芯层的应力尤为重要,波导芯层采用干法刻蚀系统中的RIE;当获得刻蚀角度和侧壁光滑的矩形波导后,沉积大于15 μm的硼磷硅玻璃(Boron Phosphorus Silicate Glass,BPSG)作为上包层,也就是在硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)沉积条件中掺杂乙硼烷(B2H6)和磷烷(PH3),使上包层熔点降低、流动性变好,但同时B2H6使折射率下降,需通过PH3来调高折射率.

3 结论

赤桦气干密度随热处理时间的延长和温度的升高总体上呈现下降趋势,处理时间为1 h、3 h时,在160℃时赤桦气干密度突然升高,说明此温度处理时,赤桦密度损失率较低;榉木气干密度随处理温度升高呈下降规律,并且温度在160℃及以上时,处理材密度低于对照材,因此榉木热处理时需要对温度控制严格。在120~160℃的中温处理条件下,赤桦、榉木的气干体积干缩率和饱水体积湿胀率基本低于对照组。

参考文献

[1]刘洪海,杨琳,吴智慧,等.真空中温热处理对家具用材力学性能及颜色的影响[J].家具,2016,37(6):7-10.

[2]罗真付,张雪峰,陆步云,等.低温蒸汽热处理对板栗物理力学性能的影响[J].安徽农业大学学报,2012,39(6):904-907.

[3]林作新,伊松林.实木家具尺寸稳定性的处理方法[J].家具,2012,33(2):111-113.

[4] Jämsä S,Viitaniemi P.Heat treatment of wood better dura⁃bility without chemicals[J].Nordiske Trebeskyttelsedager,1998(1):213-218.

[5]刘星雨.高温热处理木材的性能及分类方法的确定[D].北京:中国林业科学研究院,2010.

 
于书贤,吴智慧,王雪花
《家具》 2018年第02期
《家具》2018年第02期文献

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