劉獻(xiàn)奇， 趙湘玉， 鐘 楷

(1.肇慶市現(xiàn)代筑美家居有限公司，廣東 肇慶 526238；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510642)

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花旗松薄木壓縮工藝初探

劉獻(xiàn)奇1， 趙湘玉2， 鐘 楷2

(1.肇慶市現(xiàn)代筑美家居有限公司，廣東 肇慶 526238；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510642)

以5 mm厚花旗松薄板為研究對(duì)象，分別在160 ℃、180 ℃、200 ℃、220 ℃熱壓溫度、40%厚度壓縮率、15 min、30 min、45 min保壓時(shí)間條件下，分析不同處理溫度及保壓時(shí)間對(duì)花旗松壓縮薄木力學(xué)性能的影響，探索其最佳壓密工藝。

花旗松；壓縮工藝；熱壓溫度；保壓時(shí)間

木材壓縮技術(shù)是提高速生林木材密度、材質(zhì)、力學(xué)強(qiáng)度及穩(wěn)定性的一種有效方法。木材經(jīng)壓密處理后，其組織構(gòu)造、物理力學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了較大變化，密度增大，力學(xué)強(qiáng)度、耐磨及耐久性能都有提高，從而有效地改善了木材的性能，擴(kuò)展了木材的使用范圍，提高了木材的利用價(jià)值[1]。

本研究以花旗松為試驗(yàn)材料，選擇160 ℃、180 ℃、200 ℃、220 ℃ 4種熱壓溫度，并在每種溫度條件下設(shè)置3個(gè)保壓時(shí)間，分別為15 min、30 min、45 min，通過(guò)比較不同工藝條件下制成的壓縮材性能，探索其最佳生產(chǎn)工藝，為生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

花旗松薄木板，產(chǎn)自?shī)W瑞岡州，尺寸規(guī)格為400 mm×200 mm×5 mm，平均含水率10%。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

(1)EL-10PA型高低溫交變調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)箱：溫度范圍為室溫10～200 ℃，用于對(duì)試件進(jìn)行干燥及含水率控制，廣州ESPEC公司生產(chǎn)。

(2)電子天平：精確到0.01 g，用于試件質(zhì)量的測(cè)量。

(3)游標(biāo)卡尺：精確到0.02 mm，用于試件尺寸測(cè)量。

(4)推臺(tái)鋸機(jī)：用于鋸截試件。

(5)刨床：用于定厚處理試樣，控制板面平整度。

(6)Y38硫化機(jī)：溫度范圍0～300 ℃，用于對(duì)木材進(jìn)行熱壓處理，佛山中聯(lián)液壓機(jī)械公司生產(chǎn)。

(7)島津力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)AUTOGARDH AG-1 SHIMADZU：用于測(cè)量木材試件的破壞載荷、抗彎強(qiáng)度、彈性模量。

(8)JM-1型漆膜磨耗儀：用于對(duì)木材試件進(jìn)行耐磨性能測(cè)試，上海涂料工業(yè)機(jī)械廠生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 壓密處理

將尺寸為400 mm×200 mm×5 mm的花旗松試件放入已達(dá)目標(biāo)溫度的硫化機(jī)中進(jìn)行預(yù)熱處理，待板材中心層溫度升至目標(biāo)溫度后加壓，待試件壓縮至目標(biāo)厚度3 mm后進(jìn)行保壓處理，保壓結(jié)束后待板材自然冷卻至80 ℃后出板。

1.3.2 性能檢測(cè)

將完成壓縮的試材放入溫度20 ℃、相對(duì)濕度65%的環(huán)境下進(jìn)行平衡處理，待其含水率回調(diào)至12%后，按照物理力學(xué)性能測(cè)試要求鋸制成不同尺寸(厚度方向區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)，采用3 mm厚度)，參考相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)對(duì)試件的密度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、耐磨性及吸水厚度回彈率等物理力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試[2-6]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 熱壓工藝對(duì)花旗松壓縮木密度的影響

由于木材差異性大，即使壓縮率相同，原材料的密度受初始密度的影響也有差異，故選用密度增長(zhǎng)率作為表征熱壓工藝對(duì)花旗松密度的影響指標(biāo)。不同熱壓條件對(duì)試件密度增加率的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，壓密能夠有效地提高花旗松的密度和改善花旗松材質(zhì)松散現(xiàn)象。密度增長(zhǎng)率隨著處理溫度的升高有一個(gè)先增大后減小的過(guò)程，熱壓時(shí)間與密度增長(zhǎng)率也有相似的規(guī)律，而且處理時(shí)間為30 min時(shí)效率最高。

高溫下木材受熱分解汽化，部分內(nèi)含物(如樹脂等)會(huì)被蒸發(fā)掉，造成木材質(zhì)量損失增大。故隨著熱壓溫度的升高和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，損失率也相應(yīng)增大，密度增長(zhǎng)率相應(yīng)減小[7]。

2.2 不同熱處理工藝對(duì)花旗松壓縮木力學(xué)性能的影響

不同熱壓溫度對(duì)花旗松壓縮木的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、耐磨性的影響分別如圖2、圖3、圖4所示。其中，耐磨性用磨損量來(lái)表征，磨損量越大，耐磨性越差。

圖2 不同熱壓工藝對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響

圖3 不同熱壓工藝對(duì)彈性模量的影響

圖4 不同熱壓工藝對(duì)耐磨性的影響

由圖2、圖3、圖4可知，在熱壓溫度和處理時(shí)間這兩個(gè)參數(shù)中，熱壓溫度為主要影響因素，花旗松壓縮木的抗彎強(qiáng)度與熱壓溫度成反比，而彈性模量及耐磨性則隨著溫度的升高都有一個(gè)小幅度增大后再急速減小，200 ℃以下的處理溫度都能大幅度、有效地提高力學(xué)性能，但當(dāng)處理溫度高于200 ℃時(shí)其力學(xué)性能損失較大，甚至低于素材。保壓時(shí)間對(duì)力學(xué)性能影響不大，同一處理溫度下保壓時(shí)間的延長(zhǎng)并不能提高力學(xué)強(qiáng)度，強(qiáng)度僅在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)波動(dòng)。

木材經(jīng)熱處理壓縮后含水率較低，脆性較大，力學(xué)性能降低。木材力學(xué)性能與木材纖維和纖維之間的橫向聯(lián)結(jié)強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度主要靠纖維素與半纖維素的聯(lián)結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。高溫?zé)崽幚硎鼓舅剀浕?，半纖維素發(fā)生降解，因此破壞了半纖維素、木素與纖維素之間的聯(lián)結(jié)，減少了半纖維素與纖維素的聯(lián)結(jié)點(diǎn)數(shù)量，增加了斷點(diǎn)數(shù)量，致使胞間層劈裂，木材抗彎強(qiáng)度降低。故隨著熱壓溫度升高，熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其力學(xué)性能損失增大，在生產(chǎn)中應(yīng)給予充分考慮。

2.3 不同熱壓工藝對(duì)花旗松壓縮木吸水厚度回彈率的影響

不同熱壓工藝對(duì)吸水厚度回彈率的影響如圖5所示。

由圖5可知，隨著熱壓溫度的升高、處理時(shí)間的延長(zhǎng)，處理材的吸水厚度回彈率有一個(gè)逐漸降低的趨勢(shì)，壓縮固定效果較好。

這是由于熱壓過(guò)程中吸水能力強(qiáng)的半纖維素分子鏈脫水受破壞，而且在高壓力下有效地減少了分子之間的距離，使得半纖維、纖維素中非結(jié)晶區(qū)的羥基之間更容易形成氫鍵，從而降低了木材的吸水能力，抑制了回彈[8-10]。

圖5 不同熱壓工藝對(duì)吸水厚度回彈率的影響

3 結(jié)論

(1)在壓密過(guò)程中，熱壓溫度為影響花旗松壓縮木性能的主要因素，處理時(shí)間為次要因素。在后續(xù)試驗(yàn)中，應(yīng)重點(diǎn)考慮熱壓溫度。

(2)若只考慮密度增長(zhǎng)率，最佳工藝為“熱壓溫度180 ℃，處理時(shí)間30 min”；若只考慮力學(xué)性能，最佳工藝為“熱壓溫度160 ℃，處理時(shí)間45 min”；若只考慮吸水厚度回彈率，最佳工藝為“熱壓溫度220 ℃，處理時(shí)間45 min”。綜合考慮，最佳工藝為“熱壓溫度200 ℃，處理時(shí)間30 min”。

[1] 劉占勝，張勤麗，張齊生.壓縮木制造技術(shù)[J].木材工業(yè)，2000，14(5)：19-21.

[2] 中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 1933-2009 ，木材密度測(cè)量方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T1936.1-2009 ，木材抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4] 中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 1936.2-2009，木材抗彎彈性模量測(cè)定方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5] 中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 17657-2013，人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[6] Kariz M，Kuzman M K，Sernek M，et al.Influence of temperature of thermal treatment on surface densification of spruce[J].Holz als Roh-und Werkstoff，2016(1).

[7] Zhiqiang Gao，Rongfeng Huang，Jianxiong Lu，et al.Sandwich compression of wood：Control of creating density gradient on lumber thickness and properties of compressed wood [J].Wood Science and Technology，2016(50)：833-844.

[8] 沈德君，吳桂華.不同處理方法對(duì)楊樹木材壓縮變形回彈率的研究[J].吉林林業(yè)科技，2008，37(5)：34-36.

[9] 邱學(xué)海，梁星宇，林雨斌，等.兩種壓制方法對(duì)楊木重組木性能的影響[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2017，45(3)：40-43.

[10] 劉一楠，鄭海威，劉巍巖，等.楊木單板層積材力學(xué)性能足尺檢測(cè)試驗(yàn)分析[J].森林工程，2016，32(5)：31-34.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Probe into the Douglas Fir Veneer Compression Process

LIU Xian-qi1， ZHAO Xiang-yu2， ZHONG Kai2

(1.Zhaoqing Modern Home Furnishing Co.，Ltd.，Zhaoqing Guangdong 526000，China；2.College of Materials and Energy，South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642，China)

With 5 mm-thick Douglas fir veneer as the research object，the effect of different treatment temperatures and pressure holding time on the mechanical properties of compressed veneer of Douglas fir are analyzed in the case of hot press temperatures of 160 ℃，180 ℃，200 ℃ and 220 ℃，40% thickness compression rate and holding pressure time of 15 min，30 min and 45 min respectively to explore the optimum compression process.

Douglas fir；compression process；hot press temperature；pressure holding time

2017-04-28

劉獻(xiàn)奇(1981-)，男，廣西藤縣人，助理工程師，本科，主要從事木材加工工藝的研究，E-mail：115263991@qq.com。

TS612

A

2095-2953(2017)08-0025-03

研究與設(shè)計(jì)