毛竹材无裂纹软化展平工艺研究

发布时间：2020-06-19 19:56

【摘要】：竹材的无裂纹展平技术是近些年出现的一种高效的竹材加工利用方式,它的出现可有效降低胶粘剂的使用,提高竹材利用率和产品附加值。本文以毛竹竹筒为研究对象,通过水煮、微波和高温饱和蒸汽三种软化方式对毛竹材进行处理,测量软化后毛竹材的含水率和力学性能,对比得出竹筒展平适宜的软化方式。再以不同特征的毛竹材为原料,经最佳软化方式处理后进行纵向展平,以对其工艺进行优化。从展平竹板的使用性能出发,重点研究软化工艺、毛竹特性与展平竹板的外观质量、理化性能、微观构造及玻璃化转变温度(Tg)之间的变化关系,以完善毛竹材的软化展平机理,进一步为企业生产提供理论参考。主要研究结果如下:(1)毛竹材经水煮软化后含水率略有上升,弹性模量和静曲强度下降,在100℃水煮3h后,当下的弹性模量和静曲强度分别下降41.7%和34.4%,但软化时间过长;毛竹材经微波软化后含水率迅速下降,弹性模量和静曲强度先下降后上升,在360W软化1min后,当下的弹性模量和静曲强度分别下降77.79%、68.93%;毛竹材在高温饱和蒸汽软化后含水率略有下降,弹性模量和静曲强度下降,在200℃软化6min后,湿热状态下的弹性模量和静曲强度分别下降85.96%、34.4%。综合对比软化后毛竹材的含水率和力学强度的变化情况,最适宜的软化方式为高温饱和蒸汽处理。同时提高毛竹材自身温度,可有效增加塑性,180℃、4min软化后的毛竹材,在湿热状态(100℃水浴3min)下的弹性模和静曲强度较常温下分别下降44.9%℃、24.6%,反之也意味着毛竹材软化后随自身温度的下降,其力学强度恢复较多,实际使用中的力学强度较好。(2)软化温度、时间,毛竹材自身温度和去青处理对毛竹筒软化后的槽口宽度以及展平情况的影响尤为显著。通过提高软化温度和延长软化时间可有效增大槽口宽度,提高展平成功率,降低表面裂缝的产生,经180℃、8min软化后的毛竹筒槽口宽度最大为148.2mm,较140℃、4min软化的增长了 166.5%,经180℃、6min软化后的毛竹筒展平成功率100%,且基本无表面裂缝;随着毛竹材自身温度的下降,展平后的裂缝数量随之增加,展平成功率下降;去青处理可有效增加槽口宽度,提高展平质量,未去青毛竹筒经180℃、6min软化后的槽口宽度仅有去青毛竹筒的50.2%,且均展平失败;毛竹筒的高度、外径和长度变化对槽口及展平情况的影响不明显。综合展平板质量得出最佳的软化工艺:毛竹筒经去青处理,软化温度为180℃,软化时间6min,软化处理后应在高温状态下尽快展平,展平成功率可达100%,表面无明显裂缝。(3)毛竹材在高温饱和蒸汽处理后,其红外吸收光谱图和X射线扫描衍射图表明随着软化温度的升高和时间的延长,毛竹材的羟基和羰基数目降低,结晶度增加,毛竹材尺寸稳定性相应增加,便于后期的加工利用。180℃、4min软化处理的毛竹材,再经纵向展平后较展平前,其平衡含水率下降17.35%,气干径、弦向干缩率分别下降13.83%、6.95%,弹性模量下降18.13%,静曲强度下降12.16%。扫描电镜图显示软化处理后毛竹材的薄壁细胞组织发生轻微形变,再经纵向展平后,薄壁组织发生了较大的挤压形变,并且可以观察到毛竹板内部存在细微的裂缝。(4)毛竹材初始(50℃时)储能模量和损耗模量在软化处理后均有上升,随含水率的增加,初始储能模量呈下降趋势,损耗模量呈上升趋势。Tg受含水率和软化处理的影响尤为显著,30%含水率时原态毛竹材Tg为105.6℃,较绝干状态下降了47.07%,含水率在纤维饱和点以上时Tg变化不明显。随着软化温度升高和时间延长,毛竹材Tg呈下降趋势,180℃、6min软化后毛竹材的Tg(30%MC)下降至88.8℃,较未处理时下降了 15.91%。提高毛竹材的含水率和软化温度,可有效降低Tg,使塑性增加,展平质量得以提升。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S781.9
【图文】：

逦１００逡逑温度／邋°ｃ逡逑图２－３水煮软化处理后毛竹材的静曲强度逡逑Ｆｉｇ．２－３邋ＭＯＲ邋ｏｆ邋ｂａｍｂｏｏ邋ａｆｔｅｒ邋ｂｏｉｌｉｎｇ邋ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ逡逑２．邋４．邋２微波软化对毛竹材含水率及力学性能的影响逡逑从表２－２中可以看出，毛竹材试件的含水率随微波功率的增加和时间的延长而急剧下逡逑降。除１８０Ｗ处理１邋ｍｉｎ、２ｍｉｎ和３６０Ｗ处理ｌｍｉｎ的毛竹材之外，其余毛竹材的含水率逡逑较软化前均下降５０％以上，非常不利于软化展平的进行，并在高频率长时间的处理下接逡逑近于绝干状态，表明微波处理并不能很好地控制含水率的变化。逡逑１２逡逑

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本文编号：2721274