高温热处理对马尾松蓝变材性能的影响及其聚类分析

发布时间：2017-11-07 16:08

  本文关键词：高温热处理对马尾松蓝变材性能的影响及其聚类分析

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【摘要】：马尾松(Pinus massoniana)是我国最重要的人工林树种之一。马尾松木材易蓝变、易腐朽且尺寸稳定性低,限制了其在家具和室内装饰领域的应用。木材热处理不仅可以提高木材的尺寸稳定性、耐腐性,还可以降低蓝变木材的色差,从而有效地扩大马尾松木材的应用范围。本研究在170℃、185℃、200℃、215℃、230℃的5个温度水平和2 h、4 h、6 h、8 h的4个时间水平下,对马尾松蓝变材进行了蒸汽热处理。试件尺寸为500(L)×70(T)×30(R)mm3。研究了热处理强度对蓝变材颜色的影响,评价了处理前后蓝变材颜色的均匀性;分析了热处理后木材物理力学性能、耐久性、脆性和漆膜附着力等性能的变化规律。以其中12项主要性能指标为变量,采用聚类分析方法对热处理强度进行聚类和分级,综合评价了热处理强度对木材性能的影响。论文的主要研究结论如下:(1)蓝变区域与未蓝变区域的颜色参数变化幅度不同。随着热处理温度的提高和时间的延长,蓝变区域与未蓝变区域间的明度差(ΔL*)和色品指数差(Δa*、Δb*)逐渐降低,马尾松蓝变材颜色的均匀性逐渐提高。当温度达到200℃、处理4 h以上时,蓝变区域的颜色参数的均匀性与正常的素材接近。当温度低于200℃、处理不长于8 h时,蓝变区域与未蓝变区域间颜色仍有显著差异。为了使马尾松木材的蓝变色斑肉眼不可见,最低强度的热处理条件为在200℃下处理6 h。(2)随着热处理温度的升高,马尾松木材的平衡含水率呈线性降低,230℃、8 h的热处理,可以使平衡含水率降低58.2%。经过200℃、6 h以下强度的热处理后,马尾松木材的抗干缩率小于10%,230℃、8 h的热处理可以使马尾松木材的抗干缩率提高38%。在185℃、6 h的强度下热处理后,马尾松木材可达到耐腐等级,在200℃、8 h强度下热处理后,可以达到强耐腐等级。(3)185℃、4 h以下强度的热处理能够提高木材的抗弯强度,超过这个处理强度时会降低木材的抗弯强度;未经热处理的马尾松木材脆性为22.26%,无脆断现象,热处理后,木材的脆性增加到33.64%~89.01%,处理强度达到230℃、6 h以上时,超过一半试件发生脆断。热处理前后的马尾松木材对水性丙烯酸漆的漆膜附着力优异,均为0级;对于油性聚氨酯漆,随着处理强度的提高,漆膜附着力下降,但很少有试件达到3级或以上。(4)相关分析和因子分析结果表明,气干体积湿胀率、全干体积湿胀率、气干体积干缩率、全干体积干缩率、耐腐等级、明度、抗弯强度、平衡含水率、全干密度和黄蓝色品指数10个变量间显著相关。红绿色品指数、弹性模量与其他变量相关性的显著性水平较低。根据因子载荷的变量间距离,将12个变量划分成5组,并筛选出抗弯强度、平衡含水率、红绿色品指数、绝干密度和弹性模量5个具有代表性的变量,筛选后的变量包含了表征热处理木材性能的主要信息。(5)利用聚类分析将20个处理条件分成4组:超轻度热处理,耐腐性仍为不耐腐级别;轻度热处理后,木材为稍耐腐,强度降低幅度不大或略有增加;中度热处理后,耐腐等级达到稍耐腐到强耐腐,且强度损失不大于24%;重度热处理耐腐性达到强耐腐,但强度损失达27%以上,脆性太大,一般情况下不推荐使用。以筛选出的5个变量再次进行聚类分析,聚类结果与12个变量聚类结果非常接近。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S781.7

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本文编号：1153119