高温热处理竹材重组材工艺及性能.pdf

80? ? ?林业科技开发?2008年第 22卷第 6期 高温热处理竹材重组材工艺及性能 蒋身学, 程大莉, 张晓春, 崔月红 (南京林业大学木材工业学院, 南京 210037) 摘? 要:采用加缝处理后的竹篾先进行不同温度的蒸汽高温热处理, 再按照热压法生产竹材重组材的方法压制试 材, 并测试其物理力学性能结果表明, 在试验范围内, 竹篾热处理温度越高, 压制成的竹材重组材吸水厚度膨胀 率越低, 尺寸稳定性越好; 此外, 竹篾经高温热处理后, 竹材重组材的力学性能与竹篾未处理材有一定程度的下降, 且 MOR的下降速率高于 MOE 关键词:竹篾; 竹材重组材; 高温热处理; 物理力学性能 Pilot Study on Process and Properties ofH igh Te mperatureHeat -treatedReconstituted Bamboo Lumber ?JI ANG Shen -xue , CHENG Da -l, i Z HANG X iao -chun, CU I Yue -hong Abstract : Bamboo slivers gapped along longitudinal direction are first stea m-treated at different high te mperatures and then made of reconstituted ba mboo lumber (RBL) in ter ms ofhot -pressingway . The conclusion ofmeasure and analysis ofphys - ical andmechanical properties ofRBL indicates that the higher treat ment temperature for the bamboo slivers adopted in the range of this experi ment is , the lo wer thickness expansion rate ofwater absorbing measured in RBL speci mens , and as a re - sult ,better di mension stability is. However ,compared w ith non heat -treat ment speci mens,the mechanical properties of treated ones decrease in an extent and that decreasing rate ofMOR is higher than that ofMOE. K ey words : Bamboo sliver ;Reconstituted bamboo lumber ; H igh te mperature heat -treat ment ;Physical and mechanical Properties Author? s address : College ofWood Science andTechnology , Nanjing Forestry University , 210037Nanjing , China 收稿日期: 2008-08 - 28? ? ? ? 修回日期: 2008 - 09 - 08 基金项目: 国家? 十一五?科技支撑计划 ?以竹代木高效利用关键技术 装备研究与开发? (编号: 2006BAD11A16)。

第一作者简介: 蒋身学 ( 1953- ), 男, 研究员, 从事竹材加工利用研究 工作E-mai: l jiangsx@ njfu. com. cn ?? 高温热处理是将竹、 木材放入高温、 无氧或者低 氧的环境中进行一段时间热处理的物理改性技术 热处理温度通常为 160~ 230? , 是一种不添加任何 化学物质的竹、 木材物理改性处理方法根据保护及 传热介质的不同, 高温热处理可分为蒸汽、 热油和惰 性气体 3种处理工艺由于蒸汽容易获得, 目前广泛 采用的是高温 (过热 )蒸汽处理工艺 蒸汽高温热处理过程可分为 3个阶段, 即: 高温 干燥、 高温热处理、 降温和调湿窑或容器内蒸汽加 热可采用导热油、 电加热器或炉气通过散热器来实 现, 并使蒸汽保持较高的流速, 达到较高的传热效率 和材料处理均匀的目的 高温干燥阶段的温度为 100~ 130? 在此阶 段, 首先通过喷入蒸汽排出窑或容器内的空气, 达到 氧含量 ? 3 % 同时应根据材料的种类和初含水率确 定合适的升温速度通过干燥, 材料的含水率降低至 几乎绝干 (一般 1 % ~ 3 % )干燥阶段所用的时间主 要取决于木材的初含水率, 树种和木材的厚度。

合理 的干燥对防止木材内裂非常重要 高温热处理应采用一定的升温速度使窑或容器 内温度增加到 160~ 220? 热处理温度值取决于最 终用途和对材色的要求 热处理结束后应对木材进行降温和调节含水率 当温度降至 80~ 90? 时, 根据最终用途通过喷蒸对材 料进行调湿, 达到适当含水率 ( 5 % ~ 7 % )高温热处 理后, 木质材料的一些化学性质和物理性质发生了永 久改变, 使其由湿度不同而导致的干缩和湿胀减小, 生 物耐腐蚀性提高, 材色加深, 平衡含水率降低, p H 值降 低, 隔热性能提高, 故能长期在室外使用 [ 1 , 2] 1? 材料与方法 1. 1? 材 ? 料 竹篾: 取自浙江富阳力达竹胶模板有限公司, 是 一种去青去黄、 经齿形辊碾压后呈横向不断裂、 纵向 较松散的竹篾, 尺寸为: 长 400mm, 厚 2~ 4mm, 宽 15 ~ 20mm竹篾的初含水率 10 % ~ 12 % 胶粘剂: 取自上述同一公司, 为水溶性酚醛树脂, 固含量 50 % 加水稀释至固含量 28 % , 待用 1. 2? 方 ? 法 1. 2. 1? 竹篾高温热处理 预留 2份竹篾 (每份 2 000 g)不进行高温热处 技 术开发? ? 林业科技开发?2008年第 22卷第 6期81? ? ? 理, 用作对照试验, 其余竹篾分 3种温度 ( 130? 、 160? 、 190? )在自行设计的常压高温热处理箱进行 处理。

处理过程中利用蒸汽发生器不断补充因箱体 泄漏而损失的蒸汽, 工艺过程如下 ( 1) 130? 处理: 先将温度值设定为 100? , 升温 及保温时间 1 . 5 h , 然后温度设定为 130? , 升温及保 温 3 h后降温, 待温度降到 70~ 80? 后, 通入较多的 蒸汽, 保持 1~ 2 h进行调湿 ( 2) 160? 处理: 方法同上, 不同之处是当温度 130? 时, 升温及保温 1 h , 然后温度设定为 160? , 升 温保温 2 h ( 3) 190? 处理: 不同之处是在 130? 、160? 、 190? 温度下各保温 1 h 为了保证含水率均匀性, 处理后的竹篾置于恒温 恒湿箱 72h后再进行热压 1. 2. 2? 竹材重组材压制 竹材重组材生产工艺如下: ?? 竹篾浸胶量为 8 % (绝干重量之比 ), 浸胶后竹篾 干燥温度 70? , 干燥至含水率 12 % ~ 15 % 竹篾全 纵向组坯 ( 设定密度 1 . 05 g /cm 3 ), 并用棉绳捆扎 热压采 用 ? 热 进冷出 ?工艺, 压力 4 . 5MPa , 温 度 140? , 时间 1 . 0m in/mm 板厚。

毛板堆放 24 h后, 去 除两侧边密度较低部分, 将中部达到设定密度部分锯 解成试件 2? 结果与分析 每一种处理温度各压制两块板材, 采用 GB / T4897 -92标准进行测试, 取测试数据平均值, 不同处 理温度压制的竹材重组材的主要物理力学性能见 表 1 表 1? 不同温度处理的竹材重组材物理力学性能比较 处理温 度 /? 密度 / g ? c m - 3 弹性模量 MOE /M Pa 静曲强度 MOR /MPa 最大弯曲 力 / kN 吸水厚度膨胀率 /% 24h48h96h 对照1 . 05412 100129. 443. 592. 0953. 9796. 410 1301 . 07111 669115. 483. 391. 6542. 6074. 043 1601 . 09511 383112. 422. 981. 3452. 0603. 421 1901 . 12010 986102. 672. 521. 1641. 9822. 698 ?? 由表 1可以看出, 经高温热处理的竹材重组材与 未经热处理材相比, 热处理材的力学性能有所下降, 但吸水厚度膨胀率远低于未处理的板材。

同时可以 看出, 热处理温度越高, 竹材重组材的力学性能下降 越大 (见图 1)用 130? 处理后竹篾压制的竹材重 组材 MOE下降 3?6 %、 MOR下降 11 %; 160? 处理 后, 其 MOE下降 6 % 、 MOR下降 13 % ; 190? 处理后, 其 MOE下降 9 %、 MOR下降 21 % , 可以看出, 随着热 处理温度升高, MOR 下降速率大于 MOE另一方 面, 热处理温度越高, 竹材重组材的吸水厚度膨胀率 相比对照材下降越多 (见图 2)以吸水厚度膨胀率 下降率 (对照材吸水厚度膨胀率 - 处理材吸水厚度 膨胀率 /对照材吸水厚度膨胀率 ) 表示, 130? 处理 后, 其 24 h吸水厚度膨胀率下降 21 % ; 48 h吸水厚度 膨胀率下降 34 % ; 96 h吸水厚度膨胀率下降 37 % ; 160? 处理后, 其 24 h吸水厚度膨胀率下降 36 % , 48 h吸水厚度膨胀率下降 48 % , 96 h吸水厚度膨胀 率下降 47 % ; 190? 处理后, 其 24 h吸水厚度膨胀率 下降 44 %, 48 h吸水厚度膨胀率下降 51 %, 96 h吸水 厚度膨胀率下降 53 % 。

试验结果验证了国内外相关研究结论, 即高温热 处理后, 木质材料中大部分半纤维素发生热解, 从而 降低材料的干缩湿胀性半纤维素是无定形的物质, 由两种或多种糖基组成, 其结构具有分支, 主链和侧 链上含有亲水性基团, 因而是木材中吸湿性最大的组 分热处理过程中, 半纤维素中的某些多糖容易裂解 为糠醛和某些糖类的裂解产物, 在热量的作用下, 这 些物质又能发生聚合作用生成不溶于水的聚合物, 从 ?技术 开发 82? ? ?林业科技开发?2008年第 22卷第 6期 而降低木质材料的吸湿性 [ 1, 3]同时, 纤维素的羟基 减少, 结构发生变化, 也可降低吸湿性但纤维素聚 合度降低, 氢键被破坏, 使得木质材料的力学强度有 所损失 [ 4]此外, 高温处理使木质材料抽提物部分 被汽化, 木素中的发色基团和助色基团发生化学变 化, 导致材色加深 [ 1, 3, 5] 3? 结 ? 论 ( 1)用蒸汽高温热处理方法处理竹篾是可行的 本试验采用的 3种处理温度中, 以 190? 处理竹篾压 制的竹材重组材改性效果最佳今后要在处理温度、 处理时间、 加热速率、 试件尺寸、 初含水率对处理效果 方面作进一步研究。

( 2)与对照材相比, 用蒸汽高温热处理竹篾生产 的竹材重组材, 其吸水厚度膨胀率可大幅度降低在 本试验范围内, 热处理温度越高, 竹材重组材吸水厚 度膨胀率越低, 尺寸稳定性越好 ( 3)高温热处理后, 竹材的力学性能有一定程度 的下降, 且 MOR的下降速率高于 MOE 参考文献 [ 1]吴帅, 于志明. 木材炭化技术的发展趋势 [ J]. 中国人造板, 2008, 15( 5): 3 - 6 . [ 2]顾炼百, 涂登云, 于学利. 炭化木的特点及应。