速生材密实化前后其松弛特性研究开题报告

1. 研究目的与意义

木材是国民经济可持续发展的不可替代的基本原材料，据fao（foodandagricultureorganization)预测，由于木材需求量增长迅速，到2010年世界木材总消费量将达到46.95亿m。我国的木材市场存在明显的供求缺口和结构性矛盾，据《中国21世纪议程-林业行动计划》，我国2000年木材需求量为2.05一m，然而生产量只有1.31亿m，缺口达7000万m。近十年来木材消费需求以平均每年1000万m的速度迅猛增加，目前国内木材的消耗近3-3.3亿立方米/a，按照国家林业局下达的十五期间森林采伐限额和按历年我国森林消耗数据，目前国内木材供应缺口近1亿m/a。有关部门预测，2015年我过木材需求量约为3.4亿m，缺口高达1.5亿立方米。

随着我国森林资源的日益匮乏和天然林资源保护工程的全面实施，原水中速生林等低质普通材的利用日益受到重视，其比重在木材应用中逐年增加。如今，木材主要取之于速生林木。木材密实化对其松弛特性的研究是木材加工领域的一个全新的研究。

木材的结构决定了木材的性质，通过密实化与松弛特性研究指导低质人工林材性能改良，可以更好地发挥木材潜在的利用价值。因此，对该方向进行研究开发具有重要的显示意义。

2. 国内外研究现状分析

变形回复的控制技术是密实材的一项关键技术。由于在潮湿的条件下，密实材会因吸水，而产生大量的回弹，木材压密后的一些特性亦随之丧失。压缩率为50%的人工林杉木密实材，如果未经固定处理，在90℃时压缩方向的吸水膨胀率达40%。因此，必须对密实化木材进行变形回复固定处理，以保证其尺寸稳定性。 目前固定木材变形的方法有热处理和软化剂处理等。热处理后压缩木材的吸水性下降，细胞壁结构变化不大，在气干状态下压缩变形可以得到固定；但是，在水热条件下，其体积膨胀率仍会高达30%。经软化剂处理的密实材，其厚度的吸湿回复率仅为2.68%，虽然变形控制的效果较理想，但会产生化学污染，尚待开发环保、高效的变形回复固定方法。

有关木材压缩的技术早在20世纪30年代就已经出现了。美国、德国的军用飞机上为防雷达发现就使用了压缩木;美国在本世纪初就有了一批关于制造压缩木的专利,前苏联在1932年己经制定出炉中加热压缩法(简称干法)和蒸煮压缩法(简称湿法)工艺;40年代日本京都大学木质研究所,采用高温加压方式生产出山毛样、桦木强化木材1231;70年代,印度采用17类树种经压缩后替代进口的鹅耳杨(Carpinus)制造织布机木梭:自90年代以来,随着世界木材工业的迅速发展,各国学者在前人研究的基础上,将木材的压缩及其变形固定的研究推向一个新的高度,为压缩木材成为一种实用的工业化加工技术奠定了良好的基础。由于木材是一种多孔性、粘弹性高分子材料,所以对其压缩后一般情况下都会发生弹性恢复及随着时间的延续而发生的蠕变恢复。为了使试件压缩后的形状和尺寸得以保持固定,必须对其进行必要的处理。对木材压缩变形固定的研究历来是此类问题研究的核心。寻求一种高效合理的永久压缩变形固定的新机理、新方法和新工艺一直是国内外木材科学研究领域鱼待解决的问题。同时,近10年的压缩木研究的主要目的是提高人工林软质材的强度、加工性能及扩大人工林木材的用途,研究内容主要分为木材横向压缩变形和木材压缩变形的定两个方面。目前对木材横纹压缩变形永久固定所采用的方法主要有两大类,向木材内部注入化学药物(化学法)和通过热处理、水蒸汽处理(物理法)等对压缩材进行变形固定处理。国内外的研究学者针对以上两大方法做了大量的研究工作。德国UniversityHambufg研究分析了确定蒸汽处理过程对单板质量特性影响:早在上个世纪20年代,Tiemann利用高温干燥窑来降低木材的吸湿性及干缩湿胀性;stajrn认为在高温下半纤维素会水解为吸湿性低的糠醛;栗山旭fZsl等的研究表明,在200℃左右高温下,木材成分,特别是半纤维素会发生降解,木素和纤维素也会发生一些化学变化。

我国从20世纪30年代起就开始着手压缩木的研究,在50年代末和60年代初也曾研制出煤矿用压缩木锚杆和纺织用压缩木木梭。随着森林资源的减少和速生林的增多,对此类木材利用的研究己经形成一种趋势,我国学者提出了对杨木、柳杉、马尾松、落叶松等材质软、密度小、强度低、工艺性能差的木材进行功能性改良,提高其附加值。1995年,刘一星等人对宽密度变化范围的17个树种,采用典型的6种压缩实验条件,进行横纹大变形压缩实验和数字化数据的采集,经数据分析处理,建立了定量描述木材横纹压缩大变形全领域应力一应变关系的数学表达式,计算值与实测值十分吻合。1995年,方桂珍、刘一星等研究使用不同浓度的水溶性低分子量三聚氰胺一甲醛(MF)树脂处理大青杨木材,并在加热过程中作横纹方向的压缩处理,实验结果表明:经低分子量MF树脂处理的木材试件,抗胀(缩)率(AsE)为47%,阻湿率(MEE)为36%:10%树脂浓度处理的试件在室温条件下浸水可完全保持其压缩变形;17.5%和25%树脂浓度处理的试件在沸水中也可保持其压缩变形。1997年,陈玉和、李强对泡桐压缩木的回弹因素进行了研究;同年,方桂珍、崔永志等人研究了非甲醛系试剂对木材大压缩量变形的固定作用。云南工业大学化工系唐辉等利用预抽真空、热处理和电子束辐射联合进行木材密实化处理。1999年,刘君良利用PF预聚物处理固定木材压缩变形及高温高压水蒸汽处理固定木材横纹压缩变形的研究。以上研究表明,我国在木材功能性改良、木材横纹压缩变形及压缩变形固定等方面的研究己经进入一个新的阶段。2001年,王洁瑛、赵广杰、中野隆人探讨了热处理过程中杉木压缩木材的材色变化规律,以及材色和木材化学主成分变化之间的关系。2002年,刘君良、江泽慧等人分别采用改性异氰酸酷浓度为5%,10%,15%,20%,对美国人工林火炬松(Pinustacda)进行表面密实化处理。改性异氰酸酷浸渍处理后的表面密实化木材,具有一定的阻燃效果:表面耐磨耗性能和表面硬度亦明显改善。2003年,刘君良、李坚、刘一星采用高温水蒸汽处理和加热处理固定大青杨木材压缩变形,并对两种处理结果进行比较。测定了木材的抗胀(缩)率(ASE)、阻湿率(MEE)、质量损失率(WL)、压缩率、压缩变形恢复率等各项指标。结果表明:无论是高温加热处理还是高温水蒸汽处理,木材的尺寸稳定性明显得到提高。在相同温度条件下,当ASE的值超过50%时,高温水蒸汽处理所需要的时间远远小于高温加热处理所需要的时间,当温度为180℃时加热处理需要15一20h,而水蒸汽处理仅需要8min,压缩变形被固定。

3. 研究的基本内容与计划

1. 11月到12月中旬查阅大量速生材密实化及松弛特性的相关

资料并对其进行了解，与老师商讨确定论文题目。

2. 12月中旬到1月上旬就论文题目进一步查找论文材料填写

4. 研究创新点

木材密实化技术能够改善软质木材的物理力学性能，是开发新型木质产品最有前景的技术之一。

对木材进行整体压缩，虽然也能使木材的密度、硬度以及耐磨性能得到提高，但由于压缩木体积的减少，在很大程度上降低了木材的有效利用率。木材表面密实化技术可以使木材的表面密度、硬度等物理性能得到提高，而木材芯部不被压缩，这样木材经压缩处理后体积变化不大，可以有效的降低木材因压缩处理后体积减少而提高成本。通过研究密实化后的松弛特性，对促进我国人工林种植的良性发展，解决木材供需矛盾，减少木材进口量具有极其重要的现实和战略前景。