木材的尺寸稳定性处理_刘培义
提高木材尺寸稳定性的方法
两 大 类 ,本 文 着 重 介 绍 几 种 物理 法 。
图 1 液 体 与 固体 表 面 张 力分 布 只 有 当 c s d o 即 > 9 。 , 触 角 为 ot ? , O时 接 钝 角 ,液体 不 能 润 湿 固 体 ,液 体 将 沿 固体 表 面 收缩 成球 状 ,防水 处 理 即 提 高 木 材 对 水 的
纤 维 素 和 木 素 组 成 ,在 纤 维 素 和半 纤 维 素 分
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木材的尺寸稳定性与变形控制技术
木材的尺寸稳定性与变形控制技术木材是一种常见的建筑和家具材料,但由于其本身的特性,特别是在湿度变化的情况下,木材容易发生尺寸变化和变形。
为了解决这个问题,工程师和木材使用者们一直在致力于研究和开发控制木材尺寸稳定性和减少变形的技术。
本文将探讨木材的尺寸稳定性与变形控制技术的关键方面。
一、木材尺寸稳定性的问题湿度是导致木材尺寸变化和变形的主要因素之一。
当木材吸收水分时,其纤维会膨胀,导致木材变大;当木材失去水分时,纤维则会收缩,导致木材变小。
这种尺寸的变化会对木材及其周围构件的结构和功能产生负面影响。
二、湿度调节技术1. 保持恒定的湿度为了控制木材的尺寸稳定性,可以尽量保持木材所处环境的湿度恒定。
这可以通过使用湿度控制设备,如加湿器和除湿器来实现。
定期检查和调整这些设备的湿度可以减少木材尺寸变化的程度。
2. 预处理木材在使用之前可以进行预处理,以减少其受湿度变化的影响。
热处理和压缩处理是两种常用的方法。
热处理通过将木材加热至一定温度,使其纤维中的水分蒸发,减少尺寸变化的可能性。
压缩处理则是将湿润的木材放入特殊的机器中施加压力,使其变形,并在压力释放后固定成所期望的形状。
三、防变形技术1. 加强木材的结构通过增加木材的结构强度和刚度,可以减少尺寸变化和变形的可能性。
这可以通过在木材中添加金属插件、榫卯结构或玻璃纤维增强材料来实现。
这些增加的结构元素可以增强木材的整体稳定性,减少尺寸变化和变形。
2. 表面涂层在木材表面涂上一层保护性涂层是一种常见的防变形技术。
这种涂层可以防止木材表面吸湿和失湿,从而减少木材的尺寸变化和变形。
常见的涂料包括漆或清漆,其具有封闭木材表面的功能,减少与环境湿度的接触。
3. 节理设计在木材的设计和加工过程中,合理的节理设计可以减少尺寸变化和变形的可能性。
有经验的工程师和设计师可以根据木材的特性和实际使用环境,制定出合适的节理设计方案,以减少木材的变形。
结论木材的尺寸稳定性与变形控制技术是解决木材在湿度变化下尺寸变化和变形问题的关键。
木材的尺寸稳定性处理
木材的尺寸稳定性处理
刘培义;孟国忠
【期刊名称】《木材工业》
【年(卷),期】2003(017)002
【摘要】尺寸稳定性处理是提高木材应用范围的主要途径之一,处理方法很多,效果各异.本文广泛收集当今在木材尺寸稳定处理方面的研究成果,对各种处理方法作了概括性的阐述,可为从事该方面研究和应用的人员提供理论支持和参考.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】刘培义;孟国忠
【作者单位】南京林业大学,南京,210037;南京林业大学,南京,210037
【正文语种】中文
【中图分类】S781.62
【相关文献】
1.热处理改性木材的性能分析Ⅴ——热处理木材的尺寸稳定性能 [J], 陈人望;李惠明;严婷
2.高温水热处理对马尾松木材尺寸稳定性和材色的影响 [J], 蔡绍祥;王新洲;李延军
3.热处理对三种木材尺寸稳定性的影响 [J], 吕蕾; 周亚菲; 刘珊杉; 张倩; 丛德宝
4.超疏水处理对木材尺寸稳定性与力学性能的影响 [J], 邓松林;邓训和;贾闪闪;罗莎;卿彦;刘怡康;吴义强
5.浸渍处理对木材尺寸稳定性影响研究进展 [J], 秦泽秀;张银亮;刘明利;李春风因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
如何提高木材尺寸稳定性的机理
浅谈如何提高木材尺寸稳定性的机理【摘要】解决木材尺寸稳定性的机理问题,长期以来一直是提高木材使用价值的重要课题。
本文分析了影响提高木材尺寸稳定性的机理的主要原因和提高木材尺寸稳定性的机理具体方法。
【关键词】稳定性;膨胀量;纤维素;干缩率关于木材改性目前基本上有两个目的:改进木材由于含水率变化的尺寸稳定性,以及提高木材的物理—力学性质。
所以提高木材尺寸稳定性的机理的问题是我们研究的重点内容。
木材和其他植物的物质一样,都是由它的水溶性组分沉积而形成的。
这些沉积的组分——纤维素、半纤维素、木质素等多属于高聚物,而不再能溶于水,然而水却能溶于其中,在极性的羟基上形成固体溶液。
因此木材具有吸湿性,其含水率随着大气相对温度的改变而增减,并且伴随着木材的干缩与湿涨。
由于木材细胞壁结构的抑制作用,膨胀量是有限制的。
木材细胞薄的初生壁与次生壁的s1和s3层包含的纤丝几乎是垂直缠绕着细胞长轴,这些纤维就像起抑制作用的环一样,天然地给予木材一定程度的稳定性。
倘若没有纤丝缠绕起这样的抑制作用和纤维素链状分子事的微晶区存在,木材的膨胀将比实际的膨胀量大4—10倍。
尽管如此,干缩与湿胀终究仍然是木材利用中的一个主要缺陷。
木材的湿胀与干缩是木材利用中的一个缺陷。
木材的湿胀与干缩是非常各向异性的,一般轴向的湿胀率或干缩率只有垂直纹理方向的几十分之几,而弦向的湿胀率或干缩率又大致是径向的两倍;因此湿胀或干缩不但会引起木材的尺寸变化,而且还会导致木材形状的变化,致使木材会发生开裂、翘曲等弊病。
关于如何解释径向与弦向湿胀率或干缩率的差别,skaar曾归纳为:射线的抑制作用;密度大的晚材弦向干缩率大于早材,迫使早材弦向干缩率增加;由于径切面上纹孔聚集的数目多,致使纤丝的倾斜率加大;径向胞壁间的胞间层厚,因而径向干缩率较弦向的小。
提高木材尺寸稳定性的机理在木材和纤维互材料的膨胀现象中有两个独立的因子:固体物质的内部膨胀和这个膨胀量传递给外部尺寸的变化。
木材尺寸稳定性研究进展.
木材尺寸稳定性研究进展摘要:木材尺寸稳定性处理是扩大木材应用范围、提高木制产品质量的重要途径之一。
尺寸稳定化处理的方式很多,本文列举了目前已经在工业化生产中应用的主要方法以及实验研究中新发现的一些改性处理途径,并分析了不同方法的优势和不足。
关键词:尺寸稳定性、木材改性、热处理、物理方法、化学方法1木材的尺寸不稳定原因木材属多孔性材料,大的孔隙如细胞腔和纹孔等,小的如微纤丝间隙,而且木材中又含有许多亲水基团,使得水分很容易渗透到木材内部,且与木材中某些成分以化学键或氢键形式结合,引起纤丝的润胀,从而使木材尺寸发生变化,即木材的干缩湿胀性能。
更重要的是,木材为各向异性材料,各方向上随木材含水率变化而不均匀胀缩,易产生翘曲、变形、开裂等缺陷,极大地制约了木材的应用范围。
因此,改善木材的尺寸稳定性对木材的高效利用具有重要的意义。
[1]2木材的尺寸稳定性改善方法提高木材尺寸稳定性的方法有很多,美国的A.J.Stamm曾把这些方法分为五大类: ①用交叉层压的方法进行机械抑制、②用防水涂料进行内部或外部涂饰、③减少木材吸湿性、④对木材细胞壁组分进行化学交联、⑤用化学药品预先使细胞壁增容。
[2]而根据化学药剂是否与生物质材料细胞壁组分发生化学反应的观点,可以将将尺寸处理方法分为物理法和化学法两大类。
2.1物理方法2.1.1防水处理防水处理即提高木材对水的润湿、浸透的抵抗能力,通过使用处理剂对木材内外表面覆盖、堵塞吸水通道等措施,达到防水目的。
常用的处理剂有石蜡、亚麻油、各种油漆和有机硅树脂等。
研究发现,用辐射松、黑松、赤松和瓶树树皮的苯醇抽提物处理木材、其拒水性增强,原因是由于羟基脂肪酸在处理材面高度定向排列。
[2]2.1.2防湿处理防湿处理最常用的方法是在木材表面涂饰涂料或胶贴贴面材料,以延缓湿空气在木材中的扩散速度,降低木材对水蒸气的吸着速率。
但涂层老化、脱落后,处理材随即失去防湿效能。
至于内部涂饰,是将防水性材料溶于挥发性溶剂中浸渍木材,待溶剂挥发后拒水材料留存于生物质材料内表面。
实木家具尺寸稳定性的处理方法
具协 会联合 会会 长 ;伊 松林 ,博士 ,北京林
业大学教授 。
2 木 材 的 尺 寸 稳 定 性
作 为 一 种 天 然 生 成 的 有 机 体 , 材 木 具 有 一 定 的 吸 湿 性 当 外 界 环 境 温 度 变
但 一 般 的 消 费 者 却 在 一 些 大 众 媒
木 、 接 板 和 细 木 工 板 上 贴 木 皮 这 些 指
部 湿 润 的 海 边 到 干燥 的 内 陆 , 要 保 持 都
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实木家具尺 寸稳定性 的处理方法
T r he T eat en sf ens onalS abiiy of m t orDi m i t t l
W ooden F niur Ur t e
作为一种天然生成的有机体 ,木材具有一定的吸湿性 ,当外界环境温度变化时 ,木材也会随之产 生 干缩 湿 胀 现 象 。因此 ,对于 实 木 家 具来 说 ,保 持 良好 的 尺 寸稳 定 性 显 得尤 其 重 要 。本 文 分析 了 木材 尺寸不稳定的原 因,以及减少木材细胞壁胀缩 的传统方法 ,最后介绍了用热处理或热改性方 法 ,即木 材 炭 化来 保 证 木材 尺 寸 稳 定性 的 方 法 。 作 林 新 伊 林 编 陈 淼 者: 作 松 辑 浩
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第17卷 第2期Vol .17 No .2木材工业CHINA WOOD INDUSTRY 2003年3月March 2003收稿日期:2002-07-24作者简介:刘培义(1978—),男,南京林业大学木材工业学院硕士研究生。
讨论与建议木材的尺寸稳定性处理刘培义,孟国忠(南京林业大学,南京210037)摘要: 尺寸稳定性处理是提高木材应用范围的主要途径之一,处理方法很多,效果各异。
本文广泛收集当今在木材尺寸稳定处理方面的研究成果,对各种处理方法作了概括性的阐述,可为从事该方面研究和应用的人员提供理论支持和参考。
关键词: 木材;尺寸稳定性;微纤丝;含水率中图分类号:S 781.62 文献标识码:A 文章编号:1001-8654(2003)02-0024-03Treatment for Wood Dimensional StabilityLIU Pei -yi ,M ENG Guo -zhong(Nanjing Forestry University,Nan jing 210037,C hina)Abstract : T reatm ent for w oo d dimensional stability is an effective measure to im prov e w ood pr operties and br oaden its use .This paper review ed the research on the dim ensional stability of w ood ,including sev eral principle tr eating methods as w ell as their mechanisms ,effects and applications.It offers a g eneral refer ence for tho se engaged in this field.Key words : Woo d;Dimensional stability ;Micr ofibril;Mo istur e content 木材属多孔性材料,大的孔隙如细胞腔和纹孔等,小的如微纤丝间隙,而且木材中又含有许多亲水基团,使得水分很容易渗透到木材内部,且与木材中某些成分以化学键或氢键形式结合,引起纤丝的润胀,从而使木材尺寸发生变化,即木材的干缩湿胀性能。
更重要的是,木材为各向异性材料,各方向上随木材含水率变化而不均匀胀缩,易产生翘曲、变形、开裂等缺陷,极大地制约了木材的应用范围。
因此,改善木材的尺寸稳定性对木材的高效利用具有重要的意义。
木材的胀缩归根到底是由于水分渗到微纤丝间,增加纤丝间的缝隙,进而影响木材尺寸的变化,而在一定条件下微纤丝间隙的增加是有限度的。
如果在其充分润胀的条件下,向这些间隙内填入某种物质,限制其在水分降低时回复到原来状态,即可达到稳定尺寸的目的。
但木材中只有吸着水才能引起木材尺寸的变化,这部分水和木材是以化学键和氢键形式结合的,如果将木材中的亲水基团(主要指—OH)除去或减少,由此降低木材的吸水率,也能增加木材尺寸的稳定性。
根据处理方法及效果,美国的Stamm A J 把木材尺寸稳定性处理的方法大致分为五类:(1)用交叉层压的方法进行机械抑制,如胶合板生产中的单板按纹理交叉方向组坯就是利用这一原理。
(2)防水涂料的内部或外部涂饰,主要有油漆涂刷、石蜡等有机防水剂的浸渍处理。
(3)减少木材吸湿性,包括木材中极性物质的抽提或用树脂浸渍处理木材等。
(4)对木材细胞组分进行化学交联,现绝大多数化学处理都是应用此原理。
(5)用化学药品预先使细胞壁增容,包括树脂浸渍,向木材中浸入不溶性无机盐,将酸、醇等浸入木材后进行酯化反应等。
在实际应用中,经常是同时采用几种方法或是一种方法也能起到多种作用。
随着科技的进步,木材的尺寸稳定处理还有更新颖方法,如对木材进行金属化或陶瓷化处理,不但增加了木材的尺寸稳定性,还能增加许多其它优良性能。
・24・本文就木材尺寸稳定化处理的研究和应用作一介绍。
1 添加憎水剂向木材中添加一定量的防水剂(憎水剂),如石蜡、干性油、蜂蜡、硅油或亚麻仁油等。
这种处理方法操作简单,价格便宜,防水率可达75%~90%,抗胀缩率(AS E)达70%~85%。
主要用于刨花板或纤维板生产,将此防水剂以乳液的形式喷入碎料或纤维表面,加入量为1.0%~2.5%。
处理后的板材表面活性有所下降,胶合性能和制品的力学性能略有降低。
2 油漆处理对实木或板材进行油漆处理是使其防湿的行之有效的方法。
用油漆将木材表面覆盖,可阻塞水分通往木材内部的通道。
通常采用硝基漆、氨基醇酸树脂等合成树脂漆对木材进行多次反复涂刷,这样既达到防湿目的,同时也起到美化木制品的效果。
但这种方法是非永久性的,板材表面一旦遭到破坏,防水效果就会下降。
在油漆表面用石蜡或烯烃类树脂膜覆盖,可达到更好的效果。
3 树脂浸渍处理将低分子量的酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)、三聚氰胺树脂(M F)、聚乙酸酯(PC)等树脂浸入木材内部,加热使其在木材内部缩聚成不溶物,填塞于纤丝间隙、纹孔以及细胞腔内,使纤丝间隙充分胀大,同时阻碍水分进入木材,达到稳定尺寸的目的。
处理后木材的AS E随树脂的留存量(P L)的增加而增加。
而且,固化后的树脂沉积于细胞壁内部,能对细胞起到加强作用,因此,经此法处理的木材力学强度会增加很多(可达50%),但韧性有所下降。
例如,以20%浓度的PF浸渍木材,当P L为46%~49%时AS E为70%。
以低分子量M F(摩尔比为1∶2.5~3)浸渍木材,处理后A SE达47%,抗吸湿能力(ME E)可达36%,且材色无明显变化。
用PC树脂浸渍木材,处理后木材AS E达80%以上,平衡含水率很低(仅3.1%),而且此法处理木材内应力小,力学性能增加,材质结构均匀,表面光洁。
采用真空加压的方法,用PVAc(5%)+M F (50%)浸渍木材,不但处理后木材尺寸稳定和色差小,还具有一定韧性。
4 酸、醇浸渍处理将低分子的有机酸及醇的混合液浸入木材,在一定条件下使其在木材内部发生酯化反应,生成高分子不溶物填充于木材微纤丝间隙,使木材充胀,同时有机酸还能部分地与木材中—OH反应,提高木材尺寸稳定性,减少木材吸水性。
例如:顺丁烯二酸(M)和丙三醇(G)的混合液(M/G=3∶1)浸入木材,在一定条件下处理后木材的PL=23%~30%,A SE达40%左右,同时还能提高其抗湿性。
但此法处理木材有刺激性气味,还易引起木材的轻微水解,力学性能也有所下降,所以很少使用。
5 聚乙二醇(PEG)浸渍处理用低分子量(n=1000~4000)的PEG水溶液浸渍木材,使木材充分润胀,干燥后PEG以蜡状留存于细胞壁,使细胞壁处于膨胀状态,从而提高了木材尺寸稳定性。
如用PEG浸渍处理木材7d,A S E达60%,处理后的木材不仅耐磨性和韧性增加,而且还具防腐、阻燃效果。
6 极性物质抽提木材中相当部分的水分是与木材中的极性基团(—OH)或极性物质结合的,将木材中极性物质抽出可降低木材的吸水率,从而提高尺寸稳定性,但该法易使木材中半纤维素部分水解,使其力学性能下降,还引起材色的碱变色(变暗)。
如用1.0%NaHCO3溶液抽提兴安落叶松可使心边材的AS E分别达到44.6%和62.8%(心边材中抽出物含量不同)。
7 加热处理热作用下可使木材中—OH相互结合脱出水分子而形成新的化学键,减少了木材中的极性基—OH,降低木材的吸水率,提高尺寸稳定性,干燥处理后会产生吸湿滞后现象也即此原因。
但在高热作用下,木材会因部分热解而引起强度下降。
8 乙酰化处理乙酰化处理是学术界研究最热门的课题之一,其原理是用乙酰基(CH3CO—)置换木材中的羟基(—OH),进而减少木材中的亲水基,起到降低木材吸水率的作用。
而且乙酰基的导入,可产生酯化反应的不溶物填入微纤丝间隙形成充胀效应,从而达到稳定木材尺寸的目的。
通常的方法是用乙酰剂(如乙酸酐、乙・25・第17卷 第2期 木材工业2003年3月酰氯、硫化醋酸等)在催化剂(如吡啶、高氯酸镁等)的作用下,在一定条件下处理木材数小时后干燥,可使PL达25%,A SE达70%,同时ME E也显著增加。
用该法处理的木材尺寸稳定性好,耐腐性增强,纤维制品延展性低,制品表面平整,密度均匀,无毒性,而且木材本身强度不会下降,目前在国外已进入应用阶段。
9 异氰酸酯处理异氰酸酯基易与木材中羟基反应,使木材中亲水基(主要是—OH)减少,从而达到稳定尺寸的目的。
其原理为:WOOD—OH+R—N=C=O—WOOD—O—CO—NH—R常用的药剂有:甲苯异氰酸酯(TDI)、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(M DI)等。
可用液相法或气相法处理,留存率随含水率增加而下降。
处理后木材尺寸稳定性好且持久,强度增加,但韧性略有所下降,如P L 为30%时,A SE达70%。
但此处理法所需原料价格高,且有剧毒,必须有严格的操作技术、设备和作业条件,所以其应用亦受到一定限制。
10 甲醛处理甲醛在强酸或无机盐的催化作用下,可与木材中的—OH发生交联反应,形成亚甲基化合物,从而减少木材与水分的结合机会,达到稳定尺寸的目的。
用该法处理木材,甲醛留存量小,尺寸稳定性好,而且在高含水率条件下木材的强度比未处理材大得多。
但由于要采用强酸催化,会使木材在酸和水的作用下部分水解,力学强度有所下降,而且甲醛具毒性,处理不当会污染环境,在实际应用中还有一定的局限性。
如用丹宁、蔗糖或聚乙二醇对木材进行前期处理后,用HCL催化、在t=95℃条件下,甲醛处理木材2h后,甲醛留存率为2%~4%,A SE达60%~70%。
11 金属化及陶瓷化处理用低熔点金属或陶瓷材料注入木材细胞,限制木材的胀缩性,从而增强木材的尺寸稳定性,同时可大大增加木材的强度。
其实,此法处理后所得到的是一种复合材料,具有许多优良性能,这也是目前科研的热门之一。
如用合金(其中铋50%、铅31.2%、锡18. 8%,熔点97℃)在130~150℃条件下浸注木材20~60min,可大大提高木材的尺寸稳定性。
总之,木材的尺寸稳定性处理的方法很多,具体应用时应结合木材的使用场合、技术成本、原料来源及成本、处理工艺、环境要求、处理材材性等要求来选择最佳的处理方案。
目前,木材稳定性处理在的应用主要用于制作模具、浴池、轴承等特殊场合。
参考文献:[1] 李坚.木材尺寸稳定化[J].中国木材,1994(2):23-31.[2] 朱家琪.木材乙酰化的研究及进展[J].林业科学,1994,30(3):272-279.[3] 李筱莉.马尾松、麻栎、江南桤木用聚乙二醇改性研究[J].木材工业,1994,8(2):17-20.[4] 陈光华.马尾松改性作木模材的研究[J].中南林学院学报,1994,11(2):141-147.[5] 罗建举.脲醛树脂改性木材的研究[J].木材工业,1993,7(2):19-22.[6] 王军.大青杨PF及UF处理研究[J].吉林林业科技,1992(2):40-42.[7] 马世春.汽蒸处理改善木材尺寸稳定性初探[J].木材工业,1998,12(5):36-37.[8] 方桂珍.低分子量三聚氰胺树脂固定杨木压缩回弹技术的初步研究[J].木材工业,1996,10(4):18-21.[9] 刘正宇.木材之化学改质及其胶合性研究(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)[J].林产工业(台),1998,17(2):305-320;2000,19(2):229-239.科技信息预应力竹条胶合板预应力竹条胶合板是以竹条或竹片弦向集成胶合而成的新一代竹条胶合板,其与竹编、竹帘胶合板的结构完全不同,为了提高横向刚度和抗剪能力,其集成方向施加了预应力,具有如下结构特点: 强度高,刚度大,耐磨性能好。