1. 研究目的与意义
竹子是一种既同于木材又不同于木材的特殊材料。
它刚度好,强度大,而且化学成分与木材类似, 主要为纤维素、半纤维素和木质素, 因此, 竹材是木材最佳的代替品。
同时竹材是具有节间组织的各向异性生物质材料,在径向和纵向具有高度变异性。
2. 国内外研究现状分析
国内外相关研究单位也对竹材软化处理进行了不同的研究。
amy的研究发现,热处理温度在120℃以内,竹材纤维素和木质素没有发生变化,半纤维素有微量降解,但对静曲强度的影响不大,静曲强度的增加是由水分的蒸发所引起的,在纤维饱和点以下,竹材的静曲强度随含水率的降低而增大,因此这一阶段竹材的静曲强度的增加主要是由于竹材的含水率降低引起的;raimo a的研究发现,在热处理过程中,水作为催化剂能促使纤维素、木质素和半纤维素分子链通过酸水而破解,从而加速了聚合体的降解,导致竹材的静曲强度急剧下降。
国家木质资源综合利用工程技术研究中心的林勇等以6年生竹材为研究对象,分别采用160、180、200℃的温度对竹材进行4h热处理,发现竹材的静曲强度和顺纹抗压强度均随热处理温度升高呈下降趋势,200℃热处理竹材与未处理相比分别减少了30.09%和1.30%,竹材顺纹抗拉强度比顺纹抗压强度下降更为明显,达58.98%,而弹性模量随热处理温度升高呈上升趋势,上升了13.60%;浙江农林大学汤颖等采用热处理温度为160、180、200℃,热处理时间为2、4、6h的高温热处理工艺对毛竹竹材进行改性处理,发现随着热处理温度升高和热处理时间延长,热处理毛竹竹材抗弯强度下降,抗弯弹性模量略微上升后呈下降趋势,其中200℃,6h热处理毛竹竹材与未处理毛竹竹材相比,抗弯强度减小了84.5mpa,抗弯弹性模量减小了1.86gpa。
3. 研究的基本内容与计划
1、研究内容:(1)研究毛竹材在不同含水率0%、10%、20%、30%、40%、60%、100%等条件下的物理力学性能;(2)研究毛竹材在常压蒸煮下20℃、40℃、60℃、80℃、100℃温度处理,不同处理时间的物理力学性能;(3)研究毛竹材在压力喷蒸或蒸煮条件下120℃、140℃、160℃、180℃、200℃温度处理,不同处理时间的物理力学性能;(4)研究毛竹材部位对其物理力学性能的影响。
2、研究计划:2015年13月:采集和确定研究所需毛竹材的样品;收集资料、阅读文献,确定具体实验方案;2015年34月:毛竹材软化处理后物理力学性能的测试;研究不同的含水率、部位、温度、时间对毛竹材试件的物理性能的影响,得出毛竹材的最佳热处理工艺;2015年5月 总结、撰写毕业论文
4. 研究创新点
目前国内外关于木材热处理技术在工艺和应用上的研究已经比较成熟 ,在荷兰、法国、芬兰等国家都已经实现了热处理木材的生产和应用。
但是国内外关于竹材热处理的研究还很少。
同时高温蒸汽热处理是一种绿色环保的物理改性方法, 与其他化学改性方法相比, 生产过程中污染少, 处理工艺较简单, 且使用过程中不会因化学药剂的流失、挥发而降低防腐效果, 也不会对人体造成伤害。
