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该研究采用空气介质中热处理,对径向压缩的杉木试材进行不同温度、不同时间的热处理,然后测定试材在绝干状态或吸湿解吸过程中的蠕变行为.结论为:①热处理杉木压缩木材在常温绝干状态下瞬时柔量和蠕变柔量(8h内)较小,在常温吸湿解吸过程中瞬时柔量和蠕变柔量(8h内吸湿结束时或2 0h内解吸结束时)较大,吸湿木材的瞬时柔量和8h内吸湿结束时的蠕变柔量分别可达绝干木材瞬时柔量和8h内蠕变柔量的1.5倍、3~5倍.②吸湿解吸过程中,热处理杉木压缩木材的蠕变行为不同于典型的木材机械吸湿蠕变,蠕变柔量没有表现出较大程度的增加
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第
24
卷第
2
期
2002
年
3
月
北京林业大学学报
JO
U
RNAL
OF
BEIJIN
G
FORE
sr
RY
U
NIVERSITY
空气介质中热处理杉木压缩木材的蠕变
王
洁瑛赵
广杰
(北
京
林业
大学工学院
)
Vol.
24
,
No.2
M
缸
,
2002
摘要
该研究采用空
气
介
质中热处理,对径向压缩的杉木试
材
进行不同温度
、不
同时间的热处理,然后测定试
材
在绝
干状态或吸湿解吸过程中的蠕变
行
为
.
结论为
:
①热处理杉木压缩木
材
在常温绝干
状
态下
l
瞬时柔
量
和蠕变柔
量
(
8
h
内)
较
小
,在常温吸湿解吸过程中
|
瞬
时
柔 量
和蠕变柔
量
(8 h
内
吸湿结束
时
或
20h
内
解吸结
束时)
较 大
,吸湿木
材
的
|
瞬
时
柔 量
和
8h
内
吸湿结束
时
的蠕变柔
量
分别可达绝干木
材|
瞬
时
柔 量
和
8h
内
蠕变柔量的
1.
5
倍、
3-
5
倍②吸湿解吸过
程中,热处理杉木压缩木
材
的蠕变
行
为
不
同于典型的木
材
机械吸湿蠕变,蠕变柔
量
没有表现
出
较大程度的增加③热
处理对杉木压缩木
材
的蠕变
行
为有很大的影响
.
热处理温度越
高
(特
别
在
200
,
220
q
,
时
间越长,相
应
的试
材
在绝干
状
态或吸湿解吸过程中的瞬时柔
量
越大,某
一
时刻的蠕变柔
量
越大杉木压缩木材在热处理过程中,木
材
细
胞
壁主
成
分发生降解反
应
是各柔
量
增大的
主
要原因⑩且热处理杉木压缩木
材
在绝干状态或吸湿解吸过程中的瞬时柔量、蠕
变柔
量与
相
应
热处理条
件
下
回
复率
(
RS)
的
关
系而
言
,柔
量
越大,
而
越
小
热处
理
温度的
高
低,如
12
∞
,
220
或
140
'
C
,对
柔
量与
RS
之间的关系有影响
关键词
杉木,压缩木
材
,热处理,蠕变
中图分类号
S
78
1.
3
Wang
li
eying; Zhao Guangjie.
Cr
eep
of
compressed
wood
of
Chinese
fir
heat
treated
in
air. }oumal
rf
Be
i-
jing
Fores
町
U
ni
v
ersi
抄
(2
∞
2)
24(
2)
52-
58[
仙,
46
re
f.]
Sc
hoolofT
echnology, Beijing
Fo
r.
U
niv.
,刚刚
3
,
P.
R.
China.
In this study water
s
矶山
at
e
d
and boiled samples of Chinese fir (
Cunninghami
αlα
时
eol
αtα)
are hot
pr
ess
时
,
then heat treated in a
∞
mmon
ov
en, with various treatment temperatures and time.
Th
en their creep behaviors in
也
y
∞
ndition
s
or during adsorption and desorption processes at
room
temperature are measured, respectively.
Th
e
results are:
aT
he heat
tr
e
at
e
d
∞
mpr
esse
d
spec
im
ens of Chinese fir have
low
er instantan
eo
us compliances and
creep compliances under the creep
m
eas
urm
e
nt
∞
ndition
s
of
dry
spec
im
ens, while they have higher instantan
eo
us
∞
mplian
c
四
and
c
r
ee
p
∞
mplian
ces
during adsorption and
d
es
orption.
②
rh
e
让
cree
p
behaviors during adsorption
and desorption
do
not present the typical character
is
tics of
m
ec
han
,
σ
s
orptiv
e
creep.
@r
he conditions of h
ea
t
treatment have great effects on the creep behaviors
of
∞
mpr
essed
wood.
Th
e higher the
t
e
mp
e
ratur
飞
th
e
longer
the time
, then the higher the
in
s
tantaneou
s
∞
mplian
ces
or the
c
r
ee
p
∞
mplian
ces
under certain conditions.
Th
e
d
e
∞
mpo
s
ition
of the main components of
wood
cell wall leads
to
the increase of
th
e
∞
mplian
ces
.
⑩
h
ere
exist
certain relationships be
tw
een
in
s
tantaneo
u
s
∞
mplian
ces
or
cree
p
∞
mplian
c
臼
and
the set
r
e
∞
v
e
巧。
f
heat treated
∞
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resse
d
wood
of Chinese fir.
Th
e higher the
∞
mplian
ces
,
the higher the
re
∞
v e
ry.
Th
e temperature of h
ea
t
treatment h
as
obvious influence on the relationships be
tw
een
th
e
∞
mplian
ces
and the set
r
e
∞
v e
rγ.
Key
words
Chinese fir, compressed
wood
, heat
t
rea
恤
随
时,
creep
木材的
蠕
变行
为属于
木材物
理
流变
学
的范
畴
,
是
木材粘弹性行为的一种,
其
它粘
弹
性行为
主
要还
包
括木材的
应力
松弛和
动态
粘
弹
性
[I
J
木材作为一
种
复杂
的高 分
子
材料,
在 木材
分子
链段
运动
、
分子
流
动
、
结晶
化、
分子取
向
等
过 程
中都
会表
现出粘
弹
性行
200
卜
11-25
收稿
htt
p
:
//
飞
叽
v
w.
chinaiolo.
gov
.
c
n
/
p
e
ri
o
di
c a
V
bjl
yc
也
豆
W
*
国
家自
然科 学基金资
助
(3
007
侃侃)
为
.研究木材的粘弹性对
于
木材
结
构的
设
计,对
于
木
材
学
和木材
技
术方面的一些
基
础理论研究,都
具有
重要
的
意
义.
王培
元[
忡
2-
7ηI
对木材以
及
刨花的流变性
能进行
了
大 量
的研究
Fu
础
s
等
研究
了
木材
初始含
水率、环
境温度等因素
对木材
第 一
作者王洁瑛,女
,
1971
年生,博士主要研究方向木材学电话
。
10
-
62329685
地址
100083
北
京清华
东路
35
号北京林业大学
131
'
第
2
期
王洁瑛
等空气
介
质中
热处
理
杉木 压缩
木材的
蠕变
53
粘弹性行为的影响
Sadoh[II
J
测定了木材经甲酌服或
不同分
子
量的聚乙
二
醇
润胀后的剪切模量和机械阻
尼,得出了木材润胀后粘弹性行为的
三
个状态,即玻
璃态、过渡态和橡胶态
.
Nakano
等
[
1
2J
用
三
氟醋酸醋
充胀试材,使试材
获得不同程度
的增
重
,然后测
定试
材在
30-
2
∞℃内的
剪
切应力松弛,认为醋含量对
木材的应力松弛行为具有很大的影响.则元
等
人[口
,
叫研究了木材改性如乙毗化、甲醒化、聚乙
二
醇充
胀
等
对木材的蠕变、动态粘弹性和机械吸温蠕
变的影响,
发
现木材的甲醒化和乙毗化能有效地抑
制木材的机械吸湿蠕变·而亲水性药剂对木材的充
胀,如聚乙
二
醇
的充胀环
氧
树脂的醋化
等
虽然能提
高木材的尺寸稳
定
性,但加剧了木材的机械吸湿蠕
变
Sugiyama
等
[
1
5
J
研究了温度变化引起的几种化学
处理木材动态粘弹性的变化
Aoki[
町
等
报道木材在
二
甲
基
甲帆(
DMSO)
等
溶液中非结晶化的过程中,随
着
结晶度降低,木材的蠕变柔量明显增大
Surr
时
a[
口
I
等发
现脱木
素
、脱半纤维
素
处理木材的蠕变比未处
理材的显著
Annstrong
,
Zhou
等
人
[1
8-
却
I
对
水分非平
衡态下木材的变形行为进行了多方面的研究,归纳
了木材机械吸湿蠕变的一些典型特征·如在循环的
吸湿和解吸过程中,木材在第一个吸湿过程中,蠕变
量
很大;而在后续的吸湿过
程中
,
会有
一
定程度
的蠕
变回
复
;在所有的解吸过 程中
,初期蠕变迅速增大,
然后其变化会趋
于
平缓
.
Leiceste
r[
30
J
,
Mukudai[31
-
33J
,
Hunt[34
J
等
构筑了模拟机械吸湿蠕变的力
学
模型,用
来解释
木材的机械吸湿蠕变行为.
作者
曾经讨
论了热处理杉木压缩木材的回
复率
(
RS)
与无压缩杉
木木材的
重量
损失率(眈)、抗收
缩率
(ASE)
,
以及热处理杉木压缩木材的材色
与
邸,
IT
尘
,
ASE
之
间的变化规律;热处理杉木压缩木
材红外光谱的变化规律
y
射线
辐
射杉木压缩木材
的蠕变和变
定固定
情况
并且
在此基础上讨论了热
处理永久固
定
木材变
定
的机理
[35 -
38J
为了进一步探
讨木材压缩变定固定的机理,本文通过研究空气介
质中热处理杉木压缩木材在绝
干
状态或吸湿解吸过
程
中的蠕变行为,讨论了瞬时
柔量
、蠕变
柔量与
热处
理温度、时间,以及与
RS
的变化规律,探讨了热处
理过程中杉木压缩木材细胞
壁主
成分的变化,以及
由此引起的木材细胞
壁分
子
运动单元的变化与蠕变
行为之间的
关
联
.
l
材料与方法
1.
1
材料
木材树种为杉木
(
Cunninghami
αlα
nceolat
α)
,饱
水软化试件先
经
过径向压缩,压缩率约
50%
,然后
在空气介质中进行热处理
.热处
理温度包括
140
,
160,
180
,
2
∞和
220
o
c[
均.测
定蠕
变的试材尺寸约
1
∞
mm(
轴|句
)
X 8
mm(
弦向)
X
l.
6
mm(
径向)
1.
2
蠕变测定方法
本研究中测定了试材在绝
干
状态或吸温解吸过
程中
的蠕变行为.蠕变测
定装置
见图l.在一密闭容
器内,采用悬
臂
梁加载方式,对试材径向施加载荷,
载荷重
91
g(
O.
891
8
N)
,悬
臂
梁跨
度
6.5
CIll.密闭容
器内可调温调湿,在蠕变测
定
过 程
中保持恒温
25
O
C
,在吸温解吸过
程中
的吸温阶段、解吸阶段分别用
KN0
3
,
K
2
C0
3
饱和水溶液调湿,这两种溶液在
25
0
C
时的相对湿度分别为
949
毛,
439
毛
[
39J
测 定
中用传感
器分别测
定试
材的挠
度
、密闭环
境
内的温
度
和相对
湿度,经过A/
D
转换后用计算机自动采
集
,
并
输出.
4
l
密闭容器
2
位
移传 感器
3
温湿度传感器
4
试材
5
文 架
6
计
算机
(
数据采集
)
7
怯码
图
l
蠕变测定装置示意图
FICURE 1 Schematic diagram of
th
e system
for
measuring creep
2
结果与分析
2.1
绝干状态下热处理杉木压缩木材的蠕变
2.
l.
1
绝干
状态下热处理杉木压缩木材的蠕变
杉木压缩木材在室温绝
干
状态下典型的蠕变曲
线见图
2
其热处理温度为
2
∞
O
C
,热处理时间分别
为
1
,
2
,
3h
时,蠕变测定时间为
8h
或lO
h
施加荷载
后
,木材产生瞬时变形
因为
荷载较小(木材的
弯
曲
破坏强度按
130MPa
计算
[35
J
)
,木材变形在线性变形
范围内,所以认为瞬时变形是弹性变形,与应力无
关
,而瞬时
柔量是
木材弹性模
量
的倒数.弹性变形
是
外力作用下,木材分
子
链内部的键长和键角即刻发
生变化引起的,木材的弹性模量越大,弹性变形越
小.随
着
蠕变测定时间延长,
柔量
有所增大,这时变
形应该认为是木材分
子
的蠕变变形,
是
外力作用
下,
木材分
子
的一些小尺寸
单元
(如侧
基
、支链、
主
链或
支链上的各种功能团、个别链节和链段的
某 一
部分,
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