本發(fā)明涉及木材性能檢測(cè)，具體地說(shuō)，涉及一種木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

1、木材是一種多孔結(jié)構(gòu)的天然高分子材料。干燥木材具有明顯的彈性材料特征，但由于構(gòu)成木材多孔結(jié)構(gòu)骨架的細(xì)胞壁成分具有可塑性，在遇到水、氨、低分子醇、酚等極性無(wú)機(jī)或有機(jī)氣體或者液體時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹，使木材的彈性模量降低，軟化溫度下降，即可呈現(xiàn)塑性材料的特性。利用木材的多孔結(jié)構(gòu)和可塑性特性，對(duì)木材實(shí)施壓縮密實(shí)化、整形壓縮以及單維和多維彎曲等木材塑性改性，不僅能提高木材的密度、硬度、強(qiáng)度和模量等物理力學(xué)性能，改善木材的耐磨性、握釘力等加工性能，而且可以改變木材的宏觀、微觀結(jié)構(gòu)和木制品造型，因此，長(zhǎng)期以來(lái)木材的可塑性始終是木材科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2、利用木材的可塑性壓縮或彎曲木材時(shí)，加載外力前必須對(duì)木材進(jìn)行充分的軟處理，以確保木材細(xì)胞壁不被破壞。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的屈服點(diǎn)是判斷木材軟化的主要方法。目前檢測(cè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法主要以下三種，即差示掃描量熱法、靜態(tài)熱機(jī)械分析法、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法。差示掃描量熱法是通過(guò)測(cè)量材料的比熱容隨溫度的變化，靜態(tài)熱機(jī)械分析法是依據(jù)聚合物在一定外力作用下，不同溫度下表現(xiàn)出的形變變化，動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法是利用聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程中粘彈性的改變，判斷材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。這些方法對(duì)材料的熱效應(yīng)、樣品的大小和形態(tài)、試樣制作等有一定的要求，而且由于檢測(cè)試樣較小，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，受檢測(cè)環(huán)境濕度平衡時(shí)間長(zhǎng)等因素的限制，對(duì)于含水率變化很大的材料，目前這些檢測(cè)方法很難獲得準(zhǔn)確的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)試結(jié)果。

3、屈服點(diǎn)是根據(jù)木材受力情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線確定木材軟化點(diǎn)，表征木材軟化狀態(tài)的常用的參數(shù)。由于木材在受力情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線能科學(xué)地再現(xiàn)了木材彈塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程，同時(shí)根據(jù)停止外力加載后的應(yīng)力-變化曲線也可以再現(xiàn)應(yīng)力松弛過(guò)程，因此，將不同含水率木材在不同溫度下受力時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變過(guò)程，利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的測(cè)定系統(tǒng)記錄下來(lái)，再根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析確定屈服點(diǎn)，可以獲得不同含水率木材及其他材料屈服應(yīng)力和應(yīng)力松弛過(guò)程。根據(jù)這種思路和方法開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備，在木材壓縮密實(shí)化、整形壓縮以及單維和多維彎曲等木材改性研究及其相應(yīng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工藝優(yōu)化等方面具有重要價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置及方法。本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，本發(fā)明的測(cè)試方法可測(cè)定不同含水率木材在不同溫度下的屈服應(yīng)力，以及可測(cè)定壓縮木材的壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程，具有操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置，包括熱板夾持裝置、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和熱板間密閉裝置，所述熱板夾持裝置包括上壓板、下壓板和加熱系統(tǒng)；所述加熱系統(tǒng)分別與上壓板和下壓板連接；所述力學(xué)試驗(yàn)機(jī)包括底座、外力加載裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述外力加載裝置的下端經(jīng)數(shù)據(jù)采集裝置與上壓板連接；所述下壓板與底座連接；

3、所述熱板間密閉裝置用于應(yīng)力松弛測(cè)定，加載在上壓板或下壓板上；所述熱板間密閉裝置包括框架和腔體，所述框架開(kāi)口側(cè)端面開(kāi)槽并安裝密封條；所述腔體連接有氣流控制通道、溫度測(cè)控通道和壓力測(cè)控通道；所述氣流控制通道用于向腔體內(nèi)導(dǎo)入或從腔體排出氣體，以控制腔體內(nèi)的氣體介質(zhì)組成和壓力；所述溫度測(cè)控通道用于安裝溫度傳感器，以監(jiān)控腔體內(nèi)溫度；所述氣體壓力測(cè)控通道用于安裝氣體壓力表，以監(jiān)測(cè)腔體內(nèi)的氣體壓力。

4、上述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置，所述上壓板上部設(shè)有第一連接裝置，所述下壓板下部設(shè)有固定裝置；所述數(shù)據(jù)采集裝置的下端設(shè)有第二連接裝置，第二連接裝置與上壓板的第一連接裝置連接；所述下壓板經(jīng)固定裝置與底座連接。

5、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置，所述上壓板和下壓板的尺寸均為8cm-40cm的正方形或者是以上述正方形邊材為直徑的圓形，厚度大于4cm，材質(zhì)為鋼板或耐高溫高壓材料；所述熱板間密閉裝置的框架采用耐氣體壓力和機(jī)械壓力的材料。

6、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置，所述熱板間密閉裝置的幅面尺寸與上壓板或下壓板的尺寸一致或小于壓板尺寸，所述熱板間密閉裝置的腔體為圓形或橢圓形。

7、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置，所述框架的高度大于5mm，所述框架的壁厚寬度大于2cm。

8、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置的測(cè)試方法，采用熱板夾持裝置對(duì)木材進(jìn)行夾持，利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試木材屈服應(yīng)力和應(yīng)力松弛過(guò)程，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置獲得測(cè)試過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線的變化判斷應(yīng)力屈服點(diǎn)和屈服應(yīng)力，以及壓縮木材經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的熱處理過(guò)程中或者在氣體壓力和高溫環(huán)境下的應(yīng)力釋放過(guò)程。

9、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置的測(cè)試方法，所述木材屈服應(yīng)力的測(cè)試過(guò)程如下：

10、步驟1、將木材加工成厚度3-50mm，長(zhǎng)、寬尺寸為1-10cm的方形試樣，對(duì)試樣進(jìn)行與預(yù)處理使其達(dá)到目標(biāo)含水率；

11、步驟2、將熱板夾持裝置的上壓板和下壓板溫度調(diào)整至木材屈服應(yīng)力測(cè)試的目標(biāo)溫度；

12、步驟3、將含水率調(diào)整后的試樣放在下壓板的中心位置，迅速閉合壓機(jī)，以2-15mm/min的速度施加載荷，至應(yīng)變達(dá)到試樣總厚度的30％以上時(shí)停止加載，通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)觀察、測(cè)定和記錄加載過(guò)程的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)；

13、步驟4、根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的比例極限應(yīng)變與應(yīng)力應(yīng)變曲線的交叉點(diǎn)p0，或者比例極限應(yīng)變按照補(bǔ)償系數(shù)α的應(yīng)變補(bǔ)償后的直線與應(yīng)力應(yīng)變曲線的交叉點(diǎn)poff，確定為木材的應(yīng)力屈服點(diǎn)，應(yīng)力屈服點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為該試樣的屈服應(yīng)力，即木材在特定含水率和特定溫度下的屈服應(yīng)力。

14、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置的測(cè)試方法，所述木材壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程的測(cè)試包括常壓開(kāi)發(fā)狀態(tài)下的應(yīng)力松弛測(cè)定，其過(guò)程如下：

15、步驟a、將木材加工成厚度3-50mm，長(zhǎng)、寬尺寸為1-10cm的方形試樣，對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理使其達(dá)到目標(biāo)含水率；

16、步驟b、將熱板夾持裝置的上壓板和下壓板溫度調(diào)整至木材屈服應(yīng)力測(cè)試的目標(biāo)溫度；

17、步驟c、將含水率調(diào)整后的試樣放在下壓板的中心位置，迅速閉合壓機(jī)，以2-15mm/min的速度壓縮至目標(biāo)厚度后，停止增加加載的外力值，完成壓縮過(guò)程；

18、步驟d、根據(jù)應(yīng)力松弛過(guò)程的目標(biāo)溫度調(diào)整熱壓板的溫度，并將上壓板和下壓板加熱至目標(biāo)溫度，利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)記載壓縮過(guò)程中施加的壓應(yīng)力完全被釋放的過(guò)程，即應(yīng)力松弛過(guò)程，輸出加載的壓力降低至0的應(yīng)力變化過(guò)程和時(shí)間。

19、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置的測(cè)試方法，所述木材壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程的測(cè)試包括密閉加壓狀態(tài)下的應(yīng)力松弛測(cè)定，其過(guò)程如下：

20、步驟a、將試樣尺寸的長(zhǎng)度和寬度裁剪成小于方形密閉腔的邊長(zhǎng)或圓形密閉腔的直徑，厚度為5-80mm,對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理使其達(dá)到目標(biāo)含水率；

21、步驟b、將熱板間密閉裝置安裝在熱壓夾持裝置上，熱壓夾持裝置調(diào)整至目標(biāo)溫度后，將經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕處理的木材試樣，放置在密閉腔的腔體對(duì)應(yīng)中心的位置；

22、步驟c、迅速閉合壓機(jī)，以2-15mm/min的速度壓縮至目標(biāo)厚度后，停止增加加載的外力值，此時(shí)試樣依然處于恒定的外力加載狀態(tài)下，再通過(guò)密閉狀態(tài)下的蒸汽加壓加熱處理，釋放壓縮產(chǎn)生的應(yīng)力，通過(guò)氣流通道輸入或排出蒸汽，調(diào)控蒸汽壓力，或通過(guò)氣流通道排出水蒸氣后，通入氮?dú)?、惰性氣體或者空氣，蒸汽、氮?dú)饣蚨栊詺怏w或者空氣壓力控制在0.05-1.2mpa；

23、步驟d、輸出加載的壓力降低至0的應(yīng)力變化過(guò)程和時(shí)間，即為木材應(yīng)力松弛過(guò)程。

24、前述的木材屈服應(yīng)力及壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程測(cè)試裝置的測(cè)試方法，所述試樣的目標(biāo)含水率預(yù)處理是將試樣干燥至絕干狀態(tài)后稱(chēng)重，所得質(zhì)量為w0；然后根據(jù)目標(biāo)含水率計(jì)算出達(dá)到目標(biāo)所需的水的質(zhì)量wmc；再將木材試樣放入密封袋中并向木材試樣中滴入質(zhì)量為wmc的蒸餾水后密封嚴(yán)實(shí)，置于室溫下放置至木材中水分均勻分布狀態(tài)，期間每天取出試樣稱(chēng)重，通過(guò)向試樣中補(bǔ)充蒸餾水的方式，使試樣的總質(zhì)量等于或接近于絕干試樣質(zhì)量與達(dá)到目標(biāo)含水率需要加入的水的質(zhì)量之和w0+wmc，獲得達(dá)到目標(biāo)含水率。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的測(cè)試裝置采用已成熟的(萬(wàn)能)力學(xué)試驗(yàn)機(jī)為平臺(tái)，然后搭載加裝熱板夾持裝置形成基本結(jié)構(gòu)，采用熱板夾持裝置對(duì)木材進(jìn)行夾持，利用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試木材屈服應(yīng)力和應(yīng)力松弛過(guò)程，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置獲得測(cè)試過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線的變化判斷應(yīng)力屈服點(diǎn)和屈服應(yīng)力，以及壓縮木材的長(zhǎng)時(shí)間的熱處理過(guò)程中，或者在氣體壓力和高溫環(huán)境下的應(yīng)力釋放過(guò)程。本發(fā)明可測(cè)定不同含水率木材在不同溫度下的屈服應(yīng)力，為木材壓縮等科學(xué)技術(shù)研究提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以為壓縮木生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本發(fā)明可測(cè)定壓縮木材在水蒸氣、氮?dú)?、惰性氣體或空氣環(huán)境中，在不同氣體壓力和溫度條件下的壓縮應(yīng)力松弛過(guò)程，為壓縮木材的定型處理基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。