一种木材气体渗透性分析测试方法技术

一种木材气体渗透性分析测试方法，涉及木材物理性能测试领域。采用正压力气体作为驱动源，在加压气源与待检木材试样之间放置减压阀和调压阀，控制试样上流高压端驱动压力。木材试样夹持装置确保渗透测试过程气密性，保证测试气流完全经由木材试样断面通过，夹持装置气流入口高压端固定，低压端气流出口为可滑动构件。木材试样夹持装置高压端装有高压端压力表，测定渗透性时，显示木材上游压力，低压端联通大气，在待检木材试样两端稳定的正压力差，因此流经木材试样的气流为稳态流动。低压端测定流出气体流量，根据气体渗透率计算方程式得到木材气体渗透性测量结果，本测试方法是一种稳态正压差木材气体渗透性测试方法，且测试过程简单便捷。

A method for measuring the permeability of wood gas

A wood gas permeability analysis and testing method relates to the field of wood physical property testing. The pressure gas is used as the driving source, and the pressure relief valve and pressure regulating valve are placed between the pressurized gas source and the tested wood sample to control the pressure of the high and high pressure end of the sample. The wood sample clamping device ensures the air tightness in the penetration test process, ensuring that the test air flow is passed through the cross-section of the wood sample, the clamping device is fixed at the high pressure end of the air inlet, and the gas outflow at the low pressure end is a sliding member. The high pressure end pressure meter is installed at the high pressure end of the wood sample holding device. When the permeability is measured, the pressure of the wood upstream is displayed. The low pressure end is connected to the atmosphere. The steady pressure difference between the two ends of the specimen is found to be stable, so the flow through the wood sample is steady flow. The flow rate of the outflow gas is measured at the low pressure end. According to the calculation equation of gas permeability, the results of measuring the permeability of wood gas are obtained. This test method is a stable positive pressure difference wood gas permeability test method, and the test process is simple and convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种木材气体渗透性分析测试方法
本专利技术属于木材物理性能测试领域，具体涉及一种木材气体渗透性分析测试方法。
技术介绍
木材渗透性是木材重要的物理特性之一，木材科学研究与加工利用的很多方面都与其密切相关，尤其是木材干燥、木材浸渍增强、防腐处理、阻燃处理、制浆造纸过程的研究中，木材渗透性一直被作为重要参数[1]。由于木材树种多，并且具有各向异性特点，所以渗透性的测定与分析是木材物理研究领域长期工作重点[2-3]。随着我国木材资源结构的调整，特别是随着2016年底国家全面停止全国天然林商业性采伐，人工速生林木材和国外进口木材用量占比越来越高。根据第八次全国森林资源清查结果，全国森林面积2.08亿公顷，森林覆盖率21.63％，其中人工林面积0.69亿公顷，蓄积量24.83亿立方米，森林面积和森林蓄积量分别位居世界第5位和第6位，人工林面积居世界首位[4]。虽然人工林面积较大，但人工林一般多为一些生长速度快的速生树种，如杉木、杨木、桉树、马尾松等生产加工易出现干燥缺陷，同时这些木材尺寸稳定性差、渗透性差、强度低、材质轻软，生产中需进行浸渍改性增强处理，无论是干燥或浸渍改性前木材渗透性评价，还是处理材的二次干燥，渗透性分析都非常必要[5-6]。我国另一部分重要的木材来源——国外进口材则呈现树种和产地繁多，材性变异性大的特征，这些木材相较于国内传统用材有材性较大差异，对其渗透性分析测定也十分必要[7-8]。目前木材渗透性研究中采用的渗透性测试方法主要有3种类型，水上升容积置换法、水下降容积置换法以及转子流量计法。水上升容积置换法测定木材渗透性主要构件包括容积置换管(9)、水槽(10)、水银压差计(11)、真空泵接口(12)、待测试样安装位(13)。测试过程在位置(12)施加部分真空，气体从置换管中抽出，使得置换管中液面上升。记录容积置换管中置换水的体积、置换时间，利用水银压压力计记录压差，然后根据达西公式计算待测木材渗透性。水下降容积置换式木材渗透性测试法主要构件包括容积置换管(9)、水槽(10)、真空泵接口(12)、待测试样安装位(13)，适用于测试渗透性高的木材试样。水分最初被真空吸附到较高位置，关闭真空泵后，打开试样位置的阀门后，气体将流经试样进入测试管中，液面随之下降，记录压差及液面下降一定高度差所用的时间，然后根据达西公式计算待测木材渗透性[9]。转子流量计式渗透性测试法更为简单，将水下降式容积置换测试仪中的容积置换管换为转子流量计或者其他流量计即可[9]。目前采用的木材渗透性测试方法主要存在以下问题：首先，渗透过程驱动力较小，由于测试过程是以抽真空的方式在木材试样两端产生压差，因此理论上驱动力最大为1个单位大气压，对于渗透性较差的木材，1个单位大气压的压差较小，气体透过试样产生的流量小，流量的计量出现偏差，导致渗透率计算产生偏差；其次，试样测试过程密封性存在问题，为保证实验准确性，需确保气体均经由木材试样渗透，目前主要的试样密封方式为橡胶管包裹试样、橡胶管包裹试样后外层缠绕线材、橡胶管包裹试样后外层金属箍紧固、试样涂万能胶固定在管材内等，前三种方法很难保证气密性，特别是对于渗透性较差的木材，一部分气体很容易从木材试样与橡胶管之间泄露，万能胶密封试样降低了实验的可重复性；第三，水上升容积置换式、水下降容积置换式测试过程为非稳态渗透，这是因为容积置换管中的液面高度会发生改变，从而造成木材试样两端压力差发生改变，所以气体渗透木材过程实际为非稳态，利用达西公式计算渗透率默认以水柱高度变化均值为参考，从而造成测量偏差[9]。因此稳态、驱动压力可调节且气密性优良的新型木材渗透性分析测试仪设计是亟待解决的问题。参考文献[1]李永峰,刘一星,王逢瑚,等.木材渗透性的控制因素及改善措施.林业科学,2011,47(5):-139[2]李永峰,刘一星,于海鹏,等.木材流体渗透理论与研究方法.林业科学,2011,47(2):134-144[3]鲍甫成,吕建雄.中国重要树种木材流体渗透性的研究.林业科学,1992,28(3):238-246[4]第八次全国森林资源清查主要结果(2009-2013).中国林业网.http://www.forestry.gov.cn/main/65/content-659670.html[5]XieY,FuQ,WangQ,etal.Effectsofchemicalmodificationonthemechanicalpropertiesofwood.EuropeanJournalofWoodandWoodProducts,2013,71(4):401-416[6]HiroshiM,MakotoK,EvansPD.Microdistributionofcopper-carbonateandironoxidenanoparticelsintreatedwood.JNanopartRes,2009,11:1087-1098[7]BaoFC,LvJX,AvramidisS.OnthepermeabilityofmainwoodspeciesinChina.Holzforschung,1999,53(4):350-354[8]ZhangYL,CaiLP.Effectsofsteamexplosiononwoodappearanceandstructureofsub-alpinefir.WoodScienceandTechnology,40(5):427-436[9]SiauJF.Transportprocessesinwood.Springer-Verlag,Berlin,Germany,1984
技术实现思路
本专利技术主要针对现有木材渗透性测试方法的不足，专利技术了一种驱动压力可调节的木材气体渗透性稳态测试法，与此同时保证了实验过程气密性。为渗透性差、渗透性变异性大的树种，以及人工改性增强后木材渗透性测定提供技术支持。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种木材气体渗透性分析测试装置，其特征在于：采用氮气瓶或者压风机产生加压气体作为渗透性检测过程高压气源(1)驱动源，在气源与待检木材试样夹持器(7)之间放置减压阀(2)、三通连接器(3)、压力调节器(4)、高压端压力表(5)和环压力表(6)，木材试样夹持器进气端为高压端，木材夹持器出气端为低压端，与大气相通。三通连接器(3)一端和减压阀(2)相连，另一端分别连接压力调节器(4)和环压力表(6)，压力调节器(4)连接待检木材试样夹持器(7)；高压端压力表(5)显示木材试样夹持器(7)进气端压力；环压力表(6)显示待检木材试样夹持器(7)环压力；木材试样夹持器(7)低压端连接有流量计(8)；木材试样夹持器包括高压端夹持头(7-1)、样品室(7-3)、环压力接口(7-4)、固定样品橡胶筒(7-5)、低压端夹持头(7-6)、调节螺杆(7-7)构成。样品室(7-3)、一端为高压端夹持头(7-1)，另一端为低压端夹持头(7-6)，样品室中段接口为环压力入口；高压端夹持头为固定设计，低压端夹持头为可活动组件，样品室(7-3)外围为固定样品橡胶筒(7-5)；低压端夹持头(7-6)的另一端为调节螺杆(7-7)；样品室有3处接口，分别为测试气体高压端入口、测试气体低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木材气体渗透性分析测试装置，其特征在于：采用氮气瓶或者压风机产生加压气体作为渗透性检测过程高压气源(1)驱动源，在气源与待检木材试样夹持器(7)之间放置减压阀(2)、三通连接器(3)、压力调节器(4)、高压端压力表(5)和环压力表(6)，木材试样夹持器进气端为高压端，木材夹持器出气端为低压端，与大气相通。三通连接器(3)一端和减压阀(2)相连，另一端分别连接压力调节器(4)和环压力表(6)，压力调节器(4)连接待检木材试样夹持器(7)；高压端压力表(5)显示木材试样夹持器(7)进气端压力；环压力表(6)显示待检木材试样夹持器(7)环压力；木材试样夹持器(7)低压端连接有流量计(8)；木材试样夹持器包括高压端夹持头(7‑1)、样品室(7‑3)、环压力接口(7‑4)、固定样品橡胶筒(7‑5)、低压端夹持头(7‑6)、调节螺杆(7‑7)构成。样品室(7‑3)、一端为高压端夹持头(7‑1)，另一端为低压端夹持头(7‑6)，样品室中段接口为环压力入口；高压端夹持头为固定设计，低压端夹持头为可活动组件，样品室(7‑3)外围为固定样品橡胶筒(7‑5)；低压端夹持头(7‑6)的另一端为调节螺杆(7‑7)；样品室有3处接口，分别为测试气体高压端入口、测试气体低压端出口和环压力入口，测试气体高压端入口、低压端出口分别安装高压端夹持头和低压端夹持头，夹持头开有气流通道。...

【技术特征摘要】
1.一种木材气体渗透性分析测试装置，其特征在于：采用氮气瓶或者压风机产生加压气体作为渗透性检测过程高压气源(1)驱动源，在气源与待检木材试样夹持器(7)之间放置减压阀(2)、三通连接器(3)、压力调节器(4)、高压端压力表(5)和环压力表(6)，木材试样夹持器进气端为高压端，木材夹持器出气端为低压端，与大气相通。三通连接器(3)一端和减压阀(2)相连，另一端分别连接压力调节器(4)和环压力表(6)，压力调节器(4)连接待检木材试样夹持器(7)；高压端压力表(5)显示木材试样夹持器(7)进气端压力；环压力表(6)显示待检木材试样夹持器(7)环压力；木材试样夹持器(7)低压端连接有流量计(8)；木材试样夹持器包括高压端夹持头(7-1)、样品室(7-3)、环压力接口(7-4)、固定样品橡胶筒(7-5)、低压端夹持头(7-6)、调节螺杆(7-7)构成。样品室(7-3)、一端为高压端夹持头(7-1)，另一端为低压端夹持头(7-6)，样品室中段接口为环压力入口；高压端夹持头为固定设计，低压端夹持头为可活动组件，样品室(7-3)外围为固定样品橡胶筒(7-5)；低压端夹持头(7-6)的另一端为调节螺杆(7-7)；样品室有3处接口，分别为测试气体高压端入口、测试气体低压端出口和环压力入口，测试气体高压端入口、低压端出口分别安装高压端夹持头和低压端夹持头，夹持头开有气流通道。2.根据权利要求1所述的木材渗透性分析测试装置，其特征在于，高压气源与木材试样夹持器之间放置的减压阀，减压阀压力调节范围0.1MPa～2.0MPa，控制精度为设定压力的±0.2％。3.应用如权利要求1或2所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：1.1采用氮气瓶或者压风机产生加压气体作为渗透性检测过程高压气源(1)驱动源，在加压气源与待检木材试样夹持器(7)之间放置减压阀(2)、三通连接器(3)、压力调节器(4)、高压端压力表(5)和环压力表(6)，木材试样夹持器进气端为高压端，木材夹持器出气端为低压端，与大气...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鑫，周永东，周凡，付宗营，江京辉，侯俊峰，翁翔，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11