第6章木材的物理性质ppt课件.ppt

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1、6.3.2.1低频交流电作用下木材的电热效应6.3.2.2射频下木材的极化和介电性6.3.2.3木材的介电系数6.3.2.4木材的介电损耗6.3.2.5木材的介电性在木材工业中的应用6.3.2.4木材的介电损耗木材处于交流电场中,由于偶极子运动时的内摩擦阻力等相互间的作用,使介质偶极矩取向滞后于外施电场的变化,宏观表现为通过介质的总电流I在相位上滞后于极化电流Ic,这样每一周期中有一部分电能被介质吸收发热,这种现象称为介质损耗。(1)损耗角正切和功率因数损耗角正切tg:介质在交流电场中每周期内热消耗的能量与充放电所用能量之比,在数值上等于热耗电流IR与充放电电流IC之比。功率因数:每

2、周期之内有功功率(热消耗功率)与视在功率(等于外施电压与总电流的乘积)之比,在数值上等于热耗电流与总电流之比。绝干状态或含水率不高时,木材介质的<<1,此时可由下式推算:(2)介质损耗因数(也称介电损耗率)等于介电系数与损耗角正切的乘积。木材作为介电材料时,希望介电损耗尽量小;当在高频加热和胶合木材时,希望介电损耗大,功率因数高,发热量大,使木材的加热和胶合效果好。(3)影响木材介质损耗的主要因素①含水率的影响在相同频率下,木材损耗角正切与含水率u的关系为:在纤维饱和点以下,随u的增加而明显增大,但是在纤维饱和点以上,这种变化趋于平缓。图6-20 两种频率下含水率对木材损耗角正切值的影

3、响○为轴向;□为径向;△为弦向(自刘一星,1985)图6-19云杉木材在不同含水率下的介电损耗因数ε′的频率谱(-60℃)(自赵广杰等,1990)②频率的影响木材的介质损耗与频率的关系十分复杂。含水率不同的红松木材损耗角正切与频率的关系③密度的影响介质损耗因数与密度ρ有着明显的正相关关系,随ρ的增加线性地增大。④纹理方向的影响木材的损耗角正切和介质损耗因数:顺纹方向大于横纹方向(径向和弦向);径向略高于弦向。其原因与介电系数的各向异性相类似,与木材细胞分子、纤维素大分子的排列方向、材质的均匀性、木射线组织的体积百分率等因素有关。6.3.2.1低频交流电作用下木材的电热效应6.3.2.2

4、射频下木材的极化和介电性6.3.2.3木材的介电系数6.3.2.4木材的介电损耗6.3.2.5木材的介电性在木材工业中的应用6.3.2.5木材的介电性在木材工业中的应用(1)交流介电式水分仪通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可以测定木材的含水率。交流介电式水分仪包括:电容式水分仪--只测量含水率随的变化规律能耗式水分仪--测定含水率随和tg两者变化的规律微波水分仪(2)木材及木制品的高频热固化胶合工艺木材在低含水率状态下属于极性介电体,所以当把热固性的湿胶黏剂施于木材表面时,由于两者的介电性不同,可以达到选择性加热的目的。胶黏剂在高频电场中产生的介电损耗比干木材大得多

5、,因此损耗的电能转化成热能,使胶黏剂的温度迅速升高,产生热聚合。(注意:极板与胶层垂直配置)(3)高频干燥技术高频干燥机理:是利用湿木材中的水分子在高频电场中的极化来加快干燥进程。当木材被置于高频电场或超高频电磁波场(即微波场)时,木材中大量的偶极子(分子中的极性基团以及含水木材中的水分子等)会在电场作用下做取向极化运动,这种运动使得分子间产生内摩擦,将电能转化为热能。优点:高频干燥具有干燥速度快、加热均匀、热效率高、木材变形小等。缺点:能耗大、操作危险性高等。微波干燥机理;利用分子运动的内部加热,而且比高频更接近水分子的介电吸收频率,有利于木材内水分温度的提高和排出。优点:具有干燥速

6、度快、木材变形小、干燥质量好、热能利用率高、适于自动化等,故受到国内外木材加工部门的重视。缺点:耗电大、成本高及设备原件耐久性差等问题,目前限用于珍贵树种木材的干燥。应用方面:刨花板、纤维板、木塑复合材(WPC)的加热聚合、木材的弯曲成型加工技术、纤维板的定向铺装、木材解冻、防腐和杀虫处理等方面得以应用。6.3.3木材的压电效应和界面的动电性质6.3.3.1压电效应6.3.3.2界面的动电性质6.3.3.1压电效应具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等作用下的应变也能引起电荷定向集聚(极化)从而产生电场,这种由力学变形而引起的介质极化称为压电效应。木材:压电效应主要是由纤维素的结晶区引

7、起的,压电效应强度取决于纤维素结晶度的定向排列程度。木材的压电效应具有以下规律:(1)木材压电率与木材的弹性模量成反比;(2)压电率随温度升高而增大,随含水率升高而绝对值减小;(3)密度大的木材,其压电率也较高;(4)各向异性程度越高的木材的压电效应越明显。6.3.3.2界面的动电性质ζ-电位是表征物体界面动电性质的基本参数。在纤维素和木材中,其高分子内具有活性的羟基,当木材的微细粉末分散于水中时,因为选择性地吸着羟基离子,所以粒子相对于水带有

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