木材细胞纤维分布与定量数学描述理论研究

采用微观力学和细胞数学理论，提出木材细胞纤维素内部的分布和尺寸的具体参数计算方法，证明在木纤维加工的过程中，刨片加工的尺寸最小，体现出纳微米技术在木材工业上的应用前景。应用本文的理论可以通过木材细胞纤维素和胞管组成结构变化，解释木材材性优劣的原因，确定纳微米木纤维和木粉的最佳加工工艺方法。从定量的观点解释木材细胞组成后物理和力学参数变化的本质原因，根据纤维、木质素、细胞直径和排列的程度，提出了一种木材细胞主方向截面纤维形状分布和定量描述的理论方法。     

纳秒脉冲激光切削木材的理论与试验

【目的】对微米纤维形成过程进行定性分析,本着节能降耗原则,提出纳秒激光加工法加工微米木纤维的切削理论;对微米纤维表面细胞壁进行爆裂试验,得出木材表面细胞壁等效切削力所消耗的功率。【方法】采用扫描电镜(SEM)法研究微米木纤维灼烧变形。通过激光加热和切削,沿着细胞裂解纹理对木材表面细胞内的组织液进行加热,细胞内的组织液随之气化,组织液瞬间气化使得细胞体积迅速膨胀,内部压力骤升,进而导致细胞壁爆裂,形成毛刺状的纤维丝,利用激光切割头沿木材纹理方向将木材切削成微纳米细丝。通过对纤维加工的功耗分析,将细胞学、超精加工理论、纤维学等一系列现代分析手段运用到木纤维的形成过程中,提出激光微米木纤维切削的概念和细胞裂解能力的计算方法。【结果】通过激光器对微米木纤维的切削,从微观角度得到了细胞壁切削过程中等效切削力和切削功率的公式。随着频率增加,对试件的灼烧程度依次增强,所产生的裂纹和沟槽更加密集和加深。所产生的绝对温升较大,试样产生滑移的沟槽面现象,绝对温升ΔT=∫_0~(εf)((βσ)/(ρC_m))dε。【结论】利用激光对微米木纤维的能量方程对微米木纤维的等效切削力和切削功率公式进行推导,阐明了微米木纤维灼烧过程中纤维受力情况和相应的参数关系,从而将激光切削微米木纤维研究上升到对细胞裂解能力的微观结构研究中,并通过对纤维产生和等效切削力变化的分析,提出了沿木材表面纵向激光加热的方式爆裂细胞壁的节能降耗观点。借助Drescher的精密理论,构建了微纳米木纤维的力学模型,并推导出细胞壁切削功率的理论计算公式。以水曲柳为示例进行木材表面细胞壁爆裂试验,对微米木纤维的加工细胞壁切削功率进行计算,可以加工出质量较高的微米级长丝木纤维,为我国微纳米木纤维的应用和推广奠定了理论基础。     

微米长薄片木纤维切削加工功率的理论计算方法与效益分析

对传统纤维加工的功耗进行分析,将细胞学、超精加工理论、纤维学等一系列现代分析手段运用到木纤维的形成过程中,提出微米长薄片木纤维切削的概念,从而将微米长薄片木纤维的研究上升到微观结构,并通过对纤维形状的产生和切削力变化的分析,解释传统木纤维加工消耗的能源高、产生纤维质量差的本质原因.示例对微米长薄片木纤维的加工功率进行计算,将其与传统加工方法的功率进行对比,得出结论:以微米级机械法加工木纤维耗能远远低于热磨法,且可以加工出质量较高的微米级长丝木纤维.     

纤维微米切削理论与微米木纤维形成机理研究

分析了木材在传统切削中由于尺寸效应存在所产生的缺陷,提出微米木纤维加工理论,在微米量级的水平下重新解释木材的切削加工过程与切削方式.并从端向、横向和纵向分别对切削过程进行分析,进而从微观理论上解释木纤维微米级切削时刀具刃口圆弧半径、切削厚度的确定以及刀尖圆弧半径和微米加工厚度的选择.     

木纤维纳米微观结构有限元建模机理研究

木纤维是以森林为主体的可再生、可重复利用的生物质材料,利用木纤维开发的纤维增强材料具有与环境友好、和谐等诸多优点,受到人们的广泛重视,但由于对木纤维的纳米结构缺乏足够的了解,其独特的尺寸效应、局域场效应、量子效应以及表面效应没有完全发挥。研究了基于有限元理论的生物质材料木纤维的纳米结构建模机理,应用数值技术和有限分割的方法构建了木纤维可视化力学模型。     

速生灌木沙柳的纤维形态及解剖结构研究

采用光学显微镜(LM)和扫描电子显微镜(SEM)并结合Kajaan i FS200分析仪研究了沙柳(Salix psamm ophilaC.W ang et Ch.Y.Yang)的纤维形态和解剖结构。结果表明:沙柳主要由导管、木纤维、木射线薄壁细胞及少量轴向薄壁细胞组成。沙柳属于阔叶木散孔材,年轮界限明显,木射线单列同型、导管上的纹孔排列方式较复杂。通过与毛白杨、麦草和红松的形态学参数比较研究发现,沙柳虽然属于短纤维,纤维平均长度为0.52 mm,但是其纤维含量较高,纤维形态良好,长宽比值较大,壁腔比值较小,有助于在打浆抄纸过程中形成纤维间良好的结合,提高纸张的物理强度,是良好的造纸原料。     

不同产地刺猬紫檀木射线组织比较解剖研究

以产自非洲国家的刺猬紫檀 (Pterocarpus erinaceus ) 木材为样品,测定分析木射线宽度与高度 的尺寸、细胞数目,木射线比率。结果表明：轴向薄壁组织带中的射线宽度尺寸均大于木纤维带中的射 线宽度尺寸。木射线的细胞数目及木射线比率则差异性小。从木射线组织解剖结果看,采自西非7 个国 家的刺猬紫檀应该同属一个木种。     

马尾松细胞外廓结构简化模型的建立与仿真

深入到木纤维微观组织结构,具体对马尾松细胞照片进行统计分析,建立马尾松细胞的数学模型.并应用计算机图形技术设计,模拟木纤维加工过程中的细胞组织变化过程,通过其数学模型借助仿真技术和CAD技术进行动态演变,以定量模拟真实的物理切削过程中细胞组织演变的动态过程,通过虚拟现实技术来指导木纤维加工过程工艺参数的制定.     

蒙脱土处理木纤维的表面性状及吸湿性

采用钠基蒙脱土(Na-MMT)和季铵盐(DDAC)两步处理法改性木纤维,并检测改性纤维的吸湿性、接触角,并对其结构、基团变化、形态进行表征分析。结果表明:改性纤维的吸湿率降低,接触角增加;Na-MMT与DDAC在木纤维内部反应生成OMMT,在纤维细胞壁形成有效插层,且与纤维中的化学组分发生结合。为纤维板尺寸稳定处理提供一种新方法。     

JN型微米木纤维减震器

[目的]利用微米木纤维为原材料代替难以降解的橡胶和塑料,制作出适用于机械设备或汽车减震装置的JN型木纤维减震器,研究JN型木纤维减震器的选材、加工工艺及数学建模方法,为减震器数控加工机床和数控系统的研制与开发提供理论依据.[方法]以密度为0.439 g·cm-3、含水率为12％ ～ 15％、平均厚度可达到52μm的红松微米木纤维为基材,利用冷硫化和复合材组构理论,采用热压模具定型方法制作出JN型微米木纤维减震器样品,测量样品的质量、体积并观察样品浸泡在水中24 h后的外形状态.在基本假设的基础上,用包络法和规则几何体建模法建立JN型微米木纤维减震器的数学模型,并利用Matlab软件对JN型微米木纤维减震器进行仿真分析.[结果]JN型微米木纤维减震器样品的密度在0.91 ～1.36 g·cm-3之间,质量在1.4～2.0 kg之间,在水中浸泡24 h不会变形.仿真分析结果证明JN型微米木纤维减震器数学模型具有一定的通用性和准确性.[结论]按规定的加工工艺制备的JN型微米木纤维减震器样品符合密度、弹性要求,并且具有抗水性;JN型木纤维减震器的建模由底座和规则梯形台构成,模型参数具有通用性,直接将底座和规则梯形面相关尺寸参数输入模型方程,可获得JN型木纤维减震器的不同加工尺寸;为保证JN型木纤维减震器的实用尺寸和外观,降低生产成本,整个模压加工过程必须在一套模具上完成.     

A model of the anisotropic swelling and shrinking process of wood. Part 1. Generalization of Barber's wood fiber model

Summary The anisotropic mechanism of wood swelling and shrinkage was investigated theoretically. The reinforced-matrix hypothesis offered by Barber and Meylan (1964) was reformulated by using a multi-layered wood fiber model, and the formula describing the dynamical behavior of swelling and shrinking wood fiber was derived. For modelling, the moisture content changes were taken into consideration as an explicit parameter. It is expected to predict the anisotropic swelling and shrinking process of wood dynamically and quantitatively, as well as to initiate elucidating the interaction between the moisture and cell wall components on the basis of the present model. Some concrete calculations will be demonstrated in the following report, and the results will be compared with the experimental ones. Received 2 September 1997     

利用微米木纤维定向重组技术形成超高强度纤维板的细胞裂解理论研究

采用人造板微观力学和木材细胞学理论，提出了一种利用定向重组微米木纤维技术形成超高强度人造板的细胞裂解理论和强度参数预测方法。应用提出的理论，可以根据纤维、木质素、细胞直径和排列的程度，建立理想状态下微米重组高强度定向纤维板木纤维细胞在定向重组微米技术形成超高强度人造板的细胞裂解理论，为人造板力学运用数学手段深入到细胞结构研究的深度提供了一种新的理论和方法。     

微米木纤维细胞建模理论及工艺形成条件初探

通过建立单个木纤维细胞结构形状的数学方程，分析确定定向微米木纤维加工技术形成的方法，同时讨论了实现微米木纤维细胞劈裂的条件。本文提出的理论将为人造板加工手段深入到细胞结构水平提供一种新的理论和方法，其产品具有广阔的工业化前景。     

Temperature effects on wood anatomy, wood density, photosynthesis and biomass partitioning of Eucalyptus grandis seedlings

Wood density, a gross measure of wood mass relative to wood volume, is important in our understanding of stem volume growth, carbon sequestration and leaf water supply. Disproportionate changes in the ratio of wood mass to volume may occur at the level of the whole stem or the individual cell. In general, there is a positive relationship between temperature and wood density of eucalypts, although this relationship has broken down in recent years with wood density decreasing as global temperatures have risen. To determine the anatomical causes of the effects of temperature on wood density, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden seedlings were grown in controlled-environment cabinets at constant temperatures from 10 to 35 degrees C. The 20% increase in wood density of E. grandis seedlings grown at the higher temperatures was variously related to a 40% reduction in lumen area of xylem vessels, a 10% reduction in the lumen area of fiber cells and a 10% increase in fiber cell wall thickness. The changes in cell wall characteristics could be considered analogous to changes in carbon supply. Lumen area of fiber cells declined because of reduced fiber cell expansion and increased fiber cell wall thickening. Fiber cell wall thickness was positively related to canopy CO2 assimilation rate (Ac), which increased 26-fold because of a 24-fold increase in leaf area and a doubling in leaf CO2 assimilation rate from minima at 10 and 35 degrees C to maxima at 25 and 30 degrees C. Increased Ac increased seedling volume, biomass and wood density; but increased wood density was also related to a shift in partitioning of seedling biomass from roots to stems as temperature increased.     

MLFB纤维形态的数学描述与仿真

论述了空间轨迹单元法的基本原理,提出利用空间轨迹单元法来构建MLFB木纤维形态的数学方法,给出三种纤维形态的空间轨迹方程,提出基于OpenGL的数学仿真方法.在此基础上给出MLFB成板过程的动态仿真方法.     

Reaction wood anatomy and lignin distribution in <Emphasis Type="Italic">Gnetum gnemon</Emphasis> branches

This study investigated the anatomical and chemical characteristics of the reaction wood of a gymnpsperm species, Gnetum gnemon, and discussed on contributing factor for the type of reaction wood in this species. Cell morphology, microfibril angle (MFA) of the S₂ layer and lignin distribution in secondary walls of tracheary elements, and lignin content were examined on three branches. Observations included no G-layer formation, significant decreases in vessel frequency, and altered MFA, and visible-light absorbance after lignin colour reactions in tracheid and fiber tracheid walls on the upper side in almost all samples. These results suggest that reaction wood in G. gnemon was similar to that in ‘tension-wood-like-reaction wood’ in angiosperms. On the other hand, reaction wood showed decrease in the lignin concentration in the fiber tracheid walls compared to the tracheid walls. In addition, the lignin in the tracheid and fiber tracheid walls was originally rich in syringyl units, suggesting that changes in the anatomical and chemical characteristics of secondary xylem due to reaction wood formation might relate to the ratio of the syringyl to guaiacyl units in lignin in the cell walls which function for mechanical support.     

18年生尾巨桉无性系木材纤维形态和基本密度变异研究

对18年生尾巨桉（Eucalyptus urophlla×E．grandis）无性系木材纤维特征与基本密度进行研究,通过测定木材的纤维长度、宽度、壁厚、腔径、木材基本密度,分析结果表明：木材基本密度、纤维长度、纤维长宽比、壁厚、壁腔比在树干径向方向由髓心向外有逐渐增大的规律。纤维长度与基本密度之间呈显著的负相关,纤维宽...     

微米木纤维颈椎夹板的研制

以微米木纤维为材料替代国内外广泛采用的塑料与石膏而制作颈椎夹板,具有环保、绿色、与人体皮肤相容性好等优点。微米木纤维颈椎夹板是一种规则空间曲面加工的木质工件,为解决其双曲面造型的加工难题,目前这种复杂的夹板造型多先在专用模压机床上直接加工出不同曲线形状的夹板,之后使用普通数控机床或加工中心来进行形状修正。而建立微米木纤维颈椎夹板空间曲面的通用数学模型,利用模型参数驱动的通用性,直接由模型方程输入人体颈部相关尺寸参数,即可获得不同人群所需的加工尺寸,实现在一台机床上完成不规则曲面自动加工,可保证颈椎夹板造型的美观,并降低生产成本。VC++6.0对微米木纤维颈椎夹板造型进行的仿真验证表明,所建立的数学模型具有良好的精确性、通用性和实用性,为微米木纤维颈椎夹板加工系统的开发奠定理论基础。     

添加丙纶纤维及其改性处理对木塑复合材料性能的影响

就木塑纤维复合材料组分中添加丙纶纤维和对丙纶纤维进行改性预处理,改性剂的种类及改性剂的添加方式等引起材料物理力学性能和成网性能、模压性能的变化进行了研究。试验表明：添加丙纶纤维有助于改善材料的成网性能,使之成为具有良好模压性能的材料;对丙纶纤维进行改性的预处理可提高复合材料的物理力学性能;改性剂添加到木纤维中的工艺过程比对丙纶纤维进行预处理的工艺过程简单,并可以达到对丙纶纤维进行预处理的相同效果。