微纤丝制取设备的总体设计及制取原理分析

木材细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，结合木材细胞组成特点，采用高速旋转式磨削粉碎方法制取微纤丝，设计出制取微纤丝设备的整机，其包括主机部分、润滑系统、冷却系统、蒸汽发生装置和电控系统等，针对制取微纤丝主机部分进行重点介绍，并对原料破坏细化过程，制取微纤丝的原理进行分析说明。研究结果表明，微纤丝抽取工艺是采用木材锯末作为加工原料，将木材锯末放入通入蒸汽的进料漏斗进行蒸煮，高温高压蒸煮2h后，将蒸煮好木材锯末借助高温高压的蒸汽送入主机部分的研磨室内进行高速旋转研磨，在研磨室内进行激烈的研磨剪切和撞击细化，得到微纤丝。本项研究还分析论证制取微纤丝的可行性，为今后实验台的加工制造和微纤丝制取提供理论依据。     

基于LFNMR的木材干燥过程中水分状态变化

【目的】基于低场核磁共振技术考察木材干燥过程中水分的横向弛豫特性,以阐释干燥时木材中水分状态的变化机制,为木材干燥及水分处理提供理论依据及数据支持。【方法】以20 mm(L)×5 mm(R)×5 mm(T)的南方松为试验材料,采用两步法将试材从饱水状态干燥至约5%含水率,通过定期测定含水率和横向弛豫时间,分析木材干燥时内部水分状态变化及迁移情况,探究自由水与吸着水的分界及其与纤维饱和点的关系。【结果】1)饱水试材存在2个明显的弛豫峰和1个峰肩,三者的横向弛豫时间为67.65、1.24和11~13 ms,分别对应着细胞腔中的自由水、细胞壁中的吸着水和微毛细管系统中的毛细管水。2)木材干燥初期,自由水含水率不断下降,在总含水率为20%左右时,自由水才蒸发殆尽;吸着水含量在木材干燥至40%总含水率时基本保持不变,当总含水率降到40%以下时,吸着水即开始解吸。3)随着干燥过程的进行,自由水的横向弛豫时间随含水率的降低而不断减小;而多、单分子层吸着水的横向弛豫时间则以6%左右的含水率为界分别表现出轻微下降和显著下降的不同趋势。【结论】1)木材中主要存在3种类型的水分,分别为自由水、吸着水和毛细管水。2)平均含水率在传统定义的纤维饱和点(30%)以下时自由水仍然存在,这主要是由于干燥过程中木材内部水分分布不均造成的,且在40%~20%含水率范围内,木材表层发生吸着水解吸的同时其芯层仍有自由水的排除。3)随着干燥过程的进行,自由水、吸着水弛豫峰的顶点位置持续左移,揭示2种水分的平均横向弛豫时间不断减小,即在干燥过程中,木材对残余水分的束缚逐渐增强,干燥难度也随之增加。     

热解条件对橡木组成结构与纳米压痕测试结果的影响

以阔叶材橡木为对象,研究热解过程中木材组成结构与微观力学性能的转变特征。分别使用傅里叶红外光谱技术(FTIR)、X射线衍射技术(XRD)和纳米压痕技术(NI)分析热解过程中木材化学组成成分、微纤丝结构和细胞壁微观力学性能的转变。研究结果表明,热解温度达到325℃时木材化学组成与微纤丝结构都发生了显著转变,木材化学成分中的纤维素和半纤维素已基本裂解完毕,木质素结构仍有存在,且已有碳素材料特征峰出现;对应XRD图谱分析,由于纤维素的热解,325℃时细胞壁微纤丝构造引起的衍射峰已经消失。NI研究发现热解温度达到300℃时,橡木纤维细胞壁微观力学性能变化显著,弹性模量从未热解处理的(16.6±1.39)GPa下降至(5.78±0.30)GPa。细胞壁硬度与未热解处理木材的(0.46±0.045)GPa相比,当热解温度为250℃和300℃时,硬度值略有上升,分别为(0.54±0.049)和(0.52±0.024)GPa;同时发现300℃热解后木材细胞壁弹性模量和硬度数值的分散度变小,认为是因细胞壁组成与结构变得均一化所造成。     

天然木质微/纳纤丝增强纳米复合材料的研究现状

纤维素是世界上最丰富、可再生且能生物分解的天然高分子聚合物,其强度主要来源于镶嵌于木素和半纤维素形成的基质结构中的微/纳纤丝或针状晶体——一种完美的高强度的纳米晶体结构。近二十多年来,如何从纤维素中分离微/纳纤丝和用其来增强高分子聚合物受到许多学者的关注。本文简要叙述了木质微/纳纤丝的分离和性能评价方法以及其增强的纳米复合材料的制备和特性检测手段。     

应用X射线衍射-(002)衍射弧法——测定木材纤维次生壁的微纤丝角

木材主要由纤维组成~(**)。在针叶树材中占整个木材体积的90～95％~([9]),阔叶树材占50—80％~([9])。纤维胞壁的层次结构对木材的性质和工业加工、利用有很大影响。纤维胞壁是由构造和物理、化学性质不同的许多层次组成,常包括初生壁(P)、次生壁(S)和相邻两细胞间的胞间质。初生壁微纤丝排列无定向。次生壁是胞壁主要部分,含大量纤维素,具强度向异性。它分为外(S_1)、中(S_2)及内(S_3)三层;其中S_2层最厚,约占全壁厚度70％以上,是构成胞壁的主体。微纤丝环绕细胞轴呈螺旋状排列。微纤丝(或纤丝)角是指S_2层中微纤丝和细胞轴之间所构成的角度~([4,8,14])。     

泡桐属木材的微纤丝角和结晶度

8种泡桐木材纤维次生壁S_2层的微纤丝角平均为12.52°;纤维素相对结晶度平均为46.4%。从这两项指标来看,南方泡桐和泡桐(白花泡桐)木材具有较为优良的材质。12年生毛泡桐木材的S_2层微纤丝角由髓往外,随着树龄的增加而角度增大,而纤维素相对结晶度则减少。     

天然纤维微/纳米纤丝改性家具涂料的可行性

纤维素是木材及农作物秸秆的主要组分,约占木材及农作物秸秆质量的50%,在纤维细胞壁中起骨架作用.其化学性质和超分子结构对材料性质和加工性能有重要影响.纤维素微/纳米纤丝是利用物理或化学方法从天然纤维中分离出来的,因为在分离过程中一部分无定形区被破坏,结晶区相对增加,使分离出来的微/纳米纤丝具有较高的刚性.本文简要叙述了天然纤维微/纳米纤丝的分离方法及其作为家具用涂料改性剂的可行性.     

落羽杉种源木材微纤丝角和纤维形态的变异

对16个落羽杉种源的14年生人工林木材微纤丝角和木材纤维形态进行测定.结果表明:1)16个种源落羽杉木材微纤丝角存在显著差异,微纤丝角变化在29.9～35.8°之间.从径向变化看,落羽杉胸径处木材微纤丝角在髓心处最大,由髓心向外逐渐减小;从纵向变化看,微纤丝角在基干处最大,随树木高度的增加而逐渐减小.2)16个落羽杉种源木材的纤维长度和宽度均存在显著差异,纤维长度的变化在1 764.84～2 900.08 μm之间,纤维宽度的变化在28.48～51.21 μm之间,纤维长宽比的变化在42.79～82.12之间.落羽杉胸径处木材纤维形态的径向变化为纤维长度和纤维宽度从髓心到树皮逐渐增加,纵向变化规律为纤维长度和纤维宽度在树干基部较小,随树高的增加而逐渐增加.3)落羽杉木材微纤丝角与木材纤维长度呈极显著的负相关关系,与木材的纤维宽度和纤维长宽比呈一定的负相关,木材纤维长度与木材纤维宽度呈显著的正相关.4)16个落羽杉种源依据木材微纤丝角和木材纤维长度2个木材材性指标可以分为4类:第Ⅰ类,木材的微纤丝角较大,木材纤维长度中等;第Ⅱ类,微纤丝角和木材纤维长度均处于中等水平;第Ⅲ类,微纤丝角较小,木材纤维长度较长;第Ⅳ类,木材纤维长度较短,微纤丝角中等.综合考虑微纤丝角和木材纤维长度,2号和30号种源可作为纤维工业原料用材的优良种源.     

怎样抑制木地板的干缩湿胀?

林晓木博士：你好！室内铺装的木地板常常在板块之间出现一些时大时小的缝隙，这是怎么一回事？能否消除这些缝隙？木奇２００１年７月１８日木奇：你好！您所说的木地板应是指实木地板了。这种未经处理的实木地板在铺装后出现缝隙是十分正常的现象。其原因是木材主成分纤维素、半纤维素和木素具有亲水基团，如羟基－０Ｈ等等。这些存在于木材细胞壁无定形区的亲水基团在一定条件下吸着或解吸水分，伴随着这样的过程木材的尺寸发生了变化，也形成了就是您所说的出现缝隙的原因。从理论上来说是可以消除木地板的缝隙的。其原理是置换掉木材主…     

水热-微波处理对榆木软化和顺纹压缩及弯曲的影响

采用水热-微波处理方法对榆木成熟材进行软化处理,通过顺纹压缩率、单维和多维弯曲最小曲率半径表征木材软化效果;以XRD,FYIR等方法测定木材表面组成、结晶度变化,分析软化处理对木材顺纹压缩的影响.结果表明:水热-微波处理可显著增强木材的软化性能,处理后木材中的抽提物几乎完全抽出(1.73%～0.47%),半纤维素发生明显降解,使木质素相对含量得到增加,木材表面羟基数量显著增加;非结晶区微纤丝趋于有序,相对结晶度提高,结晶区表面微纤丝羟基裸露,氢键键合增强,结晶区宽度增加.当采用处理方案为B时,顺纹压缩率最大,单维和多维弯曲时的曲率半径最小.较高的结晶度和适宜的羟基数量是试样B表现出较高软化性能的主要原因.     

木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究

细胞壁是木材的承载结构,是木材最主要的组成和利用部分。基于细胞水平的微观研究,主要分析了木材细胞壁力学性能与其组分及微观构造的相关性,分别从细胞壁木质素、半纤维素、纤维素和微纤丝角四个方面阐述了其对细胞壁刚性、硬度、弹性模量、抗拉强度和断裂伸长率等微观力学性能的影响。并且依据目前细胞壁力学性能的研究现状,对今后的研究方向提出了展望。建议今后加强分子层面机理研究并加强细胞壁力学与实际应用的关系探究。     

木材饲料

木材中含有70～80％的纤维素、半纤维素,可以作为家畜的饲料。其利用方式大体分为两种,一种是采用物理法将木材中的纤维素、半纤维素,加工成反刍动物能够消化的形态,作为粗饲料加以利用。另一种是采用木材水解法,先将纤维素、半纤维素分解为单糖,再经过发酵,将其转化为微生物蛋白,作为蛋白饲料加以利用。 1、木材粗饲料在牛、羊等反当动物胃里生息着的微生物,长旨够分泌纤维素酶,可使木材纤维分解,生成单糖后被吸     

脱除部分化学成分杨木的动态水分吸着行为

【目的】考察木材主要化学成分对其在动态条件下水分吸着行为的影响,以获得动态条件下化学成分之间相互作用的信息,为解析木材的吸着和变形行为提供理论依据。【方法】以40~60目的杨木木粉为研究对象,对试材分别进行脱抽提物、脱半纤维素及脱matrix(木质素和半纤维素)处理,并采用X射线衍射(XRD)检测脱化学成分处理对试材的影响。将未处理材和各化学处理材分别置于温度为25℃、相对湿度在45%~75%之间正弦变化(周期1 h、6 h和24 h)的环境中,测量试材含水率变化情况,并利用傅里叶法对相对湿度及各试材的含水率变化进行拟合分析。【结果】1)XRD测试表明,化学处理材纤维素结晶区常用衍射峰的位置没有发生变化,脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的结晶度分别为36.4%、41.3%和48.5%;2)在动态条件下,傅里叶法对不同周期下的相对湿度及各化学处理试材的含水率变化均获得了良好的拟合效果;3)各试材的动态等温吸附曲线由多个连续的椭圆形相互叠加而成,可以明显地观察到吸湿滞后现象,滞后率在0.881~0.955范围内;4)当相对湿度循环周期足够长时,未处理材、脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的水分吸着系数分别是0.090 8、0.094 8、0.089 2和0.087 4,仅为静态条件下水分吸着系数的1/2左右。【结论】1)在化学处理过程中,木材的半纤维素被脱除,而纤维素的结晶结构没有受到破坏;2)随着相对湿度的正弦变化,各处理材的含水率也呈正弦变化,在相位上滞后于相对湿度的变化,且随着时间的延长逐渐趋于稳态;3)随着周期的延长,试材的振幅和水分吸着系数均有所增加,相位滞后有所下降;4)将各化学处理材进行比较,对于任一周期下,脱抽提物材的振幅和水分吸着系数最大,其次分别是未处理材、脱半纤维素材和脱matrix材。     

泡桐无性系CO20木材性质与利用研究

在四川省资中县集约栽培的试验林内采集了泡桐无性系CO20和泡桐各五株进行了多项试验研究。证实了泡桐无性系CO20的木材纤维长度、微纤丝角和纤维素的相对结晶度优于泡桐;综纤维素、α-纤维素以及木材物理力学的主要性能指标低于泡桐。制浆得率低。浆张物理性能接近或燬过两种相思树木材指标。     

湿热-压缩处理木材的纤维素晶体结构变化

分别采用不同径向压缩率(25%和50%)并结合不同蒸汽处理温度(140、160℃和180℃)对人工林杉木(Cunninghamia lanceolata)进行湿热-压缩处理,然后利用X-射线衍射法(XRD)研究了湿热-压缩处理对木材纤维素微纤丝角、结晶度及微晶宽的影响规律。结果表明:湿热-压缩处理木材纤维素微纤丝角无明显变化,结晶度和微晶宽均增大。结晶度增幅介于28%~38%,不同压缩率和蒸汽处理温度对纤维素结晶度影响无显著差异。随着蒸汽处理温度的增加,微晶宽逐渐增大,在180℃蒸汽处理条件下达到最大值。     

杨树微纤丝角的变异及其与木材性质的相关关系

微纤丝角为细胞次生壁S2层微纤丝排列方向与细胞主轴所形成的夹角,与木材的物理性质、力学性质和化学性质都有着直接的关系。应用x射线衍射法测定了7个杨树无性系(14株样木)胸径处各年轮的微纤丝角,并对应分析和测定了各年轮的木材基本密度、纤维长度、纤维宽度和纤维素含量。研究结果表明,杨树微纤丝角在年轮间存在显著差异,其径向变异规律为从髓心向外以微纤丝角逐渐降低,年轮间的平均微纤丝角在7.8旱?8褐洌荒静幕久芏取⑾宋ざ取⑾宋矶群拖宋睾吭谀曷旨湟泊嬖谙灾钜臁O喙胤治霰砻鳎⑾怂拷怯肽静幕久芏取⑾宋ざ取⑾宋矶群拖宋睾看嬖谙灾母合喙毓叵??0.01),相关系数分别为-0.450、-0.586、-0.516和-0.660。回归分析结果表明,多项式方程可较好地描述杨树微纤丝角与所测定的木材性质的关系,相关系数均在-0.45以上(n=125)。本文的研究结果认为,在今后针对杨树材性改良的育种计划中,微纤丝角是一个重要的选育和改良指标。图3表3参34。     

微纤丝制取实验台动磨盘固定座的有限元分析

微纤丝制取设备的设计是木材加工中的重要研究内容。本研究设计了一种微纤丝制取设备的主机,该主机是微纤丝制取实验台的核心部分,其采用楔形动压高速磨盘研磨的方法制取木材微纤丝。微纤丝制取实验台的研磨室组件主要由静磨盘、静磨盘座、动磨盘、动磨盘座等密封装置组成。本研究在对动磨盘固定形式进行分析的基础上,对固定帐套的负载、扭矩进行计算,确保满足工作要求。通过对动磨盘固定座进行静态分析及在此基础上的动磨盘座的建模,利用ANSYS软件进行受力分析,验证其强度和刚度的合理性,为微纤丝制取设备的设计提供了理论基础。     

预处理纤维素超分子结构变化机制研究进展

木质纤维生物质高值转化生产清洁能源、生物基化学品和功能材料是可再生能源领域的研究热点。纤维素是木质纤维生物质的主要成分,其高效利用是生物炼制的重点。然而,纤维素的生物转化面临分子链有序组装与结晶而成的超分子结构、微纤丝聚集形成的多尺度网络结构及其与木质素、半纤维素的多种化学交联共同形成的木质纤维素抗降解屏障,阻碍了其产业化发展。生物质预处理是破解植物细胞壁三维网络结构,从而打破木质纤维素抗降解屏障的必要途径。综述了木质纤维生物质预处理对纤维素超分子结构的影响,主要包括晶型转变、结晶度及晶体结构变化等,并阐释了其对后续酶解糖化的增效机理。同时,系统总结了纤维素大分子链构成的纤丝聚集体结构与细胞壁中木质素、半纤维素之间的相互作用,及其在预处理过程中的降解机制;并对木质纤维素高值化利用研究中亟须关注的纤维素超分子结构变化问题进行了总结和展望,以期对植物细胞壁多尺度网络的破解机制进行充分阐释,对其宏观应用提供理论指导。     

银杏木材微纤丝角及其与生长轮密度相关模型的建立

通过对银杏木材微纤丝角的径向变化及其与生长轮密度相关性质的研究 ,结果表明 ,银杏木材平均微纤丝角为 1 8.5°,生长轮内早材微纤丝角较大 ,晚材较小 ;生长轮间沿径向呈减小趋势。木材微纤丝角与生长轮年龄、生长轮宽度、生长轮密度之间有较密切关系 ,建立了 5个相关模型 ,为银杏用材林的定向培育和木材加工利用提供依据     

十种国产针叶树材管胞次生壁纤丝角的测定

木材中主要的组成分子多为纤维(针叶树材中的管胞和阔叶树材中的木纤维,在生产上通称纤维),因此,讨论木材在工农业上的利用时,都着重研究纤维的各种性状。例如在造纸工业上,纤维的长短,胞腔的大小,胞壁的厚度,S_2层纤丝或微纤丝的排列等为决定纸张质量的重要依据;其中,纤丝角为评定材质或纸张强度的重要因子,直接关系到木材的机械和化学加工利用,以及良种培育的预测预报。纤丝角小,木材和纸张的强度大,纵向胀缩亦小;同时纤丝角除与纤维强度有密切关系外,与纤维长度亦成负相关。所以各国对木材和制浆造纸利用在选育树种工作中,