结构用重组竹抗弯力学性能

通过对180个重组竹抗弯试件的测试,研究了重组竹的抗弯强度、抗弯弹性模量、荷载-位移曲线、破坏现象和概率分布,并将重组竹抗弯性能与3种典型竹、木结构材进行对比。结果表明,重组竹的抗弯试件经历了弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段等3个阶段;重组竹的抗弯强度和抗弯弹性模量的概率分布均服从正态分布;参照中国木材强度设计值计算方法,确定了重组竹抗弯强度和抗弯弹性模量的设计值指标,其设计值指标均显著大于其他3种材料。     

工业化高温改性木材的力学性能

对速生杨木和兴安落叶松进行工业化高温改性处理,并对高温改性材及空白试件等560个试件在4种相对湿度(60%、70%、80%、90%)下的平衡含水率及各力学性能参数(顺纹抗压强度、顺纹抗压弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度)进行测试,建立了不同湿度下材料的力学性能指标体系.结果表明:改性材和空白试件的平衡含水率均随着环境湿度的升高而提高;各力学性能指标均随着环境湿度的升高而降低,且基本呈线性下降;与未处理的空白试件相比,木材经高温改性后,其平衡含水率降低,顺纹抗压弹性模量、抗弯弹性模量等刚度指标提高,与木材剪应力无关的顺纹抗压强度提高,与木材剪应力关系密切的抗弯强度和顺纹抗剪强度等下降.     

热处理工艺对甘油/热处理木材性能的影响

以毛白杨（Populus tomentosa）、云杉（Picea asperata）为研究对象,测定并分析了40%甘油水溶液预处理木材经过温度分别为160、180、200℃,时间分别为2、3、4 h的不同热处理工艺处理后,热处理材的平衡含水率、吸湿抗胀率、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度。结果表明,160℃甘油/热处理木材的平衡含水率高于素材和相同热处理工艺处理的未预处理材,随着热处理温度的升高和时间的延长,甘油/热处理木材的平衡含水率逐渐降低;在相同的热处理工艺下,甘油/热处理木材的吸湿抗胀率均大于未预处理的热处理材,并随着热处理温度的升高和时间的延长而升高;甘油/热处理木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度低于未预处理的热处理材,甘油预处理对毛白杨热处理材力学性能降低的影响大于云杉热处理材。     

集中荷载下钢木组合梁试验研究及有限元分析

  目的  用钢材替代工字型木梁的腹板部分以解决纯木梁腹板易剪切破坏、抗弯刚度低的问题,有助于减小构件尺寸,增加其在大跨度建筑中的应用。  方法  在H型钢上下翼缘各覆一层木材并使用螺栓连接制备组合梁。对11根组合梁开展三点弯曲试验,研究螺栓间距、剪跨比对组合梁破坏模式、刚度和承载力的影响。通过4个推出试验研究钢木界面滑移对组合梁性能的影响。  结果  钢木组合梁的抗弯刚度比相同截面尺寸的矩形木梁提高了201%;H型钢在集中荷载作用下易发生上翼缘的局部屈曲,剪跨比为2时,试件出现脆性破坏特征,破坏始于上层木材,随着剪跨比增大,试件由脆性破坏转变为延性破坏,木材最先破坏位置由上层木材转变为下层木材;剪跨比增大时,组合梁抗弯刚度减小,延性系数增大,峰值荷载下降了15%以上;螺栓间距增大时,组合梁抗弯刚度增大,延性系数减小,峰值荷载上升了15%以上。考虑钢木界面滑移的屈服承载力和跨中挠度的计算公式具有较高的准确性,所得计算值与试验值误差基本在10%以内;由材性试验获取材性参数,在此基础上使用ABAQUS软件建立考虑钢木界面滑移的有限元模型,模拟结果较为准确,组合梁抗弯刚度和屈服荷载的模拟值与试验值误差基本在10%以内。  结论  钢材用作腹板部分可以显著提高梁的抗弯刚度,并防止腹板剪切破坏;考虑界面滑移后,组合梁抗弯性能的理论计算和有限元模拟结果均较为准确。      

浸注药剂热处理工艺对木材物理性能的影响

先用以氯化锌、磷酸二氢铵和复合铜盐为主要成分的3种药剂浸注马尾松Pinusmassoniana木材及桉树Eucalyptus木材,然后再进行热处理的工艺方法。通过对处理前后木材的力学性能和尺寸稳定性的比较,探讨了药剂在不同温度下对木材性能的影响情况。结果表明：热处理工艺能明显提高处理材的尺寸稳定性,但也会降低木材的抗弯强度（MOR）和抗弯弹性模量（MOE）值。在同一温度下,浸注药剂后的热处理材比对照热处理材的体积湿胀率变化值（ASE）值增大了10％-45％;同时,该工艺对浸注药剂后的处理材的抗弯强度值降低较明显,而抗弯弹性模量变化则相对较小。3种药剂中,氯化锌热处理改善尺寸稳定性的作用最明显,其对抗弯强度、抗弯弹性模量影响亦是最大     

填缝型微波膨化木基金属复合材料制备及其性能表征

  目的  以高能微波处理后的木材增值利用为研究目标,制备填缝型微波膨化木基金属复合材料（WMC）,为微波处理人工林实木增值利用提供参考。  方法  采用抽真空浸渍方法,以锡铋低熔点合金和辐射松微波膨化木为原料,制备填缝型WMC,通过扫描电镜、能谱分析、计算机层析成像、动态热机械分析、热重分析、差示扫描量热分析、X射线衍射分析、红外光谱等测试技术,表征和分析WMC的微观形貌、热稳定性、表面接触角等性能。  结果  锡铋合金填充在微波膨化木的缝隙处,与木材形成“机械互锁”方式的啮合结构,使其在缝隙处紧密结合,提高了界面结合强度。WMC中锡和铋的质量分数分别为25.97%和31.13%,计算机层析扫描图像重构了锡铋合金在WMC中的空间分布位置,实现了WMC可视化的三维渲染,展示了其独特的纹理。WMC与基材相比具有更高的贮存模量、损耗模量和残炭量,热稳定性得到提高。WMC未出现新的酯类、醚类等官能团特征峰,晶体结构未受到破坏,结晶度呈现上升趋势,由基材的25.9%增加至38.6%。60 s时接触角比基材提高了172%,疏水性显著提高。  结论  本研究制备了填缝型微波膨化木基金属复合材料,观察与模拟了锡铋合金在微波膨化木中的分布,表征了其热稳定性与表面接触角等性能,为基于高能微波处理木材研制新型木质产品提供了新思路。      

强化复合木材细胞壁的纳米压痕测试分析

通过纳米压痕测试技术,测定和分析了未处理材和经硅溶胶强化处理的复合木材细胞壁层面的力学性能和弹塑性,以及硅溶胶的存在位置对强化复合木材细胞壁微观力学性能的影响。结果表明:1）浸渍强化处理工艺可以使硅溶胶进入木材细胞壁,使得强化复合木材细胞壁的弹性模量和硬度达到18.64 和0.64 GPa,分别比未处理材提高59%和31%;2）控制改性处理工艺,可以得到改性细胞壁和既有改性细胞壁又有填充细胞腔2种改性形式的强化复合木材,并且2种改性形式下细胞壁层面上的弹性模量和硬度没有显著差异,证实了细胞腔填充对细胞壁层面的力学性能没有影响;3）复合木材细胞壁形貌表征和力学测试曲线表明,硅溶胶强化处理后的复合木材细胞壁保持了较好的弹塑性特性,相对弹性回复率与未处理材基本相同。      

引种美国红橡幼龄材的物理力学性质研究

【目的】测定从北美引种的3种美国红橡木材的物理力学性质,以弥补我国家具和室内装修优质木材资源不足的现状。【方法】以引种的14年生(幼龄期)美国红橡纳塔栎(Quercus nuttallii)、舒玛栎(Quercus shumardii)和水栎(Quercus nigra)为研究对象,按照国家标准方法测定其木材的密度、干缩性、冲击韧性、顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量等基本物理力学性能指标,分析各指标间的相关性,并采用隶属函数法对各树种木材材性进行综合评价。【结果】3种美国红橡幼龄材气干密度、体积气干干缩率、冲击韧性、顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量分别为0.725～0.767 g/cm~3,9.650%～10.622%,216.59～255.14 kJ/m~2,45.57～54.44 MPa,104.24～105.40 MPa,7.11～7.77 GPa。3种美国红橡种间弦向全干干缩率差异极显著(P≤0.01),而种间径向全干干缩率和抗弯强度均差异不显著。相关性分析表明,红橡幼龄材气干密度与抗弯强度极显著相关;顺纹抗压强度与抗弯弹性模量极显著相关,与抗弯强度显著相关;抗弯强度与抗弯弹性模量极显著相关。3种红橡材性综合评价结果显示,纳塔栎和舒玛栎的材性略优于水栎。与其他栎属树种成熟材相比,引种的美国红橡幼龄材的大多数指标均接近其他栎属成熟材水平。【结论】3种美国红橡木材都属于高强度、高等级木材,材性优良,可作为制作家具和室内装修的优质用材。     

复合硅改性热处理杨木的制备及性能

  目的  针对木材树脂改性剂释放甲醛不环保,无机改性材吸湿性高等问题,将廉价易得的硅石粉溶液化,再有机杂化,制得高渗透、环保、防火的水溶性木材复合硅改性剂,通过真空加压浸渍处理和热处理联合改性,可以有效提高木材的物理力学和阻燃等性能。  方法  分别制备硅油复合硅改性剂（SC₂）和偶联剂杂化硅改性剂（HS₂）,对人工林杨木进行浸渍处理,再将浸渍材进行高温热处理,测试分析复合硅改性材及其热处理材的物理力学性能和阻燃性能。  结果  热处理使未处理材和改性材的质量与绝干密度均下降,硅油复合硅改性材（W-SC₂）热处理后的质量损失率与绝干密度损失率最大。与W-SC₂相比,硅油复合硅改性热处理材（TW-SC₂）的吸湿率增大;偶联剂杂化硅改性热处理材（TW-HS₂）的吸湿率较偶联剂杂化硅改性材（W-HS₂）明显降低,抗吸湿性改善明显。与杨木未处理材（W）相比,各组改性材的力学性能均显著提高,且明显优于TW-SC₂。W-HS₂的点燃时间比W延迟8 s,火灾指数由0.043 m2s/kW增大至0.140 m2s/kW,TW-HS₂的点燃时间比W延后9 s,火灾指数比W-HS₂提高了64.3%。与W相比,TW-HS₂的总热释放量减小29.4%,热释放速率峰值下降,且第二热释放速率峰值出现时间延后;W-HS₂和TW-HS₂的总生烟量比W大;HS₂浸渍改性联合热处理,可以提升木材阻燃性能。改性材的热降解速率较未处理材降低明显,热稳定性提高,说明HS₂改性剂具有明显的促进成炭作用。  结论  以硅石资源为主要原料,有机杂化制得环保、高效的木材复合硅改性剂HS₂,通过真空加压浸渍?热处理联合改性工艺,可有效改善人工林杨木的物理力学和阻燃等性能,实现其绿色改性,应用前景广阔。      

节子对馬尾松木构件抗弯强度及抗弯弹性模量的影响

本文马尾松木构件抗弯强度和抗弯弹性模量的试验,采用8×10×230厘米大试样。在大试样未破坏部分,制取2×2×30厘米无疵小试样,进行对比试验。试验结果表明:一般节子愈大,降低马尾松木抗弯强度和抗弯弹性模量愈多。但是具体到每一试样,也有节子大,反而抗弯强度和抗弯弹性模量高的,这是因为还存在着试样结构致密的程度、晚材率的多少、应压木的有无以及无疵木材性质依照概率基本定律变化等因素的影响。试样上同一尺寸的节子对抗弯强度的影响大于抗弯弹性模量,这是因为抗弯强度受力大,受节子的影响也大;抗弯弹性模量受力小,受节子的影响也小。     

蒙脱土/木材复合材料的结晶性能

为了考察蒙脱土/木材复合材料的结晶性能,利用X射线衍射仪检测了以处理木材试样和蒙脱土为原材料、借助酚醛树脂制备的蒙脱土/木材复合材料,并将未处理试材、处理试材及复合材料进行比较后发现,试材经氢氧化钠、微波、氢氧化钠-微波、氢氧化钠-超声波处理后,相对结晶度降低;超声波处理后,相对结晶度增大。除氢氧化钠处理试材外,其他处理试材与蒙脱土形成的复合材料的结晶度均进一步降低。未处理材、处理材及复合材料结晶区晶层间距变化不明显。研究还发现,蒙脱土在复合材料中主要以插层型结构存在。      

微波预处理对巨尾桉木材渗透性的影响

采用微波辐照预处理巨尾桉木材,然后将试材相同条件下进行吸水试验和饱水干燥试验,测定试材的吸水增重率（WAR）和干燥失重率（WLR）,以增重率和失重率来评价试材的渗透性。并研究了试材的静曲强度和弹性模量。结果表明,微波预处理试材的吸水增重率和干燥失重率均大于未处理材,即预微波处理可以使巨尾桉木材的渗透性得到改善,相同条件下,经微波预处理的试材水分吸入和散失快于未处理材。但微波处理时间对增重率和失重率影响不明显,这可能与选择的微波功率较低和试材的变异性有关。微波处理对试材的静曲强度和弹性模量影响不大。     

密粘褶菌生物性降解对杉木木材性质的影响

选用密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum(Pers.)Murrill)对杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)木材进行生物性降解,研究不同降解时间对杉木木材化学成分、结晶度、微力学性能和微观形态的影响。结果表明,密粘褶菌不降解杉木木材的木质素,其中边材综纤维素、纤维素和半纤维含量在6周分别降低了6.91%、4.07%和13.34%;心材综纤维素、纤维素和半纤维含量在6周分别降低了6.84%、4.09%和12.97%。木腐菌处理后,杉木木材纤维素结晶度均有所降低;杉木的抗弯强度和抗弯弹性模量均呈现减小的趋势,18周时降到最低,杉木边材抗弯强度减少了46.17%,抗弯弹性模量减小了29.66%,心材抗弯强度减少了53.74%,抗弯弹性模量减少了47.74%。     

防腐树脂增强改性木材力学及耐久性能研究

为综合提升发挥防腐木材与树脂改性木材的优势,在赋予防腐木材良好尺寸稳定性和力学强度的同时提高树脂改性材的耐腐性能。采用低分子酚醛树脂（PF）分别与木材防腐剂硼化合物、三唑类化合物、硼类与有机唑类复合物相互复配,制备防腐树脂复合制剂,对马尾松木材进行防腐树脂增强改性处理,研究处理材的物理力学性能及抗生物耐久性能。结果表明：防腐树脂增强改性材的尺寸稳定性随着树脂质量分数的增大而提高,当树脂质量分数20%时,处理材的体积抗湿胀率（V- ASE）均比素材提高30%以上。防腐树脂增强改性材的抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度和表面硬度较未处理材分别平均提高了33.8%、27.1%、29.0%和 60.6%;未处理马尾松木材的耐腐性差,室内耐腐性属于Ⅳ级,PF改性材属于Ⅲ级,而防腐树脂增强改性材均可达到强耐腐等级(Ⅰ级),抗白蚁性达到9.0级以上;经4年埋地测试,PF树脂复合三唑类防腐剂（PF-PT）处理试材的完好指数为10。综合以上结果,防腐树脂增强改性马尾松木材能有效提高其尺寸稳定性、力学性能、耐腐及抗白蚁性能,其中PF-PT防腐增强改性材达到了室外用材耐久性的要求,具备良好尺寸稳定及防腐防虫功能,具有较好的推广应用价值。     

褐腐杨木微观结构、力学性能与化学成分的关系研究

为了探究褐腐对阔叶材主要材性的影响规律,对杨木边材试件进行室内褐腐培养,为期12周,每周抽样分别测试健康和腐朽木材的微观结构、力学性能及化学成分,并分析其随褐腐程度的变化情况,研究力学性能和化学成分之间的关系。结果表明:随褐腐程度的加深,木材细胞腔内的菌丝越来越多,纹孔膜和纹孔边缘的细胞壁分别于质量损失率为10%、16%时出现开裂;质量损失率为24%时,细胞壁严重溃烂。褐腐培养时间和质量损失率都对力学性能影响极显著;冲击韧性和抗弯强度的损失率随褐腐程度呈对数函数变化趋势,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的损失率呈线性变化趋势。各力学指标对褐腐的响应速度以及受褐腐影响的程度均呈如下规律:冲击韧性抗弯强度抗弯弹性模量顺纹抗压强度。不同褐腐程度试样中的综纤维素、半纤维素以及抽出物含量差异极显著,纤维素和木质素差异不显著。腐朽过程中褐腐菌最先主要降解半纤维素,质量损失率为20%左右时,转为以分解纤维素为主。冲击韧性的快速显著降低与半纤维素的降解有关,抗弯强度的变化与综纤维素含量有关,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的线性降低是由纤维素的缓慢降解决定的。总之,在褐腐过程中,木材微观水平上化学成分的降解和细胞壁结构的破坏从根本上导致了宏观力学性能的降低。      

地带和地形对湿地松人工林材性的影响

比较分析了湿地松人工林材性在不同地带和地形中的表现差异.结果表明:相同地形条件下生长在南亚热带的湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、戊聚糖含量和苯醇抽出物含量大于生长在中亚热带的,而木材尺寸稳定性和Klason木素含量小于生长在中亚热带的.相同地带内山谷中的湿地松人工林木材尺寸稳定性和戊聚糖含量大于山脊上的,木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硝酸—乙醇纤维素含量、Klason木素含量和苯醇抽出物含量均小于山脊上的.差异显著性t检验表明:地带和地形对湿地松人工林木材密度、顺纹抗压强度和抗弯强度影响极显著或显著;地形对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响极显著,地带对湿地松人工林木材差异干缩和抗弯弹性模量影响不显著.研究结果为湿地松人工林培育和木材合理利用提供科学依据.     

依据声发射事件信息熵对樟子松木材顺纹动态弹性模量的测算方法

以气干状态无明显缺陷的樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica Litv）实木为试材,制成轴向800 mm、弦向60 mm、径向30 mm的试件（含水率12.8%,密度0.42 g/cm³）;应用三思纵横UTM5105电子万能力学试验机对试件进行三点弯曲试验,在试件表面顺纹方向3个固定位置实时采集试件损伤过程的声发射（AE）信号;应用小波分析对原始声发射信号进行降噪并重构,确定声发射事件阈值,统计每秒的声发射事件数,再以6 s的声发射事件作为信息片段并计算其信息熵,依据每个信息片段信息熵辨识木材损伤过程;采用时差定位法确定声发射信号的顺纹传播速度,并依据木材各损伤阶段声发射信号顺纹传播的平均速度计算木材顺纹动态弹性模量。结果表明：当信息片段信息熵低于平均信息熵时说明木材进入了新的损伤阶段,试件损伤过程分为弹性阶段、塑性阶段、脆断阶段、后续断裂阶段;应用构建的依据声发射事件信息熵对木材顺纹动态弹性模量算法测试,试件损伤过程中,声发射信号顺纹传播平均速度为4 915.8 m/s、相应的木材顺纹动态弹性模量为10.2 GPa。     

甲氧基丙烯酸酯类制剂的木材防腐性能研究

  目的  木材防腐处理是延长木材使用寿命,减少森林砍伐,保护生态环境的有效方法。本研究对甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂、碘代丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)和4,5-二氯正辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）的防腐性能进行了系统测试,旨在筛选出生态友好型木材防腐制剂,丰富木材防腐剂体系。  方法  采用抑菌圈法测试嘧菌酯、醚菌酯、吡唑醚菌酯、IPBC和DCOIT这5种候选药剂对白腐菌和褐腐菌的抑菌活性,优选出高活性药剂;将筛选出的药剂制备成水基化制剂处理辐射松和毛白杨边材,通过室内耐腐试验探究不同载药量水平下处理材的耐腐性能。  结果  抑菌圈试验结果显示:嘧菌酯、吡唑醚菌酯、DCOIT和IPBC对褐腐菌和白腐菌的抑制效果均较好,其中吡唑醚菌酯和IPBC抗菌效果优于对照药剂丙环唑。防腐处理的辐射松试材对白腐菌和褐腐菌的抑菌测试中,载药量约为0.21 ~ 0.46 kg/m3的嘧菌酯处理材和吡唑醚菌酯处理材的质量损失率分别在3.1% ~ 7.9%和3.5% ~ 7.8%,载药量约为0.22 ~ 0.45 kg/m3的IPBC处理材的质量损失率在0.9% ~ 5.6%。所有药剂处理的毛白杨试样,在各载药量水平下比未处理试样的耐腐朽性能有很大提高,但它们的质量损失率仍然较大,对毛白杨防腐处理不建议使用此类防腐剂。  结论  本研究中制备的吡唑醚菌酯和嘧菌酯制剂与对照药剂丙环唑抗菌效果相当,IPBC制剂抗菌效果优于丙环唑,均可作为新型木材防腐剂进一步开发利用。      

热处理工艺对竹材性能的影响

采用热处理温度为160,180,200℃,热处理时间为2,4,6 h的高温热处理工艺对毛竹Phyllostachys edulis竹材进行改性处理,分析不同热处理工艺对竹材化学成分和力学性能的影响,将分别在160,180,200℃下处理4h后的竹材进行傅立叶变换红外光谱图表征。结果表明:热处理温度越高和时间越长,竹材中木质素质量分数也越高,综纤维素、α-纤维素质量分数呈现下降的趋势,竹材的纵向抗弯强度呈减小趋势,并且抗弯弹性模量呈减小趋势。200℃,6 h热处理竹材与未处理竹材相比,木质素质量分数上升了115.0 g·kg-1,综纤维素质量分数下降了93.1 g·kg-1,α-纤维素的质量分数下降了239.4 g·kg-1,毛竹竹材的抗弯强度较未处理材减小了84.5 MPa,抗弯弹性模量较未处理材减小了1.86 GPa。红外谱图中竹材表面羟基数目随热处理温度的上升和热处理时间的延长不断减少。     

蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液改性木材的力学性能

  目的  木材化学改性是提高人工林速生材力学性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围的有效途径。使用有机蒙脱土（OMMT）对木材进行改性处理具有较好的前景。但由于有机蒙脱土在水中不易分散，且粒径较大，难以进入到木材细胞壁中而限制了其应用。因此，提高OMMT在水中的分散性，增大其层间距可为其进入木材细胞壁内创造条件，是改性增强木材的有效手段。  方法  本研究采用一种水性的聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液（PEG/HBPA）作为载体使OMMT在水中稳定分散。将改性剂通过浸渍处理改性木材，测试了改性材的力学性能，并探讨了不同层间离子的OMMT对改性效果的影响。  结果  4种OMMT均能够稳定分散进入到PEG/HBPA中，经过24 h静置后无明显的分层和沉淀，乳液粒径和黏度无明显变化。木材经过PEG/HBPA处理后，除端面硬度外，力学性能有所提高，加入OMMT后力学性能进一步提高，并增加了改性材的端面硬度。OMMT层间离子中含有氨基、羟基、羧基等官能团，能使OMMT更好地进入到木材细胞壁中，其中层间离子含有氨基的OMMT改性效果较好，改性后木材顺纹抗压强度为82.2 MPa，抗弯强度为98.2 MPa，端面硬度为8 920 N。  结论  使用PEG/HBPA乳液可以均匀分散OMMT，并使其进入到木材细胞壁，增强木材的力学强度，这对实现人工速生材的环保高效利用具有一定的指导意义。