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。     

应用聚类分析与响应面法对毛竹材梯度结构理化性能分析

以毛竹材为研究对象,从竹黄至竹青逐层制备厚度为1 mm的薄竹篾,通过环境扫描电镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)仪等对其梯度结构的力学性能、化学成分和维管束分布进行表征;利用聚类分析和响应面法对影响力学性能的主要因子进行研究.结果表明:竹黄至竹青的维管束占比逐渐增加,化学成分中纤维素和木质素质量分数增高3％和5％,半纤维素质量分数下降4％,纤维素结晶度呈先增后降并趋于稳定的变化规律.聚类分析毛竹材力学强度与化学成分和维管束分布存在线性关系,呈梯度分布;响应面分析各因素对毛竹材抗拉强度的影响顺序由大到小为维管束占比、结晶度值、木质素质量分数,且模型预测误差值低于1.83％,为竹基复合材料体系配比和结构设计的优化提供基础理论和科学依据.     

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。      

基于硬头黄竹材质变异分析的伐竹年龄判定

以四川产硬头黄竹Bambusa rigida为研究对象,参考国家标准GB/T 15780-1995《竹材物理力学性质试验方法》与竹材径向加压抗弯性质测定方法,并结合单因素方差分析方法(ANOVA),对竹龄为0.5~4.5 a的竹材物理力学性质进行研究,为硬头黄竹择龄伐竹提供参考。结果表明:(1)竹龄在0.5~4.5 a间,竹材生材含水率、干缩率逐渐减小,基本密度逐渐增大;(2)竹龄为3.5 a时,竹材顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量达到最大,顺纹抗剪强度达到稳定;(3)由竹秆基部至梢部,竹材生材含水率、干缩率呈下降趋势,基本密度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、抗弯强度与抗弯弹性模量呈增大趋势,而顺纹抗剪强度、抗弯强度与抗弯弹性模量在竹龄为4.5 a的竹秆梢部出现下降;(4)竹龄为3.5 a的竹材材性基本达到稳定,生材含水率、基本密度、干缩率、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、抗弯强度、抗弯弹性模量分别为60.67%,0.72 g·cm~(-3),12.54%,82.41 MPa,11.99 MPa,237.13 MPa和8.32 GPa。推荐材质成熟的硬头黄竹伐竹年龄为3.5 a。     

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%。     

固沙先锋树种沙柳枝条力学特性及其影响因素

以内蒙古干旱半干旱沙区固沙先锋树种沙柳(Salix psammophila)枝条为对象,研究其冬季休眠期抗拉、抗剪与抗弯力学特性,分析枝条长度、直径及其化学组分等对其力学特性的影响,为丰富植物固沙能力的评估指标体系,也为沙柳平茬机具的研制提供生物力学依据。结果显示:在测试径级0.5~2.5 mm时,沙柳枝条的极限抗拉力为14.05~52.02 N、抗剪力为16.26~80.04 N、抗弯力为1.02~3.54 N,均随着直径的增大而增大,应力直径递增函数不同;极限抗拉强度为8.96~66.19 MPa、抗剪强度为8.04~39.87 MPa、抗弯强度为1 566.46~46.71 MPa,均随直径的增大而减小,应力强度-直径递减函数不同。表明直径是影响枝条力学特性的重要影响因子。随着枝条长度的增长,其抗弯强度呈增大的趋势,而抗拉强度和抗剪强度无明显的变化规律;沙柳枝条极限抗拉力均值36.19±3.29 N>抗剪力均值 50.04±4.54 N,枝条极限抗拉强度均值31.01±2.81 MPa>抗剪强度均值16.98±1.54 MPa,说明枝条易破坏外力类型为剪切力。沙柳枝条抗拉强度、剪切强度和抗弯强度与纤维素、半纤维素含量呈显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)正相关,与木质素含量呈显著正相关(P<0.05)。试验结果表明影响枝条抗拉、抗剪和抗弯强度的因素中纤维素和半纤维素起主要作用,其次是木质素含量。     

不同方向及年龄的麻竹竹材的物理和力学性能研究

对东西南北4个不同方向的麻竹竹材的物理和力学性能进行分析,结果表明,不同方向的麻竹竹材的物理和力学性能之间存在一定的差异,但差异均不显著,说明东西南北各个方向对麻竹竹材的物理和力学性能均无明显影响.不同年龄的麻竹竹材的物理和力学性能之间也存在一定的差异,其中在各密度以及顺纹抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量方面,均表现为1.5龄＞2.5龄＞0.5龄;在各干缩率和顺纹抗剪强度方面,均表现为0.5龄＞2.5龄＞1.5龄.     

肥料对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响

为了解肥料对毛竹Phyllostachys edulis竹材物理力学性质的影响,选择施用尿素、黄腐酸钾型豆粕有机肥及不施肥的5年生毛竹进行竹材密度、顺纹抗剪强度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗拉强度测定。结果表明:施肥与不施肥毛竹相比较,其材性弦向抗弯弹性模量基部显著增大（P＜0.05）,中部和顶部则差异不显著（P＞0.05）;顺纹抗剪强度除基部外;其余部分均差异显著（P＜0.01）,施化肥与有机肥比较,尿素的差异变化率达8.0%以上,最大的-17.1%,而黄腐酸钾型豆粕有机肥为4.9%以下,最小的-0.85%,化肥比有机肥的增加了1倍。这说明施化肥的毛竹材性的变化较大,不施肥的材性变化较小,施用尿素的达到极显著（P＜0.01）,施黄腐酸钾型豆粕有机肥的虽有影响,但不显著（P＞0.05）。表2 参１５     

大叶山杨与山杨木材比较解剖与材性分析

运用对比分析的方法对山杨和大叶山杨木材的解剖特征,纤维形态等进行了较详细的观察,测定与分析,对２种木材的气干密度,干缩系数,顺纹抗压强度,顺纹抗拉强度,抗震强度,抗弯强度,抗弯弹性模量,冲击韧性,硬度,抗劈力强度等进行了对比研究;对２种木材的冷水抽出物,热水抽出物,质量分数为１％的ＮａＯＨ抽出物,乙醚抽出物,苯醇抽出物,ｐＨ值,纤维素含量,半纤维素含量,木素含量等化学成分进行了测定。     

热处理对纤维化竹单板表面性能和微力学性能的影响

以炭化炉处理的毛竹纤维化单板为原料,系统地研究了不同热处理温度对纤维化竹单板的表面性能和微力学性能影响。结果显示,随着热处理温度的升高,纤维化竹单板的质量损失率增加,表面颜色加深,p H值和缓冲容量降低。热处理后纤维化竹单板的半纤维素降解,导致其综纤维素和α-纤维素质量分数分别降低了20.15%、35.94%,冷、热水抽提物和木质素相对质量分数分别增加了20.15%、27.39%和43.56%。傅立叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析结果进一步证明了半纤维素发生降解,多糖质量分数降低,木质素相对质量分数增加。微力学性能测试结果显示,热处理后纤维细胞和薄壁细胞的细胞壁弹性模量变化不显著,薄壁细胞的硬度增加了48.84%,使材料的硬度显著增加。     

冬、夏采伐期毛竹主要物理力学性能的对比

以大别山区3年生毛竹为研究对象,分别在冬、夏两个采伐期采集试样,并进行物理力学性能的测试。结果表明:冬季采伐期的毛竹材气干密度(0.742±0.054) g/cm^3和基本密度(0.628±0.047) g/cm^3均大于夏季采伐期毛竹材的基本密度(0.645±0.043) g/cm^3和气干密度(0.755±0.040) g/cm^3,两个采伐期毛竹材密度差异均显著;在冬季采伐期采集的毛竹材弦向气干干缩率、全干干缩率、径向气干干缩率、全干干缩率及体积气干干缩率、全干干缩率分别是夏季采伐期的1.96、1.56、1.96、1.62、1.96及1.71倍,差异显著;顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、抗弯强度及抗弯弹性模量夏季采伐期采集的毛竹材均大于冬季采伐期的,差异显著。采用直线方程和曲线方程两种形式对所测力学属性与基本密度之间关系进行经验模型的预测,结果显示:抗弯强度适合用直线方程而顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度及抗弯弹性模量用曲线方程拟合效果更佳,且显著相关;各力学强度均随着基本密度的增加而增加。两个采伐期力学性能的差异可能是两个采伐期的温度、降水等环境因子通过毛竹密度影响其力学性所致能。     

化学成分对木材细胞壁纵向弹性模量和硬度的影响

以杉木成熟材晚材为研究对象,采用化学成分选择性脱除方法依次脱除木质素和半纤维素。利用纳米压痕技术,在纳米尺度上,探讨半纤维素和木质素对木材细胞壁压入力学性能的影响。结果表明:木质素对细胞壁的弹性模量影响显著,脱除木质素后细胞壁弹性模量损失了6.53%。半纤维素是一种界面高分子,在细胞壁中作为连接纤维素和木质素的界面偶联剂,对细胞壁的纵向弹性模量影响极显著,脱除半纤维素后细胞壁弹性模量损失约为9.16%。木质素和半纤维素对细胞壁的硬度影响均显著。木质素脱除后,细胞壁硬度降低了16.98%。半纤维素脱除处理与脱木质素处理相比,硬度仅下降了0.87%。      

竹腔注射治虫对竹材物理力学性质的影响

对竹腔注射治虫后的毛竹与常规毛竹进行竹材抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗拉强度等力学性质测定表明 ,2种竹材的物理力学性质无显著差异 ,因此竹腔注射不影响毛竹的物理使用价值。图 1表 2参 3     

护坡木本植物根系的力学特性及其与细胞壁成分的关系

为研究人工边坡立地条件下木本植物根系固土护坡的力学机制,以京承高速(3期)边坡为例,对榆树、紫穗槐、刺槐、胡枝子4种木本植物共395个根样进行室内单根拉伸试验,然后按5个根系径级分类并分别测定其半纤维素、纤维素、木质素含量,系统分析植物根系材料的力学性能。结果表明:4种木本植物根系直径为0.95~5.42 mm,抗拉强度为7.66~36.94 MPa,抗拉力为22.18~464.50 N。4种植物之间抗拉力、抗拉强度差异显著,从大到小依次为榆树＞紫穗槐＞胡枝子＞刺槐,根系抗拉力随根系直径增大以幂函数增大,抗拉强度随根系直径增大以逆函数或幂函数减小。4种木本植物5个径级根系半纤维素质量分数为1.37%~29.26%,纤维素质量分数为20.57%~36.91%,木质素质量分数为15.12%~29.84%,综纤维素质量分数为28.18%~66.17%,木纤比比值为0.45~1.31。不同树种间及不同径级根系间细胞壁成分差异显著。根系抗拉力与木质素显著负相关;抗拉强度与木质素正相关,与半纤维素负相关。根系拉伸的应力--应变曲线随树种根系结构组成的不同而不同。单根拉伸的应力--应变特征初始阶段为线性关系,拉力继续增大会逐渐表现出塑性特征,根系最大应力随直径增大而减小。综合4种植物的抗拉特性,榆树和紫穗槐的护坡作用较大。      

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.     

重组竹高温处理后物理力学性能研究

为探索高温处理对重组竹物理力学性能的影响,研究不同温度（110、170、230 ℃）和不同处理时间（1、2、3、4 h）对重组竹抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度和质量损失的影响。结果表明,重组竹的力学性能随着处理温度和时间的增加而逐渐降低。230 ℃高温下重组竹的物理力学性能降低较显著,恒温4 h后抗压强度、抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度及质量的残留率分别35%、20%、25%、10%、70%。高温后重组竹在自然冷却条件下的残余强度大于浸水冷却条件下的残余强度。     

重组竹力学性能及设计强度取值研究

竹材为快速可再生材料,性能优越,用于建筑领域可提高长期固碳能力、增加经济附加值,且建筑业迫切需要寻找再生资源降低对环境的影响。通过试验研究浙江省4～5年生毛竹枝下材制成的重组竹顺纹抗拉、顺纹抗剪、抗弯强度、抗弯弹性模量及其破坏模式,参照《木结构设计手册》分析其设计值,并将其与常见建筑材料进行对比。结果表明,顺纹抗拉强度设计值为16.3 MPa,抗拉破坏属于脆性破坏,破坏模式有3种:受拉纤维拉断、锯齿状界面剪切破坏、纤维拉断和界面剪切破坏同时发生;顺纹抗剪强度设计值为3.69 MPa,抗剪破坏属于脆性破坏,破坏模式为纤维界面的剪切破坏;抗弯强度设计值和抗弯弹性模量分别为33.8 MPa和8.3 GPa,抗弯破坏属于塑性破坏,破坏模式为受拉纤维先拉断、受压纤维后压溃破坏。重组竹可作为建筑结构主体受力材料使用,但须适当提高抗压和抗剪安全系数,用作受弯构件时以挠度控制较为准确。     

人工林赤松幼龄材与成熟材力学性质的比较

根据人工林赤松Pinus densiflora木材的管胞长度、微纤丝角、管胞长宽比、基本密度、晚材率及生长轮宽度等材性指标的测试数据,采用最优分割法划分出人工林赤松的幼龄材与成熟材的界限,分析了人工林赤松幼龄材与成熟材力学性质差异的表现.结果表明:赤松的幼龄期为小于12 a,抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度和弦向横纹抗压强度等指标成熟材高于幼龄材,径向横纹抗压强度、弦面抗剪强度、径面抗剪强度、弦向抗劈强度和径向抗劈强度等项指标幼龄材高于成熟材.其中,抗弯强度、抗弯弹性模量、径向横纹抗压强度和弦面抗剪强度差异达0.01显著水平,顺纹抗拉强度差异达0.05显著水平.图1表6参6     

不同坡位人工林赤松物理力学性质的比较

对延吉市帽儿山坡下和坡中的人工林赤松(Pinus densiflora)的物理力学性质差异进行研究.结果表明:坡下人工林赤松的弦向、径向和体积干缩率比坡中小;抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗拉和抗压强度、横纹弦向和径向抗压强度,坡中材高于坡下材;气干密度、弦向和径向抗剪强度、弦向和径向抗劈力,均坡下材高于坡中材;坡下和坡中人工林赤松的气干密度、径向和体积干缩率、顺纹抗压强度、横纹弦向和径向抗压强度、弦向和径向抗剪强度差异达0.01显著水平,抗弯强度、抗弯弹性模量、弦向抗劈力差异达0.05显著水平,弦向干缩率、顺纹抗拉强度、径向抗劈力无显著差异.     

竹材铜唑防腐剂处理工艺及力学性能研究

以竹材为试验材料,采用新型水溶性铜唑(Copper Azole,即CuAz)防腐剂对其进行防腐处理,分析药剂质量分数、压力、前真空时间及加压时间对防腐处理效果的影响,比较处理前后对竹材力学性能的影响。研究结果表明,药剂质量分数是影响竹材防腐处理效果的显著因子;经铜唑防腐处理后,竹材的弹性模量(MOE)、顺纹抗拉强度和抗压强度无显著变化,抗弯强度(MOR)稍有降低。