白蜡木、黑胡桃木、橄榄木的干缩湿胀特性研究

实木制品的干缩湿胀性直接影响其尺寸稳定性,对白蜡木、黑胡桃木和橄榄木的干缩湿胀特性研究结果表明：三种木材全干状态下的体积干缩率分别为13.88%、10.85%、9.89%,气干状态下的体积干缩率分别为4.89%、4.71%、4.14%,气干至饱水状态下的体积湿胀率分别为18.28%、12.82%、11.54%,全干至气干状态下的体积湿胀率分别为5.94%、4.20%、3.96%。三种木材中白蜡木的干缩湿胀性最强,黑胡桃木次之,橄榄木最小。研究结果对实木制品用材含水率的控制具有一定的指导意义。     

聚乙烯蜡浸渍处理对纤皮玉蕊木物理力学性能影响北大核心

浸渍改性是提高木材尺寸稳定性方法之一,选用聚乙烯蜡为浸渍液,家具常用材纤皮玉蕊木为原料,通过高温高压浸渍(温度150℃,压力1 MPa),研究聚乙烯蜡浸渍时间(8、18、24 h)对纤皮玉蕊木的全干密度、湿胀率、干缩率、色差、硬度、抗弯强度和抗弯弹性模量等性能指标的影响。结果表明:随着浸渍时间的增加,全干密度先提高后减小,在8 h时全干密度达到最大值,较未处理材提高了37.40%;径向、弦向、体积的湿胀率和干缩率随着浸渍时间增加而逐渐下降,尺寸稳定性明显提高;随着浸渍时间的增加,纤皮玉蕊木材色加深,但区别不大;弦向、径向、端面的硬度和浸渍时间成正比;抗弯强度和抗弯弹性模量随着浸渍时间先增大后减小,浸渍8 h效果好。与未处理材相比,浸渍处理可以改善木材的尺寸稳定性,使木材材色加深,硬度和抗弯强度明显提高。     

杨树浸渍改性处理材尺寸稳定性研究

利用聚乙烯醇缩甲醛改性剂对杨树木材进行浸渍改性,对其改性材的尺寸稳定性进行研究。结果表明:改性材的径向、弦向和体积干缩率与素材相比均有不同程度的下降;从全干到吸水饱和状态的过程中,当改性剂达到一定浓度时,改性材的径向、体积湿胀率与素材相比有明显下降,弦向线湿胀率下降不明显。从气干到吸水饱和状态的过程中,改性材的径向、弦向湿胀率与素材相比均有不同程度的下降;改性材体积湿胀率随着改性剂浓度的上升而呈下降趋势,当改性剂浓度为30%时,改性材体积湿胀率为6.85%,与素材相比下降了5.54%。改性材吸水率随改性剂浓度的上升而下降,最低可达159%;改性材的抗干缩系数(ASE)随改性剂浓度上升而增加,最大可达47.8%。改性材的尺寸稳定性能要明显优于杨树素材。     

炭化杨木耐热、耐湿及导热稳定性能的研究

以速生杨木为研究对象,采用窑室常压热处理炭化工艺,研究炭化处理后杨木板材的耐热、耐湿尺寸稳定性以及导热性能方面的变化。结果表明,经过该工艺处理后,材料的耐热收缩率和耐湿膨胀率均下降,材料的尺寸稳定性均显著提高。炭化处理后,在湿胀稳定性方面,不同试材长度方向提高了6.67%~81.82%,宽度方向提高了27.47%~80.68%;在干缩稳定性方面,长度方向提高了21.32%~54.22%,宽度方向提高了62.34%~85.67%;材料的导热系数增加27.52%,导热性能显著提高。     

施胶量和断面结构对沙柳材重组木性能的影响

以沙柳材为原料,在沙柳材重组木施胶量对沙柳材重组木物理力学性能的影响.试验结果表明,实验室条件下的施胶量较佳工艺参数为9%.当木束层平行组坯时,其横纤维方向的干缩率是顺纤维方向的2.27倍;而木束层垂直组坯时干缩率较小、且长宽方向上相近.     

杉木胶合木湿应力研究

为揭示环境湿度变化引起的木材含水率非均匀性分布对胶合木构件内部湿应力的影响规律,从材料层面测试了变湿度条件下290个国产杉木木材的平衡含水率,以及横纹径向和横纹弦向干缩性、湿胀性、水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量等物理力学性能参数,并从理论层面利用有限元模拟分析周期性变湿度条件下层板厚度对杉木胶合木湿应力的影响。研究结果表明:利用Nelson方程能够较好地拟合变湿度中杉木的平衡含水率;杉木横纹径向干缩和湿胀性均小于横纹弦向,横纹径向水分扩散系数、抗拉强度和弹性模量均高于横纹弦向,这决定于横纹径向排列的木射线以及管胞径面壁上大量纹孔导致的实质物质减少的微观构造;减小层板厚度有助于降低胶合木湿应力,当层板厚度由40 mm降至20 mm时,构件内部最大湿应力降低19.32%,但其最大值仍高于木材横纹抗拉强度,湿应力的降低程度不足以避免构件的横纹开裂;木结构工程设计和应用中必须考虑其他有效的方法减小湿应力以避免木材横纹开裂。     

高温热处理对色木尺寸稳定性的影响

采用高温高湿-干燥-炭化工艺,以处理温度、处理时间、汽蒸时间和干燥基准为因素,L9(34)设计实验方案研究色木炭化材尺寸稳定性。结果表明:热处理可以明显降低木材的线性湿涨率和体积湿涨率,提高木材的尺寸稳定性;随着处理温度的升高、处理时间和汽蒸时间的延长,色木的体积湿涨率均降低;其中处理温度的影响程度最大。在本次试验中,与对照材相比,通过高温高湿处理可以使色木的弦向湿涨率降低26%～59%,径向湿涨率降低22%～66%,体积湿涨率降低31%～67%。     

预压缩处理施胶技术提高杨木重组木尺寸稳定性的研究

高性能重组木制造技术可将速生材制造成具有高强度和天然木材纹理结构的新型木材,从而提高速生材的附加值。然而,采用此技术制备的重组木虽然尺寸稳定性显著高于传统工艺制备的重组木,但是仍不能满足室外用材的需求。为提高室外用重组木的尺寸稳定性,采用预压缩处理施胶技术对木单板施胶后制备高性能重组木,通过扫描电镜、压汞仪、激光共聚焦显微镜和超景深显微镜,研究了预压缩处理施胶技术对木单板和重组木的形貌和胶液分布的影响,及其对重组木尺寸稳定性和力学性能的影响。研究结果表明:预压缩处理施胶技术增大了木单板的比表面积,使胶液在单板和重组木中分布更均匀,而且显著降低了重组木的吸水厚度膨胀率(TSR)和吸水宽度膨胀率(WSR)。在63℃/24 h的水煮测试中,TSR和WSR相比未处理材分别降低43.34%和12.82%;在28 h循环测试中,TSR和WSR相比未处理材分别降低50.94%和51.48%。因此,采用预压缩处理施胶技术制备的重组木尺寸稳定性相比未处理材显著提高。同时,重组木的静曲强度、弹性模量和剪切强度相比未处理材分别提高1.63%,12.15%和21.34%。     

木材多尺度结构的干缩湿胀研究进展

木材干缩湿胀是影响木材加工利用的关键特性，与木制品尺寸和形状的稳定性密切相关。木材宏观到微观层次分明的多尺度分级结构导致木材干缩湿胀行为的复杂性。将木材干缩湿胀研究从宏观尺度引向介观和微观尺度，建立三者之间的有机联系，有助于阐明木材干缩湿胀行为的发生机制和演变机理，对深入认识木材性质，合理、高效利用木材具有重要理论价值和实践意义。本研究综述木材宏观尺度（无疵试样）、介观尺度（生长轮）和微观尺度（木材细胞）3种层级单元的干缩湿胀行为及其滞后现象，分析木材不同尺度结构的干缩湿胀行为发生和演变规律，介绍基于多尺度结构的木材干缩湿胀测试方法和技术手段。同时，对今后开展木材多尺度结构干缩湿胀行为研究提出建议：1）在介观和微观尺度上系统开展针叶材和阔叶材基于生长轮和木材细胞的干缩湿胀行为研究，建立木材多尺度结构与干缩湿胀行为之间的构效关系；2）揭示基于各向异性、非均质性和细胞类型多样性引发的干缩湿胀行为差异化响应规律及其互作机制；3）阐明木材干缩湿胀行为的时间滞后和湿胀滞后现象；4）引入相关理论模型，如有限元法的应用，构建木材多尺度结构的自由缩胀可视化有限元模型。     

浸渍后处理及干燥处理对木材树脂浸渍改性效果的影响

【目的】探讨不同浸渍后处理方式和干燥方式对MUF树脂浸渍材增重率和尺寸稳定性的影响,为树脂浸渍改性技术提供参考和借鉴。【方法】利用5%、10%、15%和25%浓度的MUF树脂真空加压浸渍毛白杨木材,每种浓度树脂浸渍后试样首先分别进行4种方式浸渍后处理(气干处理7天、高湿度环境中平衡处理7天、树脂溶液中平衡处理7天以及不进行气干或平衡处理),然后分别利用2种干燥方式(直接干燥和湿干燥)进行干燥处理,干燥处理后测量不同处理条件下树脂浸渍材的增重率和容胀率,最后将素材和树脂浸渍材置于蒸馏水中常压浸渍14天,测试树脂浸渍材的抗胀率和径弦向差异湿胀程度。【结果】木材增重率与树脂浓度呈正相关关系,4种浓度树脂浸渍后试样增重率分别为9.7%、19.1%、28.4%和50.0%;不同浸渍后处理试样间的增重率差别不大;相同浸渍后处理条件下,直接干燥试样的增重率略低于湿干燥试样的增重率。树脂浸渍后,置于高湿度环境或树脂溶液中处理的试样,细胞壁容胀率较高;相同浸渍后处理条件下(除气干处理外),直接干燥试样的细胞壁容胀率低于湿干燥试样的细胞壁容胀率。树脂浸渍材抗胀率的变化规律与其细胞壁容胀率的变化规律基本一致。随着增重率增加,树脂浸渍材的径弦向湿胀率均降低,而其径弦向差异湿胀程度呈增加趋势,低增重率时试样的径弦向差异湿胀程度低于素材,而增重率超过30%左右时试样的径弦向差异湿胀程度高于素材。【结论】1)相同浓度树脂浸渍条件下,干燥方式对增重率的影响大于浸渍后处理方式,湿干燥处理有利于树脂在木材内部良好固着,从而获得更高的增重率;2)细胞壁容胀率受浸渍后处理方式和干燥方式二者的共同影响,置于高湿度环境或树脂溶液中的浸渍后处理有利于树脂继续扩散到木材细胞壁,湿干燥处理有利于树脂进一步扩散到木材细胞壁中并良好固着,从而对细胞壁产生更好的容胀效应;3)树脂浸渍材的抗胀率与细胞壁容胀率密切相关,树脂对细胞壁的容胀是树脂浸渍材尺寸稳定性提高的前提;4)树脂浸渍材的径弦向差异湿胀程度随增重率增加而有所增加。     

楸木早/晚材水分吸着与湿胀行为

【目的】实时、同步测量楸木生长轮、早/晚材的水分吸着等温线和湿胀应变量,从生长轮尺度上揭示早/晚材的径、弦向湿胀行为规律及其相互作用机制。【方法】以楸木心材同一生长轮内的独立早材、独立晚材、生长轮内早材、生长轮内晚材及生长轮为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用白光显微镜成像技术,在(25±0.1)℃条件下,相对湿度以10%为梯度从0%升至90%,每个相对湿度梯度分为水分吸着阶段和平衡含水率恒定阶段:在水分吸着阶段,同步测量水分吸着等温线和径、弦向湿胀应变量;在平衡含水率恒定阶段,考察"湿胀行为"与"平衡含水率"之间是否存在滞后现象。【结果】1)在0～90%范围内任一相对湿度水平,晚材的平衡含水率均大于早材,且二者之间的差值随相对湿度升高呈先增大后减小的趋势,晚材试样的重现性优于早材试样; 2)在径向湿胀方面,无论独立试样亦或生长轮试样的内部组织,晚材的湿胀应变量均大于早材,生长轮的湿胀应变量介于二者之间,且早材与晚材之间径向湿胀应变量的差值随相对湿度增加而增大; 3)在弦向湿胀方面,独立早材的湿胀应变量最小,生长轮内早材表现出与生长轮内晚材、独立晚材和生长轮相似的情况; 4)生长轮、生长轮内晚材和独立晚材的径、弦向差异湿胀均约为1.30;当相对湿度大于40%时,生长轮内早材和独立早材的径、弦向差异湿胀呈明显增大趋势,其中独立早材增大至1.83,生长轮内早材增大至2.28; 5)在平衡含水率恒定阶段,生长轮、早材和晚材的径、弦向湿胀应变量与水分吸着阶段相比低4个数量级。【结论】在水分吸着阶段任一相对湿度水平,楸木早材的平衡含水率均小于晚材;楸木生长轮的径向湿胀行为取决于早材和晚材发生共同湿胀的净效果,晚材的湿胀行为占主导;楸木生长轮的弦向湿胀行为主要取决于晚材;早材表现出比晚材更高的径、弦向差异湿胀。生长轮、早材和晚材均可视为同步达到"含水率平衡态"和"径、弦向湿胀应变平衡态",即"湿胀行为"与"平衡含水率"之间不存在滞后现象。     

家具用重组竹干缩与湿胀性能研究

重组竹是一种新型的可替代硬阔叶材的结构材.对重组竹用于家具制造的干缩与湿胀性进行了研究,结果表明:重组竹的干缩湿胀率均表现出很强的方向性,表现为宽度最大,厚度次之,纵向最小.重组竹出厂时应标明热压时的压制方向,以利用于家具用材加工时进行各方向上加工余量的确定.重组竹干缩系数与柚木相近.在相同近密度下,比几种常见家具木材麻栎等的干缩系数要小,这表明重组竹适于用作家具制造用材.     

不同含水率阶段木材高温热处理工艺与性能的研究北大核心

以樟子松为原料,采用正交试验法,研究了不同木材含水率(10%、20%、30%)、高温热处理温度(180、200、220℃)、处理时间(2、3、4 h)三个因素对樟子松处理前后弦向干缩性和湿胀性、吸水性、密度的影响,以及樟子松高温热处理时,被处理材含水率、处理温度与处理时间的优化组合。结果表明:较高初始含水率、较高热处理温度和较长高温处理时间可改善木材的干缩性和湿胀性,使木材尺寸稳定性更好;在较剧烈的热处理条件下,初始含水率的大小不会影响热处理材密度降低的趋势;热处理温度、时间和含水率对吸水性的影响不呈线性关系。     

酚醛树脂处理杨木、杉木尺寸稳定性分析

采用酚醛树脂浸渍处理人工林杨木、杉木,然后通过热压定型工艺制得表面密实化木材。对其尺寸稳定性的分析结果表明:处理试材的增重率、抗胀率和阻湿率随树脂浓度的增加而成比例增大,弦向和径向干缩率明显降低,在树脂浓度较低时变化较大,当达到一定量时变化趋于稳定。就压缩变形恢复率而言,当树脂浓度超过10%,压缩变形恢复率很小,说明表面密实化木材的压缩变形几乎被固定。     

厚壁型巨龙竹秆材物理性质分析

以部分竹材和木材为参照,研究了厚壁型巨龙竹的密度、干缩性、湿胀性、吸水性4项物理性质。结果表明:厚壁型巨龙竹的基本密度为0.68g/cm3,比毛竹的密度(0.756g/cm3)小,比龙竹、甜龙竹和其他建筑用木材的密度要大;从竹材干缩性上看,厚壁型巨龙竹的气干体积干缩率为12.47%,比毛竹(3.733%)等竹材、木材的相应值要高;从巨龙竹基部到梢部的纵向变异来看,厚壁型巨龙竹秆材密度呈上升趋势,吸水率呈递减趋势,而干缩性及湿胀性在纵向上的变化规律不明显。     

炭化木物理力学性能的研究

以速生杉木为原料制备炭化木,主要研究了炭化工艺条件对炭化木(又称热处理木)物理力学性能的影响。研究表明:当热处理温度由常温增加至220℃时,炭化木材色逐渐变深,含水率逐渐降低,由13.40%降至4.89%,吸水性能较大幅度降低,由未处理素材的1.616%降至0.879%,同时密度由未处理素材的0.368g/cm~3减小至0.326 g/cm~3,静曲强度下降约25%左右,弹性模量先增加后减小,减小量约4%左右,冲击韧性也先增加后减小,减小量约42%左右,受热处理条件影响程度较大,而且木材干缩和湿胀系数明显下降,较大程度提高了木材的尺寸稳定性。     

高温热处理对UF树脂改性杉木吸湿性和耐湿尺寸稳定性的影响

以脲醛(UF)树脂改性杉木为研究对象,采用高温过热蒸汽对其进行热处理,系统研究了热处理温度和时间对UF树脂改性杉木吸湿性和耐湿尺寸稳定性的影响规律。结果表明:与杉木对照材相比,UF树脂改性杉木吸湿性降低,耐湿尺寸稳定性提高;高温热处理能降低UF树脂改性杉木的吸湿性,提高其耐湿尺寸稳定性;与热处理时间相比,高温热处理温度对UF树脂改性杉木的吸湿性和耐湿尺寸稳定性的影响更大,随着热处理温度的升高,UF树脂改性杉木的平衡含水率、弦向湿胀率、径向湿胀率和体积湿胀率均呈先下降后升高的趋势;与杉木对照材相比,热处理UF树脂改性杉木的平衡含水率、弦向、径向湿胀率和体积湿胀率最大分别降低了39.00%、62.02%、69.89%、59.99%;与未经热处理的UF树脂改性杉木相比,热处理UF树脂改性杉木的平衡含水率、弦向、径向湿胀率和体积湿胀率最大分别降低了28.71%、53.42%、65.85%、54.32%。     

天然次生林杉木枝材与干材材性比较

比较分析了杉木枝材与干材的密度、干缩湿胀率、化学组成、弦切面色度、纤维素结晶度及热解特性。结果表明:枝材的基本密度和气干密度均大于干材。枝材的弦向和体积全干干缩率均小于干材,枝材的弦向和体积全湿胀率分别约为干材的60%和74%,两者的径向全干干缩率和全湿胀率基本相当。枝材纤维素的结晶度为(41.15±1.47)%,远小于干材(65.86±1.44)%。枝材弦切面的明度值小于干材,而两者的a*和b*值在心材和边材之间略有不同。枝材边材与干材边材的色差为17.981,两者的心材色差也达到13.482。枝材的主要质量损失区域温度范围为150~375℃,而干材的区域范围为230~375℃,超过375℃后,枝材的质量损失率小于干材。可见,杉木枝材与干材的利用应该选择不同的方式和途径。研究结果可望为杉木枝材的高效和高值化利用提供理论依据。     

交联壳聚糖/聚乙烯醇的制备及其在竹材中的构建

以戊二醛为交联剂制备壳聚糖/聚乙烯醇互穿聚合物,并对其溶胀性进行表征。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)研究聚合物的微观形貌和化学结构特征。将戊二醛、壳聚糖及聚乙烯醇混合后通过真空浸渍的方式注入竹材中并发生交联反应,测试处理材的干缩湿胀和防霉防腐性能。结果表明:壳聚糖可均匀分散在聚乙烯醇中,成膜均匀,两者相容性较好;处理材在浸水-干燥3次循环下干缩率为6.9%~7.4%,在吸湿-干燥3次循环下的干缩率为1.4%~1.5%,吸水和吸湿抗胀率最高达34.5%;壳聚糖/聚乙烯醇互穿聚合物在竹材中的构建提高了竹材的防霉和防腐效果。未处理材在试验开始后霉菌便迅速长满,处理材霉菌孢子萌发推迟,生长缓慢,处理后竹材经褐腐菌密粘褶菌和白腐菌彩绒革盖菌侵染后的质量损失率为10.0%和5.4%,与未处理材相比分别减少了8.0%和8.1%。竹材内原位构建壳聚糖/聚乙烯醇聚合物网络,既能够提高竹材的尺寸稳定性,又增加了竹材的防霉和防腐性能,同时为解决竹材尺寸稳定性差和易霉变腐朽问题提供新途径。     

木聚糖改性类荷叶纳米结构超疏水竹材尺寸稳定性研究

从玉米芯中提取的木聚糖用于改性竹材,提高竹材的尺寸稳定性;然后以新鲜荷叶和聚二甲基硅氧烷（PDMS）为模板,在改性的竹材表面利用软印刷法制备类荷叶竹材表面。采用抗胀（缩）率（ASE）,阻湿率（MEE）,增重率（WPG）和增容率（B）对竹材的尺寸稳定性进行了测试,并通过水接触角（WCA）、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析了类荷叶竹表面的超疏水性能和微观结构。研究发现,随着木聚糖含量的增加,改性后竹材的抗溶胀性和WPG相应增加,木聚糖对材竹的增容效果更好。木聚糖在一定程度上改善了竹子的尺寸稳定性。此外,木聚糖处理改性后的类荷叶竹各向异性和超疏水性得到显著改善。本研究为竹材尺寸稳定性及竹材疏水性改良机理的研究奠定了基础。