促进绿色未来的全球木材科学与技术研究进展——国际林联第25届世界大会木材议题综述

国际林业研究组织联盟（IUFRO）第25届世界大会于2019年在巴西召开。文中从木材生长、木材性质与质量、木材识别、木材加工利用和木文化5个方面分别论述了这次大会在木材科学与技术领域的国际最新研究热点与进展，以反映全球木材科学的研究现状，并梳理学科发展方向。木材形成、木材质量、木材高附加值利用、木材识别新技术等议题依然是木材科学与技术领域的未来研究热点。     

樟子松高温湿热处理干燥特性和脱脂研究

采用高温湿热饱和蒸汽对人工林樟子松进行处理,探讨了含水率和含脂率的变化规律。结果表明:樟子松在高温湿热处理过程中脱脂率和脱脂速度与温度和含水率有关。对比常规干燥处理可以发现,高温湿热处理的脱脂速度约为常规干燥的2.58倍,脱脂率约1.41倍;经高温湿热处理后的木材沿厚度方向上含脂率和含水率分布较均匀,脱脂效果更好。     

木材及木基材料吸湿尺寸稳定性检测方法研究

为实现木材及木基材料吸湿尺寸稳定性横向比较,规范其检测方法,依据现有相关检测标准,借鉴日本工业木材吸湿尺寸稳定性检测方法,结合木质材料特性以及我国的具体情况,提出一种木材及木基材料吸湿尺寸稳定性的检测方法,即以温度20℃、相对湿度65%条件下的材料尺寸为基准,测定在温度40℃、相对湿度为75%和90%的两种吸湿环境条件下的材料尺寸变化。通过该方法对柚木、印茄木、朴木3种不同尺寸的木材和对多层材料、高密度纤维板、普通刨花板3种木基材料的吸湿尺寸稳定性进行测定,以评价该方法的适用性和可行性。结果表明:木材与木基材料试样不超过12 d即可达到吸湿平衡,不同材料尺寸变化率、湿胀系数的大小关系也与实际情况一致。因此木材与木基材料试样均适于用该方法。     

基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10~(-6)。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10~(-6);利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R~2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。     

圆锯片激光冲击适张光斑位置的确定原则与计算方法

在圆锯片激光冲击适张过程中,多个激光光斑搭接扩展形成了较大的冲击区域,进而使圆锯片外缘产生足够的切向拉应力。提出了激光光斑位置的确定原则,并利用MATLAB软件建立激光光斑中心点坐标的计算模型,实现了激光光斑位置的可视化模拟。将计算获得的激光光斑中心点坐标数据提供给工业机械手,即可实现圆锯片的精确适张。     

表面微织构硬质合金对桦木摩擦特性的影响

微织构是一种改进材料摩擦性能的有效措施。选取桦木为研究对象,在不同载荷和木材含水率条件下,研究了有无织构的硬质合金试样对桦木表面摩擦系数的影响。结果表明,在深度20μm、直径50μm和中心孔间距为150μm的硬质合金表面微织构情况下,其表面的浸润性优于平面,亲水性较强,其表面与桦木间的摩擦系数低于平面与桦木产生的摩擦系数。在木材含水率为40%、载荷为10 N的情况下,平面和微织构的平均摩擦系数分别为0.121和0.043,随着作用载荷的提高,摩擦系数也逐渐提高。合理的微织构形式可以有效降低木材与硬质合金间的摩擦系数。将织构技术应用到木材切削中,可以为木工刀具减磨技术研究提供一条新途径。     

红外光谱结合多元线性回归法快速测定木塑复合材料中木粉含量

采用KBr压片法对杉木/聚丙烯(PP)复合材料样品进行了红外光谱分析,确定杉木特征吸收谱带为1740~1730、1610~1590、1270~1260、1060~1050以及1040~1030 cm-1,以PP在1377 cm-1处吸收强度(I)为内标,对木塑复合材料(WPC)中木粉含量和杉木特征峰相对吸收强度进行相关性分析,并采用逐步多元线性回归法建立木粉含量与相对峰强间的多元线性回归方程。结果表明,选取I(1060-1050)/I1377、I(1270-1260)/I1377为回归变量建立的二元线性回归方程和以I(1060-1050)/I1377、I(1040-1030)/I1377及I(1270-1260)/I1377为回归变量建立的三元线性回归方程,具有较高的预测精度。木粉含量的预测值和参照值之间具有强烈的相关性,校正决定系数(R2c)超过0.98,验证决定系数(R2p)超过0.96。外部验证结果表明,线性回归方程预测准确性较高,预测相对偏差范围为0.9%至7.4%,其中三元线性回归方程预测准确性稍好于二元线性回归方程。     

光辐射染色木材的变色规律及化学组分结构的变化

以I-214杨木染色单板为试材、氙光作为辐射光源,考察其在100h光照过程中表面颜色的变化规律;依据红外光谱图的谱峰位置和谱峰相对吸收强度,分析和确定光变色过程中染色杨木木材的化学组分。结果表明:染色杨木木材受光辐射易发生变色,其中酸性蓝染色单板的明度指数L*和色品指数b*变化显著,其光变色度显著大于酸性大红GR染色单板;若以波数1510cm-1为基准,非共轭羰基C=O振动的吸收峰(1738cm-1)吸收强度显著增强;共轭羰基C=O伸缩振动的吸收峰(1650cm-1)吸收强度有所增强;芳香环骨架C-C振动的吸收峰(1510cm-1)吸收强度明显减弱;C-O-H振动的吸收峰(1160～1052cm-1)吸收强度有所减弱。     

树龄对日本落叶松木材物理力学性质的影响

选取日本落叶松为试验材料,开展不同树龄日本落叶松物理力学性质的比较研究.结果表明:43年生、30年生和17年生日本落叶松木材气干密度分别为0.607,0.567和0.507 g/cm3,气干体积干缩率分别为7.7％,7.7％和7.1％;全干到气干体积湿胀率分别为5.1％,4.9％和4.5％;抗弯弹性模量分别为17.527,16.775和12.510 GPa,抗弯强度分别为121.1,110.3和90.9 MPa,顺纹抗压强度分别为56.8,51.8和44.0 MPa.随着树龄增大,日本落叶松木材密度、顺纹抗压强度、抗弯强度和抗弯弹性模量等各项物理力学性能指标提高,差异干缩逐渐变小.日本落叶松木材的气干密度与抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度呈线性正相关,相关系数分别为0.760,0.816和0.900.