基于X-ray CT的载荷作用下木材内部形变研究

  目的  木材是重要的室内装饰和建筑用工程材料,具有易加工,强重比高等优点。作为生物质多孔材料,载荷作用下木材内部结构易发生变化,进而对其力学性能产生重要影响。研究载荷作用下木材内部结构变形可为理解其力学行为提供基础理论支撑。  方法  为探索压缩载荷作用下木材内部空间结构的演变规律,使用微型加载设备对实体木材（花旗松）和胶合材（杨木）试件进行横纹压缩,实时记录加压头位移和加载压力,加载过程中使用X射线断层扫描仪周期性扫描试件,对扫描结构进行三维重建,实现试件内部空间结构可视化,结合力学性能和内部空间结构演变解析实体木材和胶合材力学失效机制。  结果  实体木材在受载时,早材部分密度快速增加,载荷达到25.26 MPa时,晚材部分密度开始增加。早材管胞压溃是木材内部结构变化的主要原因,压溃路径与生长轮平行;晚材结构改变主要体现为树脂道压缩变形和木射线压裂。胶合材在受载时,局部形变集中是杨木内部结构变形的主要原因,尤其是大孔径导管极易压溃;另外,胶黏剂能够明显增加胶层区域杨木刚度,提高导管结构的稳定性。  结论  本研究解析了横纹载荷作用下实体木材和胶合材内部空间结构的演变规律,为优化木材加工工艺和指导木材的科学利用提供了理论基础。新型三维动态检测技术为解析木材力学行为的发生机制提供了新的思路。      

木质人造板吸水过程中内部单元体尺寸及相对位置的变化

吸水易导致木质人造板物理力学性能的变化。为探讨木质人造板吸水后内部单元体尺寸及相对位置的变化,使用X射线断层扫描仪检测吸水前后4种中密度纤维板(MDF)、2种定向刨花板(OSB)和1种胶合板(PW)的内部单元体尺寸及相对位置的变化,分析了吸水导致人造板内部单元体尺寸及相对位置变化的原因,深入剖析了胶黏剂、添加剂和组坯方式对人造板结构稳定性的影响。结果表明,人造板吸水后尺寸增加主要集中在厚度方向。三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂和石蜡添加剂,二苯基甲烷二异氰酸酯胶黏剂能有效保持MDF内部单元体间相对位置的稳定。吸水后,酚醛树脂胶黏剂所制OSB易发生胶层分离。PW的内部组成结构可更好地保持人造板的尺寸稳定性和结构完整。试验结果为优化人造板生产工艺和指导人造板的合理使用提供了理论依据。     

基于多维度X-ray CT技术的木材科学研究进展

木材的物理力学性能与其结构组成密切相关,而这种相关性会在时间维度上动态变化。X射线断层扫描技术(X-ray CT)是一种可以无损检测木材内部结构和评价其物理力学性能的重要手段。文中围绕3D和4D CT技术在木材科学研究中的应用现状、发展前景、瓶颈问题展开分析和讨论, 总结X-ray CT在木材三维结构可视化和量化组成物质方面的功能,归纳X-ray CT在树龄分析、木材鉴别、森林生态等方面的应用思路,评价4D X-ray CT在探索木材结构与性能动态响应机制方面的可行性, 通过总结和归纳国内外研究现状指出亟需解决的问题,以期为拓展X-ray CT在木材研究领域的应用提供借鉴。     

胶合板层间水分迁移规律的研究

胶合板是一种重要的木质工程材料,其纵横交错的组坯方式有效地降低了木质材料的各向异性,因此,胶合板常用于室外环境以代替实木作为结构材使用。由于木材固有的易吸湿性,吸水可改变胶合板的物理力学性能。为探索胶合板层间水分迁移规律,使用X射线断层扫描仪检测吸水前后2种杨木胶合板和杨木试件内水分迁移行为,分析了影响胶合板内水分迁移行为的原因,剖析了吸水过程中胶层和单板结构变化对胶合板吸水行为的影响。研究结果表明,水分在胶合板层间迁移可分为吸湿后木材单板发生润胀、单板间胶层不再连续和完整、水分在板层间孔隙聚集和水分穿过胶层并进入下一板层4个步骤。水分更易在木质单板内高密度区域聚集以及沿结构存在缺陷区域迁移。本研究动态可视化了吸水过程中胶合板内水分分布及胶层形态变化,揭示了胶合板内水分穿过胶层的发生机制,这一研究成果可为优化人造板生产工艺和指导人造板的合理使用提供理论基础。     

BL-阻燃剂处理后杨木单板变色规律的研究

采用BL-阻燃剂溶液浸渍处理杨木单板,通过改变浸渍温度、浓度、时间和干燥温度、含水率等工艺因素,分析阻燃材变色的原因以及影响因素。结果表明,阻燃处理后杨木单板颜色变黄,变深;磷酸与木质素发生缩聚反应是变色的主要原因。单板颜色和氧指数受阻燃处理液浓度影响较大,处理温度和处理时间影响较小。含水率和干燥温度对阻燃材变色有一定影响,含水率越低单板变色越明显,含水率高于4%时,干燥温度对变色影响较小;含水率低于4%时,干燥温度越高,变色越严重。     

应用环境对OSB抗弯性能的影响研究

  目的  定向刨花板通过大片刨花的定向铺装和胶合热压制成，是一种重要的工程材料。深入研究应用环境对OSB抗弯性能的影响，可以为优化OSB加工工艺和应用方式提供必要的理论支撑。  方法  选取13 mm厚的OSB为研究对象，调整试件含水率，采用三点弯曲静力法对OSB循环加载，同步使用数字散斑相关分析技术记录应变分布，评价其挠度并揭示其发生原因。  结果  环境湿度升高会使OSB含水率和厚度增加，刨花间空隙和刨花裂隙扩大。OSB在相对湿度（95 ± 3）%下陈放后，其挠度显著增加，继续在相对湿度（65 ± 3）%下陈放后，其挠度仍大于初始挠度。OSB在相对湿度（95 ± 3）%下陈放后不施加载荷，继续在相对湿度（65 ± 3）%下陈放后，其挠度与初始挠度接近。仅在相对湿度（65 ± 3）%下陈放，循环次数对OSB挠度影响不明显。OSB含水率出现波动后，第1次循环加载的挠度明显增加，之后的循环次数增加对挠度影响不明显。载荷状态下，仅在相对湿度（65 ± 3）%下陈放的OSB应变分布均匀，空气湿度变化会造成OSB出现应变集中。含水率增加会降低OSB内部应变迁移效率，主要表现为板子上下表面的弯曲应变集中和两个相反方向的剪切应变分布明显。  结论  系统地探索了环境湿度和循环加载对OSB抗弯性能的影响，并基于应变分布揭示了发生原因，研究结果对OSB加工工艺优化和应用范围拓展具有一定指导意义。      

数字散斑分析技术在定向刨花板水分吸放循环中的应用

  目的  旨在深入研究水分对定向刨花板(oriented strand board, OSB)力学性能的影响规律。  方法  选取13和19 mm共2种厚度的OSB为研究对象，调整试件含水率及对试件进行吸放水循环处理，使用万能力学试验机压缩试件，同步使用数字散斑相关分析技术记录试件的面内应变分布。  结果  含水率和吸放水循环次数增加，均会增加试件厚度和压缩变形。压缩载荷作用下，压缩和剪切应变均多始于OSB试件厚度方向上的中心区域。吸放水循环会释放OSB表层内应力，造成试件表层区域结构疏松和载荷作用下表层压缩应变集中。含水率为20%时，试件压缩变形增加70%，且面内应变分布规律改变，具体表现为试件中心区域应变集中现象弱化。吸放水循环使试件面内应变增加，但对应变分布规律影响较小。8次吸放水循环后，试件压缩变形增加约30%。  结论  含水率和吸放水循环次数的增加均使OSB的抗压强度下降和厚度方向上的应变增加，含水率增加会造成应变分布改变但吸放水循环对应变分布影响不明显。图7表1参23