毛竹销（钉）的高速旋转摩擦焊接性能研究

选取毛竹销钉替代木榫在1 500 r/min的情况下与榉木基材进行旋转摩擦焊接，对其抗拉强度和焊接机理进行研究。重点研究不同形状的预钻孔和不同榫径与孔径比值下的竹销钉焊接抗拉拔强度，并将其与木榫焊接和PVAc胶接的抗拉强度进行对比。结果表明:1）当采用恒定直径孔10/9、10/8、10/7、10/6 4种榫径/孔径比的焊接强度均高于PVAc胶接强度，但低于木荷榫和榉木榫的焊接强度，其中10/8的榫径/孔径比的焊接强度相对最高，达到了5.54 MPa；2）当采用渐变直径孔，竹销钉的焊接强度得到明显提高。其中10/8-6的榫径/渐变孔径比值取得了最高的焊接强度，达到6.42 MPa，比10/8比值的强度提高了15.6%，超过了木荷榫的焊接强度，但不及榉木榫的焊接强度；通过对竹销钉的焊接界面温度进行监测，发现焊接界面能在2 s内达到300℃以上的峰值高温，且维持了一定的高温时间（通常约2～3 s），随后随着竹销停止旋转摩擦，温度逐步下降；不同的榫径与孔径比值下，焊接界面的升温速率、峰值温度和高温持续的时间不同，它们是产生强度差异的主要原因；SEM观察结果显示，竹销旋转摩擦焊接界面由竹销或基材中的胞间层物质软化、熔化和流动并与作为增强材料的竹纤维包裹，形成了犹如“钢筋水泥土”结构般的致密、连续和坚固的焊接界面；FTIR分析结果表明，摩擦产生的高温会导致竹销中半纤维素发生一定程度的降解，纤维素的降级十分有限，木质素发生一定程度的缩合反应，木质素的含量相对提高。试验结果表明，将竹销钉代替木榫用于木材的旋转摩擦焊接是可行的。     

家具构件旋转摩擦焊接接合性能研究

圆棒榫旋转摩擦焊接技术具有加工速度快,胶合强度高,且无需任何石化类胶黏剂的优势。以南方松为基材,以双圆榫旋转摩擦焊接和白乳胶胶合的"T"型、"L"型实木构件为研究对象,通过力学强度测试对比两种不同节点接合方式的接合强度以及不同插人深度对圆榫旋转摩擦焊接强度的影响。结果表明,圆棒榫旋转摩擦焊接技术是一种颇具潜力的家具构件连接方式。     

线性振动摩擦作用下木材表面材色与硬度的变化

将线性振动摩擦技术应用于木材表面色泽改善和密实化的可行性,着重研究了不同压力和时间振动摩擦作用下的木材表面材色和硬度的变化规律,同时还建立了动态传热模型,研究了摩擦改性过程中的温度和摩擦系数的变化规律。结果表明,摩擦过程中的温度随着时间的延长达到动态平衡的状态,摩擦系数呈现先增大后降低的趋势。材色研究发现,随着摩擦压力的提高和摩擦时间的延长,木材表面的明度值降低较快,红绿轴色品指数有所提高,而黄蓝轴色品指数呈现先增大后降低的趋势;色彩角的研究显示改性后的木材呈现偏向于红黄的颜色。木材表面颜色的变化是由于摩擦生热导致的木材表面化学成分的变化所引起的,线性振动摩擦过程中的压力和时间对于木材表面颜色变化具有显著性影响。木材表面的硬度增加较大,2MPa摩擦30s的工艺条件下木材表面硬度增加达到70.9%。在改性木材厚度为15mm的情况下,改性后木材压缩率的大小随着压力和时间的增大而增大,2 MPa摩擦30s的工艺条件下其压缩率可达12.4%,木材表面的硬度也是随着压缩率的增大而增大。结果表明线性振动摩擦技术在木材表面材色和硬度改性方面的应用具有较大可行性。     

提高杨木线性振动摩擦焊接胶合性能的研究

研究了杨木线性振动摩擦焊接的干剪切强度、湿剪切强度和木破率。为提高杨木摩擦焊接的湿剪切强度与木破率,采用表面氧化、表面磺化以及表面涂覆的方式处理杨木板材,再经线性振动摩擦焊接进行黏合,使用万能力学试验机测得其剪切强度,对比表面处理前后剪切强度的变化,并利用傅里叶红外光谱分析了其表面处理前后基材和摩擦焊接层的化学基团变化情况,对胶合性能的变化做出解释。研究结果表明:杨木经过表面氧化磺化涂覆醋酸锌处理后,摩擦焊接层的干剪切强度为5.41 MPa,木破率为63%,与未处理的杨木相比,分别提高了48.22%和96.88%;湿剪切强度从0提高到1.34 MPa;摩擦焊接时厚度损失减少了46.4%。杨木分别经过表面氧化和表面磺化处理后,摩擦焊接层的干剪切强度仅为3.45和4.10 MPa,木破率为28%和42%,湿剪切强度为0.76和0.96 MPa。摩擦焊接层的红外光谱分析表明,经表面氧化磺化涂覆醋酸锌处理后,杨木中的纤维素和半纤维素分解,使木质素的相对含量有所增加,且活化了杨木中的—OH,与醋酸锌生成多醚,消耗了亲水性的—OH。     

基于木材微观特性的胶合板隔声量模拟

基于Biot理论的隔声模型,将马尾松等效为某一介质,通过木材微观特性(管胞长度、管胞直径、纹孔和孔隙率等),确定马尾松参数与等效介质密度和体积弹性模量之间的函数关系,对马尾松胶合板的隔声量进行预测。借助Matlab软件编制隔声量的相应计算程序软件,同时,通过Matlab软件运用复合材料的弹性模量公式,预测马尾松胶合板的弹性模量。通过隔声量实测与模拟值比较可知,马尾松胶合板的隔声量实测值与理论值相吻合。对马尾松早晚材分开进行胶合板隔声量计算,并引入胶层的概念,从而提高隔声量预测的准确性。通过预测马尾松胶合板的弹性模量,进而计算出其相对应的临界频率,将模拟临界频率与实测临界频率进行对比分析。研究表明:酚醛树脂所制胶合板的隔声量高于脲醛树脂所制胶合板,同时,酚醛树脂对抑制吻合效应具有积极的作用;随着胶合板层数的增加,隔声量也相应有所提高,临界频率向高频移动,吻合谷变浅,有效抑制了吻合效应。本研究中的隔声量预测模型可为木质复合材料的隔声量预测提供有效参考。