杉木正交异向蠕变行为的时温等效性

【目的】探究时温等效原理在杉木正交异向蠕变行为中的适用性及其特点。【方法】以含水率约0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态热机械分析仪DMA 2980,在30～150℃范围内,基于一系列20 min蠕变试验分别获得3个应力水平和不同恒定温度水平下杉木轴向、径向和弦向的蠕变曲线。将其他温度下的蠕变曲线通过水平移动因子平移并叠合连接至参考温度(本研究中为30℃)曲线,生成一定时间范围内的蠕变主曲线。分析形成主曲线相邻分曲线叠合处的应变量以及应变量斜率是否相同,判定主曲线是否光滑。利用最小二乘拟合法,运用WLF方程和Arrhenius方程对水平移动因子与温度的关系曲线进行拟合。【结果】蠕变应变量随应力水平或温度水平增大而增加;不同方向试样的应变量之间存在明显差异:轴向试样的应变量显著低于横向(弦向和径向)试样,弦向试样的应变量约为径向试样的2倍;叠合生成主曲线时,径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可生成光滑的蠕变主曲线,主曲线跨越的时间由103s延长至107s;轴向试样仅通过水平移动因子无法生成光滑的蠕变主曲线,经垂直移动因子修正后的各轴向蠕变曲线能够叠合出光滑的主曲线,与未经垂直移动因子修正的蠕变主曲线相比,其跨越的时间由约105s降低至约104.5 s;三方向试样水平移动因子与温度关系曲线在30～150℃内满足WLF方程,标准误差小于13.41%。【结论】时温等效原理在30～150℃范围内描述木材正交异向蠕变行为是适用的;轴向试样蠕变行为时温等效的构建需通过水平移动因子和垂直移动因子的共同作用,而径向和弦向试样仅使用水平移动因子即可使得时温等效原理适用;三方向试样蠕变主曲线水平移动因子与温度的关系曲线均满足WLF方程。     

酒竹纤维形态结构特性的初步研究

本文通过分析酒竹不同年龄、不同节段的竹材纤维构造,探讨了竹材纤维构造参数的变化规律,为酒竹人工林的定向培育提供基础数据。实验发现:酒竹竹材纤维细胞细长,两端渐尖,有时在端部出现分叉现象,其腔径较小,胞壁较厚;竹材节部的纤维形态与节间不同,具有钝的尾端,存在分叉现象,与节间的纤维相比节部的长度短很多。酒竹纤维长度轴向变化规律为:中部上部基部,纤维的长度与节间的长度相关;酒竹各部位的纤维宽度与以往研究不同,其1年生竹材纤维宽度中部基部上部;秆材的年龄和部位会对酒竹纤维的形态指标造成一定程度的影响。酒竹可作为优质纸张的纸浆原料,在其利用过程中应充分考虑竹材的采伐年龄及部位,以达到竹材的最大利用率。     

竹林空气日温湿度变化对棘托竹荪出菇动态及产量的影响

【目的】分析竹林下日温湿度变化对棘托竹荪出菇动态及产量的影响,揭示出菇过程中温湿度的调控机制,为竹林下棘托竹荪的科学种植提供参考依据和技术指导。【方法】以棘托竹荪为研究对象,分别在湖南省的炎陵县和永州市竹林下开展相关研究,记录棘托竹荪出菇期日产量和竹林地表空气温度和相对湿度,拟合日产量动态曲线,并对其日产量与温湿度变化的相关性及不同温、湿度梯度下出菇日产量的差异进行了分析。【结果】出菇期竹林地表日均温度范围为21~32 ℃、空气相对湿度大于65%,且棘托竹荪日产量的变化较符合阻尼正弦函数的动态拟合曲线。虽然林地日均温、湿度及其昼夜差与竹荪日产量间均没有显著的相关性,不同平均日温、相对湿度的梯度间竹荪的日产量存在显著差异,其日产量在日平均温度为26~28 ℃和平均相对湿度为85%~90%时达到最大;除永州点的空气昼夜温差梯度之外,炎陵点的昼夜温、湿度梯度和永州点的昼夜湿度差梯度间的日产量均无显著差异。【结论】在出菇阶段,林地地表空气日平均温度为26~28 ℃、相对湿度保持在85%~90%,且相对小的温湿度变化更有利于棘托竹荪子实体的分化。     

热压过程竹材的径向应变特性

竹材的径向应变直接影响到很多竹产品的表面平整度和厚度公差.通过采用动态电阻应变仪对热压不同阶段竹材的径向应变进行检测,表明在压力和温度的共同作用下,在升温阶段,竹材的径向应变经历了由小变大,再由大变小的过程.在保温降压阶段,随压力降低竹材产生径向回弹,径向应变逐渐减小,当压力降到零时,竹材仍保持一定的负应变.在卸压后的自然冷却过程中,随冷却时间延长竹材径向应变呈增加趋势,温差越大,负应变越大.在热压过程的各阶段,在相同压力和温度条件下,不同试样应变值存在较大差异.     

原态毛竹环状收缩应变表征及机理研究

为探究原态竹材收缩特性,以毛竹(Phyllostachys pubescens)筒材为研究对象,研究其在40℃环境下的收缩行为,并采用数字散斑相关方法表征竹壁原位收缩应变。结果表明:竹筒含水率下降速率由快至缓,呈ExpAssoc指数,各试样含水率随干缩时间趋同明显;竹青和竹黄同时呈环状收缩,竹青收缩程度大于竹黄,差异不显著(P0.05);竹筒顺纹收缩甚微,与竹青相比差异显著(P0.05);裂缝两侧Y方向收缩应变相反,印证了其环状收缩,非裂缝部位X方向应变表明从竹青到竹黄收缩应变急剧减小。竹青是干缩应力集中部位,是裂纹发生源,减少或释放该应力是原态竹材防裂的关键。     

冰醋酸/双氧水改性竹材物理力学性能及化学成分分析

【目的】为研究不同改性剂配比、冰醋酸浓度、处理时间和温度对竹材的顺纹抗弯强度、顺纹抗拉强度以及硬度的影响,测定其抗弯强度、抗拉强度及硬度改性处理前后变化,以期获得合适的铅笔板处理工艺。【方法】以毛竹(Phyllostachys edulis)为原料,采用冰醋酸与双氧水浸渍处理工艺,针对改性竹材的化学成分变化,通过XRD、FTIR、TG仪器对改性竹材的化学成分及改性效果进行了表征。【结果】改性竹材抗弯强度和抗拉强度分别随处理温度、冰醋酸和双氧水含量的升高而降低,相比于对照组抗弯强度平均降低44.5%,抗拉强度平均降低59.9%,硬度平均降低44.81%;TG和DTG热解峰值温度滞后,残渣率下降,说明内部冰醋酸含量增加,纤维素、半纤维素有部分被分解;经XRD分析表明改性竹材的结晶度下降约1.5%,结晶度随着处理温度的升高有所降低;在1 250～1 377 cm^-1区域的甲基、羧基吸收峰和3 415 cm^-1处羟基吸收峰的增强,表明竹材内部亲水基团增加。【结论】优选改性剂浓度配比为1∶1,处理温度为60℃,处理时间为24 h。     

气候室智能前馈PID高精度控制方法

【目的】提出一种智能前馈PID高精度控制方法,解决30 m~3气候室控制系统由于加水而出现振荡、使得控制精度达不到标准要求的问题以及系统稳定性和稳态响应较差的现象。【方法】当露点水箱需要补水时,在分析露点水箱温度的基础上,设计前馈PID控制系统和执行机构。待补水水温达到露点水箱温度时,系统自动进行补水,使得经过补水的露点水箱温度扰动最小化,形成全局双闭环控制系统结构,实现动态高精度控制。【结果】1) 30 m~3气候室的温度和相对湿度控制精度分别在±0.1℃和±1.5%内; 2)设定温度23.0℃,相对湿度45.0%,在3～28天内持续运行条件下,非大惯性扰动下的偏差不超过±0.1℃和±2%,且每次自动补水后温湿度振荡时间小于1 h; 3)冬季条件下设定温度23.0℃和相对湿度45.0%时,达到设定参数值的过渡过程不超过4 h。【结论】利用智能前馈PID控制方法,能有效解决30 m~3气候室控制系统稳定性和稳态响应较差的现象,控制系统精度和控制过程品质可达到现行国际标准要求。     

弯曲过程中竹材薄壁细胞的形态变化

【目的】从微观层面探索竹材的弯曲性能,观察细胞在弯曲过程中的形态变化,为竹材弯曲机制的研究和开发利用提供依据。【方法】以竹篾为研究对象,采用循环加载-卸载方式,在电镜下观察弯曲过程中竹篾拉伸层薄壁细胞的形态变化。通过分析循环加载过程中细胞长轴和短轴的变化、拉伸层薄壁组织的应变变化、拉伸层薄壁细胞长轴和短轴的应变变化以及拉伸层薄壁细胞回弹率的变化,比较不同加载状态下薄壁细胞的变形。【结果】竹篾弯曲过程中,随着载荷增加,在试样未被破坏前,受拉层薄壁细胞在水平方向上被拉伸,在短轴方向上有轻微压缩。同一循环周期下,卸载后薄壁细胞的长轴和短轴均发生回弹。当试样弯曲变形时,相邻薄壁细胞的细胞壁产生褶皱变形。在试样破坏前,薄壁细胞长轴和短轴发生的最大应变分别为1. 03%和0. 71%,薄壁组织长轴发生的最大应变为0. 72%,薄壁细胞长轴和短轴的回弹率分别为30. 96%和5. 93%。【结论】采用Image-Pro Plus软件对细胞进行分析,可直接观察细胞变形。在弯曲过程中,竹篾拉伸层薄壁细胞长轴变长,短轴变短。加载到相同位置时,竹篾受拉层薄壁细胞在长轴方向上的应变大于短轴,长轴的回弹率比短轴高,薄壁细胞长轴方向的弹性较好。     

24种竹材炭化热值与工业分析

【目的】探究相同炭化工艺下不同竹种、竹龄和竹材不同部位等因素与竹炭热值之间的关系,分析竹炭热值与灰分、挥发分和固定碳含量之间的相关性,推导热值计算的经验公式,为竹材工业化和资源化利用提供参考和借鉴。【方法】选取浙江省杭州市临安区24种竹材以及安吉县2～13年生毛竹,在相同炭化工艺条件下烧制成炭,采用控制变量法测试24种竹材中部炭化料、2～13年生毛竹中部炭化料以及毛竹材不同竹龄(4、5、6年)和不同部位(梢部、中部和基部)炭化料的热值和工业分析参数,分析不同竹种、竹龄和竹材不同部位炭化料热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的关系。通过SPSS软件对热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的相关性进行鉴定和分析,根据竹炭热值与竹材炭化料固定碳含量和炭化温度之间的关系推导热值计算的经验公式。【结果】24种竹材竹炭热值为27.94～32.98 kJ·g~(-1),平均值为31.10 kJ·g~(-1),标准差为1.11,固定碳含量为75.35%～92.59%,平均值为85.87%,标准差为3.65,灰分含量为3.34%～15.98%,平均值为7.21%,挥发分含量平均值为6.91%; 2～13年生毛竹竹炭热值为30.93～33.81 kJ·g~(-1),固定碳、灰分和挥发分含量的标准差均在5以下; 4、5、6年竹龄毛竹炭化料各部位热值绝对差异在1.38 kJ·g~(-1)以内,相对差异在3%以内。竹炭的高位热值与固定碳含量呈正相关、与灰分含量呈负相关,通过试验以及整理归纳大量竹炭炭化温度与热值、理化性能的测试数据,推导出竹炭热值(Q)与其炭化温度(T)和相应的固定碳含量(C)之间换算的经验公式。【结论】1)不同竹种炭化料热值和工业分析参数存在显著差异,取决于不同竹种各自的结构特性,相同竹种炭化料,木质素含量较高的基部热值高于中部和梢部,竹龄和生长部位对热值和工业分析参数变化无明显影响; 2)竹材炭化料热值与固定碳、灰分含量之间呈线性关系,其中热值与固定碳含量呈显著正相关、与灰分含量呈显著负相关,热值(Q)与固定碳含量(C)的经验公式以及固定碳含量与其相对应炭化温度(T)的经验公式为Q=0.001 8C2-0.111C+28.099 (R~2=0.72)、C=26.934ln T-93.122(R~2=0.88)。     

空气湿度对富士系苹果花过冷却点的影响

【目的】明确不同湿度条件下富士系苹果花过冷却点的分布频率,为苹果霜冻监测和预测提供参考。【方法】以中国种植最广泛的富士系苹果为研究对象,使用人工霜冻试验箱控制温湿度,模拟霜冻降温过程,设置高、中、低3个湿度范围,对富士系苹果花蕾和花朵子房过冷却点进行监测,研究环境相对湿度对富士系苹果花器官过冷却点的影响。【结果】富士系苹果花蕾和花朵子房过冷却点在-6.4^-1.9 ℃,50%的过冷却点集中在-4.4^-3.5 ℃,80%的过冷却点集中在-4.4^-2.5 ℃,平均过冷却点为-3.7 ℃。苹果花蕾和花朵子房的累积冻害率达到30%(轻度)的温度为-3.2 ℃,累积冻害率达到50%(中度)的温度为-3.6 ℃,累积冻害率达到80%(重度)的温度为-4.2 ℃。花蕾过冷却点的变异大于花朵子房过冷却点,不同湿度处理下花蕾和花朵子房过冷却点差异显著。中湿(相对湿度50%~70%)条件下,过冷却点最高,抗寒性最差,而低湿(相对湿度50%以下)和高湿(相对湿度大于70%)处理均可降低植株的过冷却点。【结论】-4.4^-2.5 ℃是富士系苹果花组织开始出现损伤的主要温度范围。干燥和高湿的环境均可降低富士系苹果花蕾和花朵的过冷却点,尤其是干燥的环境可降低苹果花蕾的过冷却点0.6 ℃,可降低苹果花朵子房的过冷却点0.4 ℃,提高苹果花蕾及花朵子房抗寒性。     

基于热消散技术的毛竹林蒸腾耗水估算

【目的】试验不同长度热消散探针(TDP)测量毛竹液流的可行性,分析年龄对立竹液流的影响,并据此对立竹液流进行尺度扩展,估算桂北毛竹林的蒸腾耗水,为区域毛竹林的生态水文效应研究和指导关键生态功能区植被结构调整提供依据。【方法】显微镜观察毛竹输水结构在竹壁上的径向分布。基于热消散方法,用5 mm和10 mm长度的TDP探针对1～2年生立竹和3龄以上立竹的基部液流进行连续测量,并同步测定环境因子。【结果】维管束在毛竹竹壁上不均匀分布,竹壁外侧维管束小而密,导管分化不完全,竹壁内侧维管束大而疏,导管分化完全,直径较大。10 mm TDP探针测得的液流密度显著高于5 mm探针,其平均液流密度是5 mm探针的4.03倍。在生长旺季的7月,基于10 mm TDP探针测量的1～2年生立竹正午液流密度显著高于3龄以上立竹,而在早上和傍晚二者基本相同。1～2年生立竹液流的平均日通量在测量生长季内均高于3龄以上立竹,二者的平均日液流通量分别为51.15和33.80 g·cm^-2 d^-1。以立竹年龄和基径作为液流尺度扩展依据估测的桂北毛竹林日蒸腾耗水量在观测生长季内为0.01～0.72 mm·d^-1,平均日蒸腾耗水量为0.31 mm·d^-1。【结论】10 mm长度的TDP探针较5 mm探针更适宜用于毛竹液流的测量。1～2年生立竹比3龄以上立竹具有更高的液流密度和日液流通量,因此年龄是毛竹液流由立竹到林分尺度扩展时除立竹直径外另一个必须要考虑的因素。     

高温热处理木材吸湿特性

【目的】研究高温热处理对人工林樟子松、杉木、美洲黑杨木材平衡含水率和吸湿特性的影响,为科学评价热处理木材吸湿特性提供理论基础,为人工林木材高附加值利用和实际高温热处理木材生产提供参考。【方法】以水蒸气为保护介质,设定180、200和220 ℃3个温度进行高温热处理,采用双室温、湿度控制法,在25 ℃环境中以8种不同类型饱和盐溶液精确控制水蒸气相对湿度进行等温吸附试验,运用Hailwood-Horrobin模型拟合等温吸附曲线,分析高温热处理对木材水蒸气等温吸附曲线线形、平衡含水率、单层分子吸附水和多层分子吸附水的影响。【结果】 180、200和220 ℃处理后,试样吸湿平衡含水率均值相当于素材含水率均值的80%、70%和50%左右;3个树种素材试样和高温热处理材试样均表现为第2类等温吸附曲线形态特征,Hailwood-Horrobin模型能够较好拟合不同树种素材和高温热处理材等温吸附曲线,不同热处理条件试样等温吸附曲线的拟合度均高于0.980 0,处理温度越高,等温吸附曲线越接近直线;高温热处理后代表含有单位摩尔数吸附位的绝干木材质量参数( W )显著增加,不同相对湿度下高温热处理材的单层分子吸附水和多层分子吸附水含量也随之降低;180、200和 220 ℃处理后,木材试样单层分子吸附水含量相较于素材下降20%、30%和50%左右,高温热处理对多层分子吸附水含量影响规律与之相近;高温热处理后单层分子吸附水、多层分子吸附水和吸附水总量的最大值相较于素材明显下降,且处理温度越高,下降幅度越大。【结论】高温热处理可明显降低3个树种试样的吸湿平衡含水率,且处理温度越高,平衡含水率下降幅度越大;高温热处理会一定程度影响木材等温吸附曲线线形,Hailwood-Horrobin模型可用于描述高温热处理材等温吸附曲线,且拟合度较高;高温热处理可明显降低3个树种试样等温吸附过程单层分子吸附水和多层分子吸附水含量,且处理温度越高影响越明显,单层分子吸附水和多层分子吸附水最大含量均明显降低,进而影响吸附水总量最大值。     

基于松香改性的圆竹视觉性能

为改善圆竹的表面视觉性能，利用天然松香在不同温度下浸渍处理圆竹，采用定量色差和光泽度测量法结合感性眼动追踪法，评价了不同温度下松香处理对圆竹表面视觉特性的影响；利用扫描电镜和傅里叶红外分析探讨了松香对竹材表面视觉特性影响的机理。结果表明，对松香适当的加热有利于其在圆竹表面形成连续的薄膜，提高圆竹表面光泽度，当温度为50 ℃时达到最大光泽度19.6，比对照组提高了122.7%。同时伴随着处理温度的升高，圆竹表面亮度逐渐降低，并且颜色从黄绿区间逐渐向红蓝区间转变；此外当温度高于60 ℃时，圆竹皮层受损脱落，在圆竹表面形成条纹，并且条纹的密度随着处理温度的增加而增加。眼动追踪实验和主观评价结果表明，高光泽度会产生不适感，纯色表面受到大众的喜爱，而条纹表面的圆竹会受到小众的喜欢。     

新型复合竹地板热压工艺探讨

对以大径毛竹竹条为面层原料、毛竹梢头或小径竹碾压竹片为芯层和底层原料的新型复合竹地板的热压工艺进行了正交试验和验证试验,结果表明,研制的新型复合竹地板具有较好的物理力学性能,各项指标都达到竹地板标准要求;生产复合竹地板较佳的热压工艺参数为:正压压力2.0 MPa、侧压压力3.0 MPa、热压时间0.6min/mm、热压温度110℃.     

毛竹展平的初步研究

采用同时提高毛竹含水率和温度的方法，对四年生毛竹进行了展平试验。结果表明：①采用本方法可展平”一定圆周弧度的毛竹片。具有1／4圆周的竹片展平率为99％，1／3圆周的竹片展平率为52％（其中竿茎顶部竹片为8％、中部为75％、基部为72％），5／12圆周的竹片在展平过程中全部断裂。②同样圆周弧度下，外径越大的竹片越易展平，无节的比有节的竹片易展平。     

油浴热处理对竹材干缩性和力学性能的影响

为了探明竹材独特结构和油浴热处理对竹材干缩性和力学性能的协同影响,本研究以机油为导热介质对毛竹进行油浴热处理,分析了不同热处理温度（150、180、210℃）和不同处理时间（1、3、5 h）条件下竹材干缩性及力学性能的变化情况。结果表明：经过热处理后,竹材含水率和横向干缩率均有下降,表明高温热处理克服了竹材亲水性强和干缩性差的缺点。但是经过热处理后,竹材的力学性能总体呈下降趋势。在同样的热处理条件下,带青带黄竹材的物理力学性能均高于去青去黄竹材,说明保留竹材的竹青竹黄对热处理十分有利,且同时能提高竹材的利用率。     

江南油杉细根生物量空间分布及其对土壤水分的响应

[目的]探明广西不同栽培区江南油杉细根生物量的空间分布共性及其对土壤水分的响应机制.[方法]以广西3个栽培区江南油杉人工幼林为研究对象,采用根系全株分层挖掘和根系形态结构分析法,定量分析江南油杉幼树不同径级细根生物量密度、根长密度和表面积密度的空间分布特征.[结果]1)江南油杉幼林期细根生物量在垂直方向上主要分布在0～...     

毛竹材弧形竹片干燥特性研究

对毛竹材弧形竹片的干燥特性进行了研究,结果表明:干燥温度越高,干缩率越大,弦向平均干缩率大于径向平均干缩率;弦向竹青侧干缩率高于竹黄侧干缩率;当含水率降至5%以下时,干缩率趋于稳定;随着干燥温度的升高,弧形竹片依次产生翘曲、皱缩及开裂等现象。