竹材细胞壁水分研究进展

水分是植物材料不可分割的部分,与细胞壁材性紧密相关。研究水分与细胞壁之间的规律性,对细胞壁材料认知和高效利用意义重大。以竹材细胞壁水分为研究对象,综述了竹材纤维饱和点,不同尺度细胞壁水分特点、类型、作用机制,以及细胞壁水分的测试设备、测试方法等方面研究成果,分析了宏观尺度下吸湿解吸及滞后过程,阐明了竹材细胞壁水分变化特征,提出了竹材纤维饱和点研究的不统一性。针对竹材细胞壁水分分布、存在位置、变化规律以及与细胞壁的相互作用机制尚存在许多疑问,相关研究结论缺乏,期望加强基础研究,利用现有高新技术和先进研究方法,加大投入研究力量,为竹材细胞壁干缩湿胀、干燥基准、防霉防腐、耐久性等提供科学依据,推动竹材基础和应用研究的发展进程。     

毛竹纤维饱和点随竹龄的变化规律

竹材的纤维饱和点对于竹材的加工利用具有重要指导意义。以毛竹为研究对象,采用力学法和水分吸着等温线法对毛竹纤维饱和点及其随竹龄的变化规律进行了系统研究。结果表明,两种方法所得的纤维饱和点不同,顺纹抗压强度法0.5龄为36.12%;1.5～4.5龄为(24.49±0.78)%,水分吸着等温线法0.5龄为24.51%;1.5～4.5龄为(18.38±0.42)%;两种方法测得纤维饱和点的绝对数值虽然存在一定差异,但随竹龄的变化规律相同,即从0.5龄到1.5龄降幅明显,大于1.5龄后趋于稳定。     

竹材热压干燥过程中的水分扩散研究

采用非稳态法测定龙竹竹材热压干燥过程中的水分扩散系数,并探讨了温度对水分扩散系数的影响.结果表明:干燥温度越高,干燥各阶段水分扩散系数及平均水分扩散系数也越大;初始高含水率阶段,随含水率逐渐降低,水分扩散系数呈逐步增加趋势,在纤维饱和点附近时达最大值;随后,随含水率逐渐降低呈逐步减少趋势.     

龙竹竹材的微波干燥特性研究

对龙竹竹材在微波干燥下的干燥特性进行了研究。结果表明:微波功率和竹材构造对干燥特性有显著影响;竹材径向干缩率大于弦向干缩率;纵向干燥速度大于弦向和径向;竹材水分排除主要沿纵向,其次为弦向;竹材试件尺寸大小对竹材干缩率没有影响,试件长度对干燥速度有较显著影响。     

竹材干燥技术研究现状

介绍了国内外竹材干燥技术的研究现状。研究的重点主要集中于干燥方式的选用及干燥参数的确定, 对竹材干燥过程中的水分移动特性、竹材干燥过程中的应力应变、塑性变定机理的研究基本上是空白。     

含水率对竹胶合板力学性能的影响及纤维饱和点测定

通过设置含水率8%～60%均匀分布的胶合板,研究了七层等厚正交结构竹胶合板静曲强度和弹性模量受含水率影响的变化规律,采用Boltzmann曲线拟合和一元线性回归分析方法建立了数学模型,得出了竹胶合板力学性能转折点的纤维饱和点含水率平均值为21.72%。结果表明:胶合板含水率从8%增加到纤维饱和点时,静曲强度和弹性模量降幅50%左右,竹胶合板含水率达到纤维饱和点以后,随着含水率的增加胶合板力学性能保持稳定,与竹材本身的力学性能随含水率的变化趋势一致。     

竹材热压干燥过程中的水分迁移特性研究

研究了竹材热压干燥过程中的水分迁移特性.结果表明:在整个干燥过程中,前期含水率降低较快,后期含水率降低较慢.竹材平均干燥速度与次表层竹材的干燥速度相近;在含水率较高的干燥初期,水分迁移的阻力在竹材表面,水分迁移主要靠毛细管张力作用;在含水率较低的干燥后期,水分迁移的阻力在竹材内部,水分迁移主要以扩散方式进行,干燥速度取决于木材内部水分移动的速度.竹材热压干燥过程中的水分移动,主要受温度梯度和含水率梯度的共同作用.     

竹材介电性质研究

研究了毛竹不同部位、竹龄、纹理、含水率和测试频率对介电常数和介质损耗角的影响.结果表明:在纤维饱和点以下,介电常数随着含水率的增大而增加缓慢,在纤维饱和点附近,介电常数随着含水率的增加而急剧增加,高于纤维饱和点后,介电常数和含水率成近似线性关系；纵向介电常数大于径向和弦向介电常数,径向介电常数和弦向介电常数间差异不显著；频率低于6kHz时,介电常数随着着频率的增大减小明显,频率高于6kHz后,介电常数随着频率的增加变化缓慢；竹龄、部位因素对竹材介电性能的影响规律不显著.     

热压干燥对竹材吸湿膨胀性的影响

对热压干燥竹材和气干竹材的吸湿膨胀特性进行的测试和分析结果表明:热压干燥竹材竹间和竹节的吸湿膨胀率均是径向大于弦向和纵向;而热压干燥竹材竹间部位的吸湿膨胀率小于气干竹材的竹间部位,热压干燥竹材竹节径向的吸湿膨胀率略大于气干竹材竹节的径向,其余各方向均小于气干竹材竹节部位。热压干燥竹材竹节吸湿膨胀率除纵向外,均是竹节部位大于竹间部位。     

低场NMR技术测定竹材的纤维饱和点

以4年生毛竹为试材,利用低场核磁共振(LF-NMR)技术研究了毛竹中的质子H在室温和-3℃条件下的自旋-自旋驰豫时间(T_2)特性,以分析竹材水分分布特征。由于固态冰与液态水的弛豫时间和竹材自由水和结合水凝固点的差异性,本试验采用仅冻结竹材细胞腔内自由水来获取结合水信号的方式,通过对比冷冻前后T_2弛豫信号反演峰的面积,可确定结合水准确含量。结果表明:在室温条件下,T_2分布峰大致为3个,-3℃温度下T_2分布峰为1个,根据毛竹细胞壁内吸着水所处空隙较小、T_2弛豫时间较短可以判断,峰1为结合水弛豫,峰2和峰3为自由水的弛豫。毛竹的纤维饱和点(FSP)均值约为35%,测试结果高于传统外推法结果,与差示扫描量热法(DSC)等实测法的结果相符。试验结果证明核磁共振可以作为快速测定竹材纤维饱和点的有效手段。     

樟子松木材高温干燥过程中水分的非稳态扩散和干燥能耗的研究

为更加高效广泛地利用樟子松材,对不同初含水率(IMC)的木材进行高温干燥试验。探究相同厚度下不同初含水率木材高温干燥能耗。并依据非稳态扩散理论,在一定的实验条件下探讨不同初含水率对水分径向扩散系数的影响。结果表明:初含水率越高,扩散系数越大,在纤维饱和点附近达到最大值。当含水率在纤维饱和点以下时,水分扩散系数随着初含水率的增加而增大;而当木材含水率在纤维饱和点以上时,其扩散系数基本保持恒定。樟子松材高温干燥过程中,干燥时间越长,能耗越大;不同初含水率试件干燥结束时的能耗不同,初含水率越高,高温干燥过程用时越长,能耗越大。木材干燥过程中依据含水率的差异进行分级干燥可以达到节能的目的。     

马尾松微波间歇干燥对干燥效率与速率的影响

分析马尾松木材微波干燥速率随时间的变化规律,比较微波连续辐射和间歇辐射对木材干燥速率和微波能利用效率的影响.结果表明:木材微波干燥过程可以分成加速段、恒速段和减速段3个阶段;在微波干燥过程中,木材含水率在纤维饱和点以上时,其平均干燥速率和水分蒸发效率比在纤维饱和点以下时的高;采用适当间歇辐射对木材输入微波能,微波能利用率较高.     

马尾松木材在高温干燥中的水分扩散性

对马尾松木材在高温干燥过程中的水分非稳态扩散进行了研究 ,结果表明当含水率高于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的降低而增加 ;当含水率低于纤维饱和点时 ,水分扩散系数随含水率的下降而减少。马尾松木材的径向扩散系数大于弦向扩散系数。随着温度的升高和相对湿度的降低 ,木材的横向水分扩散系数增大     

干缩法测定黄竹纤维饱和点的研究

以黄竹为研究对象，测定了不同含水率下黄竹的径向和弦向干缩率．采用曲线拟合建模法，用三次曲线对试验数据进行拟合，经检验拟合效果较好。根据曲线性质和试验数据的特点，找出曲线上变化的关键点，定义为竹材纤维饱和点。由弦向和径向干缩得出的黄竹纤维饱和点分别为24．64％和29．65％。     

龙竹竹材热压干燥工艺影响因素的研究

对龙竹竹材热压干燥影响因素的研究结果显示,预处理方式、热压干燥温度对热压干燥工艺和干燥质量有显著影响;而竹节的有无对竹材热压干燥工艺和干燥质量的影响较小。     

缅甸竹子纤维形态和浆板性质的关系

通过对六种主要缅甸竹材纤维形态特征的研究,得出粗制和精制竹浆的造纸特性。根据竹材组织横切面中纤维伦克尔(Runkel)比的分布,将供试竹种分为三类,即 A 类,梨竹 Melocanna bambusoides,薄壁的纤维含量大;B 类,多形刺竹 Bambubusa polymorpha 和薄稃牡竹 Dendrocalamus     

基于玫瑰花瓣超疏水高/低黏附特性利用软印刷技术构筑超疏水高黏附性竹材表面的研究(英文)

基于天然遗态材料植物叶片表面特殊形态及功能特性的启发,如荷叶微纳米结构的超疏水自洁特性、玫瑰花瓣微纳米结构的超疏水粘附特性。研究采用软印刷技术,分别以新鲜和干燥的玫瑰花瓣作为模板,通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)成功地转印制备了类玫瑰状超疏水竹材表面。扫描电镜(SEM)表明,类玫瑰花瓣表面形貌在制备超疏水竹材中起着非常重要的作用。玫瑰花瓣的干燥或潮湿可能使玫瑰表面具有不同的微/纳米结构,具有不同的间距值,表现出不同的高粘附性或低粘附性。新鲜的玫瑰花瓣乳突结构具有超疏水和高粘附性表面;然而,干燥的玫瑰花瓣的乳突结构中具有超疏水和低粘性表面。类玫瑰状竹材的成功制备,可有效防止水分侵入竹材,延长竹子在不同领域的使用寿命。针对玫瑰花瓣的超疏水特性,可有效提高竹材的附加值,也将为竹/木材的疏水改性提供了一个新的研究方向。     

竹材防开裂研究进展

在分析讨论竹材原竹和竹制品开裂原因的基础上,着重讨论了防止竹材开裂的研究进展.综合分析认为防止竹材开裂的主要方法可归纳为干燥处理、增容处理法和涂层法.干燥处理主要是在常规干燥过程中,对竹材进行冷冻、高温、真空微波处理等；增容处理法主要是用水溶性的小分子化合物浸渍竹材,起到填充细胞壁的作用；涂层法主要是在竹材表面涂刷防水材料来阻止竹材于水分接触.最后指出目前竹材防开裂研究主要借鉴木材防开裂研究成果,但竹材有其自身的特殊性,因此重点要加强对竹材本体的物理力学性能及微观构造的细致研究,以取得更好的效果.     

不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角

【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。【结果】毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。【结论】生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。     

白橡热压干燥材等温吸湿特性研究

以白橡热压干燥材为研究对象,利用动态水分吸附仪研究了不同热压温度干燥处理后白橡木材和未处理对照材的等温吸湿特性,并采用H-H模型拟合;分析热压干燥对木材吸湿特性的降低机理。结果表明:白橡木材等温吸湿线皆为IUPAC Ⅱ型等温吸湿线。在任意相对湿度下,热压干燥材平衡含水率均明显低于对照材,且热压温度越高,平衡含水率降低越明显。H-H模型对白橡木材等温吸湿数据表现出良好的拟合效果。单分子层和多分子层含水率降低共同作用使得热压干燥材吸湿性降低,且相对湿度越高,多分子层水的减少对吸湿性的降低作用越大。与对照材相比,热压干燥材(140、150 ℃和160 ℃)的纤维饱和点推测值分别降低8.89%、11.76%和13.62%。白橡热压干燥材吸湿性降低机理主要为游离羟基等亲水基团含量减少和细胞壁刚度增加等。