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。     

温度及水分状态对美国红松弯曲弹性模量的影响

应用温度控制系统,对美国红松小试样规格材进行测试,检验木材温度及水分状态对木材弯曲弹性模量的影响.结果表明:温度对木材的抗弯性能具有显著影响,随着温度的升高,木材的抗弯性能逐渐减弱;相同承载条件下,含水率越高,冻结木材的抗弯曲性能越强.对于纤维饱和材,冰点以下其弹性模量随着温度的降低而迅速增加,在冰点以上则增加缓慢;对于非纤维饱和材,其弹性模量受温度影响变化幅度在冰点两侧区别不明显.冻结木材弹性模量相对于常温(20℃)情况下(相对弹性模量)受温度和含水率变化的影响十分显著,而非冻结木材的相对弹性模量对温度变化均表现不敏感.通过建立的相对弹性模量-温度试验模型,能较好地预测不同温度及含水率下的木材弯曲弹性模量相对于常温的变化幅度.该研究为不同温度条件下尤其是低温时的木材弹性模量测量结果修正提供了试验依据.     

基于LFNMR的木材干燥过程中水分状态变化

【目的】基于低场核磁共振技术考察木材干燥过程中水分的横向弛豫特性,以阐释干燥时木材中水分状态的变化机制,为木材干燥及水分处理提供理论依据及数据支持。【方法】以20 mm(L)×5 mm(R)×5 mm(T)的南方松为试验材料,采用两步法将试材从饱水状态干燥至约5%含水率,通过定期测定含水率和横向弛豫时间,分析木材干燥时内部水分状态变化及迁移情况,探究自由水与吸着水的分界及其与纤维饱和点的关系。【结果】1)饱水试材存在2个明显的弛豫峰和1个峰肩,三者的横向弛豫时间为67.65、1.24和11~13 ms,分别对应着细胞腔中的自由水、细胞壁中的吸着水和微毛细管系统中的毛细管水。2)木材干燥初期,自由水含水率不断下降,在总含水率为20%左右时,自由水才蒸发殆尽;吸着水含量在木材干燥至40%总含水率时基本保持不变,当总含水率降到40%以下时,吸着水即开始解吸。3)随着干燥过程的进行,自由水的横向弛豫时间随含水率的降低而不断减小;而多、单分子层吸着水的横向弛豫时间则以6%左右的含水率为界分别表现出轻微下降和显著下降的不同趋势。【结论】1)木材中主要存在3种类型的水分,分别为自由水、吸着水和毛细管水。2)平均含水率在传统定义的纤维饱和点(30%)以下时自由水仍然存在,这主要是由于干燥过程中木材内部水分分布不均造成的,且在40%~20%含水率范围内,木材表层发生吸着水解吸的同时其芯层仍有自由水的排除。3)随着干燥过程的进行,自由水、吸着水弛豫峰的顶点位置持续左移,揭示2种水分的平均横向弛豫时间不断减小,即在干燥过程中,木材对残余水分的束缚逐渐增强,干燥难度也随之增加。     

低温环境下桦木顺纹抗压强度的研究

为揭示不同水分状态木材在低温环境下的力学强度变化规律,研究了5种水分状态(饱水、生材、纤维饱和点、气干、绝干)桦木木材在0~-196℃低温环境下的顺纹抗压强度,并与室温环境下(20℃)的5种水分状态木材顺纹抗压强度进行比较。结果表明,在低温(0~-196℃)环境下,随着测试环境温度的降低,木材顺纹抗压强度增加,在-196℃环境下,5种水分状态的桦木顺纹抗压强度比室温环境下分别增加821.24%,718.05%,632.87%,223.75%和95.28%。木材顺纹抗压强度与温度呈线性关系,其斜率代表了顺纹抗压强度随温度变化的增加率,即木材含水率越高,随着低温温度的降低,顺纹抗压强度增速越大。在低温环境下,木材细胞中水分形成的冰柱,是木材顺纹抗压强度增加的主要原因。对绝干材而言,木材细胞壁上纤维和纤维胶着物质发生硬化,是其顺纹抗压强度增加的主要原因。     

木材的颜色与毒性

在采伐作业区、贮木场和木材加工厂里,人们常常可以看到木材的颜色多种多样,各有千秋;如白桦黄白色,黑桦红褐色,云杉洁白如雪,铁力木漆黑如墨…….有些树种的边材(靠近树皮的木材)和心材(靠近树干中心的木材)的颜色区别鲜明,如红松边材浅驼色带黄白,心材黄褐色带肉红,故有红松之称.水曲柳边材黄白色,心材灰褐色等等,不胜枚举.一般说来,边材颜色较浅,心材颜色较深,颜色的产     

基于生长轮的杉木早材黏弹性

【目的】比较不同生长轮木材早材黏弹性,探讨全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角等因子与木材黏弹性之间的关系,从细胞水平理解木材黏弹行为的作用机制。【方法】以人工林杉木为研究对象,采用X射线剖面密度仪、ZEISS Imager A1显微镜、X射线衍射仪、动态力学分析仪(DMA 2980)分别测定第3、6生长轮(心材)以及第14、18生长轮(边材)早材的全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角、弹性模量、贮存模量和损耗模量。【结果】1)边材(第14、18生长轮)的全干密度比心材(第3、6生长轮)略高,4个生长轮管胞胞壁率无明显差异,微纤丝角随树龄增加呈减小趋势。2)早材的弹性模量、贮存模量和损耗模量均随树龄增加而增大,微纤丝角与弹性模量、贮存模量、损耗模量呈显著负相关关系。3)在本研究测量温度范围内(-120～120℃),4个生长轮早材均出现2个力学松弛过程:一是在10℃附近的α力学松弛过程,关于其分子运动归属目前尚无统一定论;二是在-40℃附近的β力学松弛过程,是基于木材细胞壁无定型区中伯醇羟基的回转取向运动引起的。不同生长轮之间的力学损耗峰温度几乎无差异。4)随测量频率(1、2、5和10 Hz)增加,β力学松弛过程的损耗峰温度移向高温方向,α力学松弛过程的损耗峰温度并不随测量频率增加而改变,即无频率依存性。5)与位于边材区域(第14、18生长轮)的早材相比,位于心材区域(第3、6生长轮)的早材发生力学松弛过程所需的表观活化能均较大,可能是由于杉木心材相较于边材有更多的抽提物,抽提物的沉积限制细胞壁中分子链段运动所致。【结论】微纤丝角是影响不同生长轮内早材刚度和阻尼的关键因子,心材与边材表观活化能的差异可能是抽提物沉积所致。     

桉树真空热处理材表面性能分析

用真空热处理法对粗皮桉木材进行热处理,处理温度分别为160,180,200,220及240℃,处理时间均为4 h.采用接触角测定法,对素材及不同温度条件下热处理材的接触角及表面自由能进行分析;用傅里叶红外光谱分析法,研究木材在热处理过程中的化学(官能团)变化;用热分析仪分析不同温度条件下木材的热解质量损失率.结果表明:素材的表面自由能(50 mN·m-1)<160℃热处理材的表面自由能(46 mN·m-1)<240℃热处理材的表面自由能(32 mN·m-1).热处理后木材中极性的羰基官能团减少,当热处理温度≤180℃时,木材的质量损失率在1%左右;而热处理温度>180 ℃时,每升高20℃,木材的质量损失率约下降2倍.     

二氧化硅联合热处理改性对橡胶木性能的影响

为弥补热处理材的力学性能损失,利用二氧化硅联合热处理改性橡胶木。在热处理橡胶木前后分别真空浸渍二氧化硅前躯体溶液,热处理温度200℃,保温时间2 h。对未处理材、热处理材、浸渍-热处理材与热处理-浸渍材的力学性能、尺寸稳定性以及热稳定性进行对比分析。结果表明,与热处理材相比,浸渍-热处理材与热处理-浸渍材的抗弯强度分别提高28.97%和18.88%,抗压强度分别提高26.65%和38.91%。与未处理材相比,热处理材、浸渍-热处理材和热处理-浸渍材的吸水性与湿胀性均有所降低。热重分析表明,浸渍热处理材的热降解速率低于热处理材,说明二氧化硅与木材的结合阻碍了热分解以及木质基的完全裂解,木材的热稳定性有所提高。红外光谱分析显示,浸渍-热处理材上出现了Si—O—Si特征峰,说明木材内部有二氧化硅生成。X射线衍射分析结果表明,木材的纤维素衍射峰位置无变化,说明浸渍二氧化硅处理未破坏纤维素的结晶结构。     

木材内部水分扩散特性研究现状及发展趋势

扩散是水分在木材内部移动的一种重要途径。文中围绕木材内部水分的扩散机理、测试方法及其影响因素3个方面阐述水分扩散的驱动力类型及其在木材内部的基本移动路径,总结稳态和非稳态水分扩散系数的测试及计算方法;综述树种、早/晚材、心/边材、幼龄/成熟材等因素对水分扩散特性的影响机制;归纳木材含水率、温度等因素对木材内部水分扩散的作用规律;结合国内外关于水分扩散的研究现状,指出一些亟待解决的问题,以期为木材干燥、木结构建筑、木质包装材料的研究与应用提供参考。     

木材的低温膨胀与冷冻收缩

当木材细胞腔中的水分(自由水)、蒸发完毕,而细胞壁中的水分(吸附水)达到饱和状态时木材的含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材材性的转折点,并因树种不同和温度的改变而变化。当湿木材由室温冷至水的冰点时,木材的纤维饱和点m_f增高,导致木材膨胀。其原因是,木材细胞壁中水的蒸汽压p随着温度的降低比液态水的饱和蒸汽压p。的降低来得迅速,即p相似文献   

预冻处理减少木材皱缩的研究

以大青杨为试验材料，研究了预冻处理对木材干燥皱缩特性的影响，分析了木材在冰冻处理过程中木材细胞腔和细胞壁尺寸的变化规律，理论上计算了细胞壁强度的增加范围。并通过电子显微镜分析冰冻过程对木材细胞壁结构的影响，进而深入探讨预冻处理减小木材皱缩的机理，为减少木材皱缩提供理论基础。结果表明：预冻处理可以减少大青杨木材的皱缩。     

发展速生树种定向培育工业用材林的研究

对我省30a以下人工更新的大青杨、香杨、红松人工林的生长量进行实际调查，结果表明，27a生时胸径为7．5cm。对落叶松进行定向培育，在皆伐迹地二次人工造林，实行短轮伐作业，生长效果显著。最佳造林密度为3300株／hm^2。     

小兴安岭南坡4种林分类型枯落物水文特性研究

对小兴安岭南坡的红松林、落叶松人工林、杨树林和白桦林的枯落物储量、持水量、吸水速率等水文特征参数进行调查分析研究及其持水特性试验,结果表明,红松林下枯落物储量最大53.89 t/hm^2,其后依次为杨树林42.66 t/hm^2、落叶松人工林30.54 t/hm^2、白桦林最小20.03 t/hm^2。在这4种林分枯落物中,红松林的有效拦蓄量为最大,相当于14.56 mm的降雨。经数据分析拟合,得到林下枯落物未分解层和半分解层吸水速率与浸水时间之间存在显著的负指数相关性（R〉0.99）。     

弦向角对应力波在原木横截面传播速度的影响

为了研究应力波在原木横截面上传播时应力波波速的变化规律及其影响因素,选择柞木、红松、臭冷杉和大青杨4个树种的原木为试验材料,在原木的横截面上,测试不同弦向角所对应的应力波波速,并用MATLAB软件对弦向角和应力波波速进行曲线拟合。结果表明:1)随着弦向角的增加,应力波在柞木、红松、臭冷杉和大青杨原木横截面上的传播速度均呈3次曲线趋势增加;2)当弦向角大于36°时,应力波在大青杨原木横截面上的传播速度最快,在柞木原木横截面上的传播速度最慢;3)应力波在柞木、红松、臭冷杉和大青杨原木横截面上的径向最大传播速度分别为1109.0,1220.4,1245.8和1618.3m·s-1。     

多元羧酸类化合物对木材大压缩量变形的固定作用

以多元羧酸类化合物为酯化剂、以无机盐类为催化剂的交联体系是一类新型的水溶性、无毒害、无污染、木材交联反应未采用过的非甲醛系试剂交联体系。本文研究了这类非甲醛系试剂对木材大压缩量变形的固定作用,结果表明浓度９％的１,２,３,４丁烷基四羧酸处理大青杨试件,干状态的变形恢复率较低,沸水中变形恢复率接近于２７０１％。用１,２,３,４丁烷基四羧酸交联处理木材可以固定压缩变形,适宜的树脂浓度为９％。材色由偏红向偏黄方向转变。     

阿什河流域不同林分类型枯落物持水能力研究

对阿什河流域10种林分类型枯落物持水能力进行了测定,结果表明:阿什河流域各种林分类型枯落物现存量在5.96~16.59 t.hm-2,其中以红皮云杉人工林最高,天然杂木林最低,呈现出针叶林大于阔叶林的规律。枯落物最大持水率和有效持水率均以天然水曲柳林最高,樟子松人工林最低。变动范围分别在291.12%~405.00%和225.52%~325.14%;最大持水量和有效持水量分别在19.80~58.29 t.hm-2和15.07~46.15 t.hm-2,其中均以兴安落叶松人工林最高,人工大青杨林最低。最大持水量和有效持水量均为针叶林大于阔叶林。     

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。     

STUDY ON THE EFFECT OF WOOD MOISTURE CONTENT ON PERMEABILITY IN THE HYGROSCOPIC RANGE

Woodpermeabilityhascloserrelationshipwiththemanyfiledsofwoodworkingandusing,woodfluidpermeabi1-ityisrelatedtoinprocessingsuchaswooddrying;fireretartenttreatmen;pup1ingandpaper;woodpreservation.Theflowoffluidinwoodincludestwokindsoftransportprocess.Oneispenetrationfromwoodoutsidetoinside,suchas'woodpreservationandfireretartenttreatment,anotherisdiffusionfromwoodinsidetooutside'suchaswooddrying,Infact,woodpermeabilityinfulenceddirectlythequalityofwoodwaterheattreatment,Forthisreasontheresearchin…     

越冬针叶的有机自由基及自由基清除剂

对在长白山越冬的红松和红皮云杉针叶中有机自由基浓度及自由基清除剂Vc含量和SOD活性进行了对比动态监测。发现全光下红松苗针叶在1—5月有机自由基浓度变化格局和其它针叶树种材料迥然不同,4—5月的高峰和它受到的严重光氧化伤害密切有关。Vc含量及SOD活性都在冬季出现高峰,说明它们在保护针叶不受自由基伤害方面起着重要作用。红松针叶中的SOD远低于红皮云杉和樟子松,可能是造成它在越冬期间超氧自由基清除能力不足,易受光氧化伤害的重要原因。     

Determination of the fibre saturation point in whole wood using differential scanning calorimetry

Summary A new method for determining the fibre saturation point (FSP) of whole never-dried wood is described. Enthalpy of melting values from differential scanning calorimetry (DSC) experiments are used to calculate the proportion of non-freezing water. Two methods for calculating the FSP from the enthalpy data are described. FSP determinations were carried out on the commercially important West Australian eucalypt species, Eucalyptus marginata and Eucalyptus diversicolor and a plantation softwood, Pinus radiata. Results are reproducible and are corroborated by the traditional volumetric shrinkage method for determining the FSP. On all samples below 10 mg a low temperature endothermic peak is observed as a shoulder on the main peak. It is postulated that this is due to an intermediate layer of water between the freezing and non-freezing water.Use of the DSC at Curtin University of Technology, and the help of Mr. I. Sills is greatly appreciated. This and related work is supported by the Australian Govt. Department of Primary Industry and Energy (Forestry)