高能微波处理辐射松木材的抗弯力学性能与损伤演化特征

  目的  探究高能微波处理对木材抗弯弹性模量、抗弯强度和弯曲塑性功的影响,并阐明处理材在静态弯曲载荷过程中的损伤演化与破坏规律。  方法  利用高能微波设备,采用60、80、100 kW·h/m3这3组微波能量密度水平对含水率为50% ~ 70%的辐射松锯材进行处理。在声发射（AE）系统的实时监测下进行三点弯曲抗弯弹性模量、抗弯强度和弯曲塑性功的测试,并且结合试件断裂破坏截面形貌与AE参数特征分析对比处理材与未处理材在不同加载阶段的损伤演化。  结果  未处理材抗弯弹性模量和抗弯强度平均值分别为5 520和61.7 MPa,高能微波处理材的抗弯弹性模量和抗弯强度平均变化率均小于10%。但高能微波处理均显著提高了木材的弯曲塑性功。相较于未处理材,60和100 kW·h/m3处理材的弯曲塑性功分别提高了12%和16%;而80 kW·h/m3处理材的弯曲塑性功最大,相较于未处理材的提高了22%。AE测试结果显示:随着微波能量密度的增加,处理材AE信号首次出现时间不断提前,首个损伤稳定增长阶段的持续时间、塑性变形阶段的累计振铃计数增长速率、幅度和能量活跃度逐渐增加。由此表明,在弯曲载荷作用的过程中,处理材拥有更高的损伤增长速率与应力重组效率,细胞壁产生了更多的屈曲与坍塌破坏,木材内部裂纹迅速扩展,减弱了应力集中效应,因而在一定程度上增加了木材弯曲塑性功。试件破坏形貌验证了AE测试结果,与未处理材相比,处理材的拉伸区域、中性层与压缩区域的断面形貌更加粗糙。  结论  适当的高能微波处理可在仅小幅改变木材抗弯弹性模量、抗弯强度的前提下,显著提高木材弯曲塑性功,将为高能微波处理材的应用提供新思路。研究方法与结果能够有效地展示高能微波处理材的损伤演化特征,并将为木质材料损伤演化的相关研究提供参考。      

基于水曲柳基材的水性漆漆膜性能研究

  目的  水曲柳作为优良的硬质木材，常被用来制造中高档家具。水性漆是一种非常环保的涂料，研究其在水曲柳基材上的漆膜性能对于水性漆性能的提高和涂饰工艺的优化具有重要的现实意义，还可为水性漆在木材上的大规模工业化应用提供理论支持和科学依据。  方法  以水曲柳为基材，用商业水性漆对其进行涂饰，待漆膜完全固化后按照相应标准测定漆膜的各个性能，并用SEM和FTIR分析水性漆在基材上的附着机理。  结果  得到的漆膜厚度为96.63 μm，硬度为H，附着力高至0级，耐水性可达1级；涂饰前后总色差值ΔE为9.86，说明本涂饰较好地保持了水曲柳本身的颜色。由于底漆均匀地覆盖在基材表面，封闭了基材中亲水性的羟基，使得涂饰底漆后基材表面的接触角提高了10°，疏水性能得到提升。涂饰后基材的表面光泽度明显提高，且其平行纹理方向的光泽度比垂直纹理方向的高了40.4%。这主要是由于组成木材的细胞大多呈轴向排列，水性漆主要填充在纵向排列的细胞腔中，很难渗入到以纳米级孔隙为主的细胞壁中。水性漆与基材主要以机械互锁的物理形式相结合，此外也发生了化学反应。1 148 cm? 1处峰强度增加，说明水性漆中的羧基与基材中的羟基发生了酯化反应；出现了新的1 063 cm? 1峰，说明基材中的纤维素与水性底漆中的羟基发生了醚化反应。  结论  水性漆能在水曲柳表面形成较好的附着，保护性能较好，且能有效提高基材的视觉效果，进而提高其商业价值。      

基于改进K-means聚类与分水岭的木材横截面管孔分割

  目的  管孔是木材识别方面的重要特征之一。针对管孔随机分布、大小不一导致管孔分割鲁棒性不高,木纤维、木射线以及轴向薄壁组织等噪声区域对管孔分割效果影响较大的问题,本研究提出了一种改进K-means聚类与分水岭的木材横截面管孔分割算法。  方法  采用改进K-means聚类对管孔区域进行粗分割,有效区分管孔区域与木纤维、木射线以及轴向薄壁组织等噪声区域。再对粗分割结果采用改进分水岭算法进行精分割,分割出的管孔与实际管孔基本吻合。  结果  平均每张木材横截面微观图像有97.1%的管孔被准确有效地分割出来。本研究提出的改进分割算法与其他算法相比,分割效果显著提升,在大小不一且随机分布的管孔分割过程中鲁棒性高,具有良好的分割性能。  结论  该算法有效解决了传统K-means聚类算法在图像分割时受噪声影响大和初始聚类中心随机性问题,为阔叶材管孔特征提取和定量分析奠定了坚实基础。图7表1参16     

碳量子点复合TiO2木材涂层制备及其净化甲醛气体的研究

  目的  为提高二氧化钛（TiO₂）光催化剂净化甲醛气体污染物的能力，利用具有优异光吸收性能和电子转移能力的碳量子点（CDs）掺杂改性TiO₂，可大幅度提高TiO₂光催化性能。  方法  采用3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）对亲水性纳米TiO₂进行表面改性，并将禾本植物柳枝稷合成的CDs负载于TiO₂制备了TiO₂-CDs复合光催化木材功能涂层。借助高分辨透射电子显微镜、红外光谱、热重分析、紫外可见光光谱、荧光光谱等表征手段对CDs及其负载TiO₂复合光催化剂进行表征，并以甲醛气体作为模拟污染物进行光催化降解实验。  结果  合成的CDs粒径尺寸为3 ~ 6 nm，表现为较好的石墨相结构，且CDs光致发光具有一定的激发依赖性。CDs功能化TiO₂复合材料不仅在紫外光区域有较强的吸收，而且在400 ~ 500 nm波长范围内具有更宽的吸收带，CDs负载TiO₂光催化涂层分别在紫外光源与紫外结合可见光源条件下对甲醛气体的净化效率达到68.26%和81.63%，较未改性的TiO₂木材涂层提高了35.55%和38.71%，同时TiO₂-CDs木材涂层可显著降低木材表面润湿性，其表面水接触角为96.4°，较对照组木材（62.5°）提升了54.24%。表面涂饰对木材表观颜色影响较小，TiO₂-CDs净醛功能化木材的表面亮度较对照组木材轻微降低了5.22%，表面色差较对照组为11.03。此外，TiO₂-CDs木材涂层具有优良的可重复使用性能，相比第一次循环，7次循环后试样对甲醛气体的降解效率仅分别下降了3.54%和2.56%。  结论  CDs掺杂功能化可拓宽TiO₂光催化剂在可见光区域净化甲醛气体污染物的能力，同时改善木材表面润湿性，且对木材表观颜色影响较小，对于开发具有净化室内甲醛气体污染物功能的木质材料意义重大。      

黑木相思木材干燥特性及干燥工艺制定

  目的  为获得黑木相思Acacia melanoxylon木材的干燥特性,编制合理干燥基准,从而促进其实际开发和利用。  方法  采用百度试验法研究黑木相思木材的干燥特性,参照百度试验干燥缺陷等级拟定木材干燥初终期条件,依据锯材干燥质量检测结果对黑木相思锯材常规干燥工艺进行系统优化试验,并制定25 mm厚黑木相思锯材的干燥基准。  结果  黑木相思木材的干燥缺陷主要为初期开裂和扭曲变形,其次为截面变形,无内裂产生。从干燥速度看,黑木相思属于中等易干材。木材含水率15%时的气干密度为0.620 g·cm?3,属于中等范畴。采用优化制定的干燥基准对25 mm厚黑木相思锯材进行常规干燥后,木材含水率从110.40%干至8.42%,干燥周期为268.0 h (11.2 d),整个干燥过程中干燥速率比较稳定,平均为0.38%·h?1。  结论  黑木相思干燥锯材的平均最终含水率、干燥均匀度、厚度上含水率偏差、残余应力以及可见干燥缺陷方面的指标均达到锯材干燥质量二级要求。本研究制定的黑木相思锯材干燥工艺可为实际干燥生产过程提供科学依据。图2表6参25     

三聚氰胺–尿素–葡萄糖（MUG）生物质树脂/硅酸钠复合改性杨木的性能与机理研究

  目的  研究改性材的微观形貌、化学结构和元素成分等变化,探讨三聚氰胺–尿素–葡萄糖（MUG）生物质树脂复合改性剂对杨木的改性作用机理,旨在为MUG复合改性剂的应用提供依据,促进木材的绿色改性。  方法  通过将有机硅烷等疏水基团,引入MUG生物质树脂与硅酸钠的复配溶液中,制备硅烷杂化MUG树脂/硅酸钠复合改性剂（GS_T）,对杨木进行真空加压浸渍处理,测试改性杨木的物理力学性能,采用扫描电镜–X射线能谱仪（SEM-EDX）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射仪（XRD）等,表征改性材的微观形貌、化学结构、元素成分和结晶度,利用微型量热仪（MCC）测试其燃烧性能和热解特性。  结果  SEM-EDX分析表明:GS_T改性剂渗透性好,能有效渗入木材细胞腔和细胞壁中;改性材的C、O、Si元素无规分布于木材细胞腔、细胞壁、细胞间隙等处,导管沉积最为明显;改性剂对木材孔隙的填充以及对纤维素非结晶区的充胀,有效提高了木材的尺寸稳定性和力学性能。FTIR分析表明:GS_T改性材中半纤维素等多糖与改性剂发生了交联反应,减少了C=O、—OH等吸水性基团。XPS分析表明:GS_T改性材的C1最多,C3最少,木材的多糖类物质、木质素醇羟基、酚羟基以及羰基等活性基团与改性剂发生反应,减少了羰基等活性基团,增加了C—H、C—C结构含量。XRD分析表明:GS_T改性材衍射峰无明显变化,相对结晶度增大,说明改性剂进入纤维素非结晶区使其分子排列更加有序。MCC分析表明:GS_T改性材的热释放能力、热释放速率峰值和总热释放量分别下降了65.7%、66.2%和6.2%,800 ℃残炭率提高了122.6%,热释放强度大大降低,火灾危险性减小。  结论  GS_T复合改性剂可有效渗入杨木内部,与木材中半纤维素等多糖发生交联反应,减少糖基等活性基团,使非结晶区排列更为有序,从而提升改性杨木的物理力学性能。      

苯丙乳液掺杂对地质聚合物木材胶黏剂性能的影响

  目的  地质聚合物因兼顾合成有机胶黏剂的高强度与无机胶黏剂的耐候性等特点,在人造板木材胶黏剂中具有巨大的应用潜力,但无机网络的高脆性与低界面相容性限制了其与木材的胶接强度。本研究以提高地质聚合物的基体韧性及其与木材的剪切性能为目的,采用地质聚合物为原料制备木材胶黏剂,探索地质聚合物在木材胶黏剂领域应用的可能性,旨在从原料角度解决人造板产品甲醛释放的危害。  方法  采用苯丙乳液（苯乙烯?丙烯酸酯）作为有机掺杂物,以偏高岭土（MK）为地质聚合物原料,以γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）为偶联剂,经碱激发、有机掺杂和养护成型制备有机掺杂地质聚合物木材胶黏剂,通过调节苯丙乳液含量和养护工艺,研究其对地质聚合物基体性能及其与木材剪切性能的影响。  结果  相比于纯地质聚合物,苯丙乳液会降低地质聚合物基体的抗压与抗折强度,使压折比降低至6.09,剪切强度升高至2.6 MPa,接触角降低了4.1%,增加基体表面微孔尺寸与裂缝数量;添加KH-550后,基体抗压与抗折强度仍有所降低,但其明显改善了胶黏剂性能,压折比降低为5.96,剪切强度升高至3.6 MPa,接触角降低了25.7%,基体表面微孔尺寸变小,裂缝减少,结构更紧密。硅烷在基体中起偶联作用,使苯丙乳液与地质聚合物产生化学连接。  结论  苯丙乳液有机掺杂与硅烷偶联协同作用,在偏高岭土基地质聚合物中形成韧性膜,虽然降低了偏高岭土基地质聚合物基体强度,但能较好地改善其脆性,达到增韧效果,并且能够提高地质聚合物与木材的界面相容性,从而增强地质聚合物木材胶黏剂的剪切强度。      

微波处理对桉木应力及微观构造的影响

为提高人工林桉木的干燥质量及产品附加值,该文针对近年来出现在木材改性领域的微波处理技术在桉木利用中的潜力及途径进行了分析。结合微波处理原理及特点,在初步试验的基础上,对微波处理减小桉木残余生长应力及微波处理对木材微观构造、木材干燥及加工质量的影响等进行了分析,并提出了今后的研究重点,为桉木微波处理的进一步研究提供参考。      

表面活性剂含量对石蜡乳液改性中密度纤维板表面润湿性的影响

  目的  探究表面活性剂含量对石蜡乳液改性中密度纤维板表面润湿性的影响,为蜡基防水剂的开发及应用提供理论依据及技术参考。  方法  以58号石蜡、司盘80、吐温80为原料制备了表面活性剂质量分数分别为2%、4%、6%、8%的4组石蜡乳液,并用于对中密度纤维板试件进行常压浸渍处理。利用接触角测量仪评估中密度纤维板试件表面被水润湿和渗透的能力;通过场发射电子扫描显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱（XPS）对试件表面的微观形貌和元素组成进行表征分析。  结果  与未处理材相比,处理材的初始接触角增大,且接触角和表面液滴体积下降速率明显减慢;对处理材而言,随着石蜡乳液中表面活性剂质量分数的增加,处理材的初始接触角减小,接触角和表面液滴体积下降速率加快。FESEM和XPS结果表明:增加石蜡乳液中表面活性剂的质量分数会导致试件表面更为平滑,同时使得处理材表面的C1/C2值减小。  结论  随着表面活性剂质量分数的增加,石蜡颗粒更容易在试件表面碰撞聚集,同时生成表面活性剂分子的双层结构,处理材的表面润湿性由于表面粗糙度的降低和亲水基团数量的增多而提高。降低表面活性剂质量分数有助于降低石蜡乳液改性中密度纤维板的表面润湿性,对蜡基防水剂的开发与应用具有重要的指导意义。      

含石蜡水基型有机木材保护复合制剂的性能研究

  目的  为满足不同木材败坏防治需要,拟制备出一种具有防腐、防霉、防虫和防水多种功能的水基型有机木材保护复合制剂。  方法  通过室内抑菌圈法筛选出杀菌谱互补的防腐药剂和防霉药剂,复配并筛选两者的最优复配比例;以高效氯氟氰菊酯作为防虫成分、液体石蜡作为防水成分,制备木材保护复合制剂。测试该制剂的乳化稳定性能、防水性能、室内耐腐、防霉、防白蚁等效果,评价该制剂的使用效果并确定在木材上的合适载药量。  结果  通过筛选有效成分,制得质量分数为0.20%苯醚甲环唑、0.20%碘丙炔醇丁基氨甲酸酯、0.02%高效氯氟氰菊酯和40.00%液体石蜡的木材保护复合制剂。该制剂兑水稀释250倍静置1 h未见分层、析油和沉淀;稀释5~20倍处理木材,当木材中液体石蜡含量为49.1 kg·m?3,防水效率达77.8 %;稀释20倍处理木材,木材中苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯的载药量超过71.1 g·m?3时,室内耐腐测试中质量损失率可低于1.0%,达到I级强耐腐等级;稀释5倍处理木材,木材中苯醚甲环唑和碘丙炔醇丁基氨甲酸酯单位面积含量均为0.165 g·m?2时,室内防霉测试中霉菌侵染值为0;稀释10倍处理木材,木材中高效氯氟氰菊酯载药量达14.7 g·m?3,白蚁蛀蚀完好值为9.2,质量损失率为2.6%。  结论  制备了一种可满足不同木材败坏防治需要的木材保护复合制剂,该制剂一剂多效、性能稳定,具有良好的防腐、防霉、防虫和防水效果。将该复合制剂稀释5~20倍使用,可满足大多数生物危害的防治需求。表7参21     

WMC热稳定性的初步研究

为了了解木材-蒙脱土复合材料的热稳定性,本文利用热分析方法对木材、木材-酚醛树脂复合材料、木材-蒙脱土复合材料进行了对比分析。结果发现,木材-酚醛树脂复合材料的急剧失重起始温度明显比木材低,而木材-蒙脱土复合材料的急剧失重起始温度与木材相当。但复合材料的失重率比木材明显小,残余物比率也明显高于木材。复合材料难燃烧成分增加,炭化分解困难,热稳定性高。     

硅镁凝胶强化人工林杉木的制备工艺优化及性能研究

  目的   为有效提升人工林杉木物理力学性能,以无机硅酸钠（Na₂SiO₃）溶液为浸渍改性剂,硫酸镁（MgSO₄）溶液为固化剂,采用真空–加压循环浸渍方法制备硅镁凝胶改性杉木,探究硫酸镁的添加量和不同浸渍工艺对改性杉木浸渍效果和性能的影响,并优化浸渍工艺为硅镁凝胶改性杉木的规模生产提供理论依据。   方法  通过单因素试验探讨硫酸镁和硅酸钠的摩尔比、浸渍时间、浸渍压力与负/正压时间比4个因素对杉木试件改性效果的影响,在此基础上设计L₉(34)正交试验优化浸渍工艺参数。由最佳工艺制得硅镁凝胶改性杉木与硅酸钠改性杉木,考察其质量增加率、顺纹抗压强度、硬度、吸水率、抗流失率、耐热性等性能和微观形貌表征,对比两种改性杉木之间及与未处理杉木的差异。  结果  综合单因素和正交试验结果得到:以硫酸镁和硅酸钠的摩尔比为1∶2的MgSO₄溶液和Na₂SiO₃溶液改性杉木,浸渍时间2 h、浸渍压力0.3 MPa和负/正压时间比2∶1的条件下制得的硅镁凝胶改性杉木性能最佳。对比未处理杉木,硅镁凝胶改性杉木的抗压强度、端面硬度、弦切面硬度和径切面硬度分别提升81.1%、73.1%、52.6%和37.2%,吸水率由129.3%降至73.3%。SEM结果显示硅镁凝胶改性杉木中硫酸镁成功浸入杉木管胞与硅酸钠反应并将其固化,导致其沉积物形貌不同,相比硅酸钠改性杉木其抗流失性提升了22.1%。TGA曲线中硅镁凝胶改性杉木的质量损失速率显著降低,由于无机组分的浸入,残余质量提升了27.09%。  结论  杉木经硅镁凝胶改性后,密度和强度增加,耐水性能改善,硬度、抗流失性及热稳定性显著提高,较硅酸钠改性杉木更具性能和应用方面的优势。      

铜唑防腐剂对杨木重组木防腐性能及物理力学性能的影响

  目的   探讨铜唑（CuAz）防腐剂对重组木化学组分、防腐性能和物理力学性能的影响,以提高重组木的户外耐久性。  方法   采用水溶性CuAz防腐剂对杨木纤维化单板进行常压和真空浸渍处理,以酚醛胶为胶黏剂压制防腐重组木。  结果   CuAz防腐剂能进入导管、木射线和纤维等细胞的细胞腔和细胞壁中,并与细胞壁的半纤维素和木质素发生络合反应。经过白腐采绒革盖菌Coriolus versicolor和褐腐密黏褶菌Gloeophyllum trabeum 12周侵蚀,防腐重组木的质量损失率均小于10%,达到强耐腐等级。防腐重组木的吸水率、吸水厚度膨胀率和吸水宽度膨胀率均低于未经防腐处理的重组木。同时,防腐重组木的弹性模量和水平剪切强度优于未经防腐处理的重组木,但静曲强度相比对照组有所降低。  结论   CuAz防腐剂处理重组木,可提高重组木耐腐性能,改善其物理力学性能。     

外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响

[目的]高温热处理可使木材半纤维素部分降解,改善木材的尺寸稳定性.使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度,因此有必要明确其热降解规律.[方法]采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素,通过傅里叶红外光谱仪和热重分析法研究引入外源酸条件下(两种外源酸AlCl3和H3PO4,每种外源酸的浓度分别为0.1和0.3 mol...     

柠檬酸预处理杉木压缩变形固定及性能

[目的]为提高速度材杉木利用价值,探究柠檬酸预处理和热压缩处理对杉木压缩变形的影响,从而改善其密度低、尺寸稳定性差和力学性能不佳等缺点.[方法]采用柠檬酸预处理和热压缩,通过调控柠檬酸质量分数和热压温度制备杉木压缩材,并测定压缩材的吸水回复率和吸湿回复率.采用应力松弛测试和傅里叶红外光谱探究柠檬酸预处理杉木压缩材的变形...     

竹叶/HDPE复合材料的制备及性能

  目的  探讨竹叶和高密度聚乙烯（HDPE）制备竹叶基复合材料的可行性,以提高竹叶的附加值,实现竹叶废弃物的综合利用。  方法  以经乙醇提取后的毛竹Phyllostachys edulis叶为原料,HDPE为增强基体,添加适量助剂,采用热压成型与注塑成型2种工艺制备竹叶/HDPE复合材料。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪（TGA）进行结构与性能的表征,探究不同成型工艺下不同竹叶质量分数对复合材料的性能影响。  结果  热分析结果表明:2种工艺制备的竹叶/HDPE复合材料热稳定性均随着竹叶质量分数的增加而提高。力学性能结果表明:随竹叶质量分数增加,注塑成型竹叶/HDPE复合材料拉伸强度逐渐降低,抗拉模量逐渐增大;弯曲强度先增大后减小,当竹叶质量分数为40%时,热压成型和注塑成型复合材料弯曲强度均达到最大,分别为28.72和30.20 MPa。随竹叶质量分数增加,2种工艺制备的复合材料弯曲模量逐渐增大,最大值分别为1 564.92和1 696.15 MPa;冲击强度逐渐减小。  结论  相比而言,热压成型竹叶/HDPE复合材料热力学性能更加稳定,是具有一定应用前景的、环境友好的新型材料。