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《林业科学》2017,(8)
【目的】考察木材主要化学成分对其在动态条件下水分吸着行为的影响,以获得动态条件下化学成分之间相互作用的信息,为解析木材的吸着和变形行为提供理论依据。【方法】以40~60目的杨木木粉为研究对象,对试材分别进行脱抽提物、脱半纤维素及脱matrix(木质素和半纤维素)处理,并采用X射线衍射(XRD)检测脱化学成分处理对试材的影响。将未处理材和各化学处理材分别置于温度为25℃、相对湿度在45%~75%之间正弦变化(周期1 h、6 h和24 h)的环境中,测量试材含水率变化情况,并利用傅里叶法对相对湿度及各试材的含水率变化进行拟合分析。【结果】1)XRD测试表明,化学处理材纤维素结晶区常用衍射峰的位置没有发生变化,脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的结晶度分别为36.4%、41.3%和48.5%;2)在动态条件下,傅里叶法对不同周期下的相对湿度及各化学处理试材的含水率变化均获得了良好的拟合效果;3)各试材的动态等温吸附曲线由多个连续的椭圆形相互叠加而成,可以明显地观察到吸湿滞后现象,滞后率在0.881~0.955范围内;4)当相对湿度循环周期足够长时,未处理材、脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的水分吸着系数分别是0.090 8、0.094 8、0.089 2和0.087 4,仅为静态条件下水分吸着系数的1/2左右。【结论】1)在化学处理过程中,木材的半纤维素被脱除,而纤维素的结晶结构没有受到破坏;2)随着相对湿度的正弦变化,各处理材的含水率也呈正弦变化,在相位上滞后于相对湿度的变化,且随着时间的延长逐渐趋于稳态;3)随着周期的延长,试材的振幅和水分吸着系数均有所增加,相位滞后有所下降;4)将各化学处理材进行比较,对于任一周期下,脱抽提物材的振幅和水分吸着系数最大,其次分别是未处理材、脱半纤维素材和脱matrix材。 相似文献
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《林业科学》2016,(8)
【目的】研究木材黏弹行为在水分吸着过程中的经时变化,明确水分对木材黏弹行为频率依存性的影响,补充和完善"水分-机械力"耦合作用下木材黏弹行为的变化规律,并为模拟和预测木材在切削、热压、磨浆等实际复杂过程中黏弹行为的变化提供科学依据。【方法】以含水率0.6%的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(DMA Q800)在30℃、不同相对湿度条件(30%,60%和90%)下测定木材贮存模量E'和损耗因子tanδ的变化情况,比较不同频率(1~50 Hz)之间木材黏弹行为的异同。水分吸着过程分为升湿和恒湿2个阶段:在升湿阶段,相对湿度由0以2%·min-1的速率分别升高至30%,60%或90%;在之后的恒湿阶段,相对湿度在30%,60%或90%下分别恒定240 min。【结果】在任一频率下,随着吸着时间的延长,木材贮存模量E'减小,损耗因子tanδ增大,并且贮存模量的变化率|ΔE'|明显小于损耗因子的变化率|Δtanδ|;单位含水率的贮存模量和损耗因子变化率(|ΔE'/ΔMC|和|Δtanδ/ΔMC|)随着吸着时间的延长均减小。此外,在水分吸着过程中的任一时间节点处,贮存模量随频率的增加而增大,损耗因子随频率的增加先减小后增大,损耗因子极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内,并随着吸着时间的延长向高频方向移动;在1 Hz和20 Hz频率下贮存模量的比值约为0.98,该比值基本不随吸着时间的延长而变化,但损耗因子的比值在升湿和恒湿过程中先增大后减小,并在升湿阶段结束时达到最大值。【结论】在水分吸着过程中,水分子的"塑化效应"是引起木材贮存模量减小和损耗因子增大的主要原因,并且单分子层吸着水的"塑化效应"最为明显;机械吸湿蠕变效应的存在使得升湿阶段木材黏弹性的变化较恒湿阶段明显;在水分吸着过程中,随着含水率增加,木材细胞壁聚合物分子的运动速度加快,松弛时间减少,并且α力学松弛过程(由半纤维素玻璃化转变引起)和β力学松弛过程(基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基的回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成)的转变向高频方向移动;在水分吸着过程中,含水率的变化可引发木材细胞壁的不稳定化现象,并且相对湿度的变化加剧了这种不稳定化。 相似文献
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为了筛选出适合新西兰辐射松的等温吸湿解吸模型,以新西兰辐射松板材为研究对象,经热处理温度为160,170,180,190,200和210℃,处理时间为2.0 h的热处理后,通过动态水分吸附仪研究热处理材的平衡含水率与热处理温度的关系,同时选用PEK模型及6种吸湿解吸等温线模型对平衡含水率数据进行非线性拟合并对其拟合效果进行评价,以确定最佳拟合模型及其参数。结果表明:在相同湿度条件下,热处理材平衡含水率最高为15.102%,低于对照材16.323%,相同处理温度的木材在相同湿度下,吸湿平衡含水率小于解吸平衡含水率;不同处理温度的木材吸湿解吸平衡含水率随热处理温度的升高而逐渐降低。PEK模型可以预测木材在吸湿和解吸过程中的含水率,其拟合度R~2在0.99以上。在6种吸湿解吸等温线模型中,GAB模型为最优拟合模型,可以预测不同环境湿度下木材的平衡含水率,其拟合度R~2在0.99以上。 相似文献
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《林业科学》2021,57(5)
【目的】实时、同步测量楸木生长轮、早/晚材的水分吸着等温线和湿胀应变量,从生长轮尺度上揭示早/晚材的径、弦向湿胀行为规律及其相互作用机制。【方法】以楸木心材同一生长轮内的独立早材、独立晚材、生长轮内早材、生长轮内晚材及生长轮为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用白光显微镜成像技术,在(25±0.1)℃条件下,相对湿度以10%为梯度从0%升至90%,每个相对湿度梯度分为水分吸着阶段和平衡含水率恒定阶段:在水分吸着阶段,同步测量水分吸着等温线和径、弦向湿胀应变量;在平衡含水率恒定阶段,考察"湿胀行为"与"平衡含水率"之间是否存在滞后现象。【结果】1)在0～90%范围内任一相对湿度水平,晚材的平衡含水率均大于早材,且二者之间的差值随相对湿度升高呈先增大后减小的趋势,晚材试样的重现性优于早材试样; 2)在径向湿胀方面,无论独立试样亦或生长轮试样的内部组织,晚材的湿胀应变量均大于早材,生长轮的湿胀应变量介于二者之间,且早材与晚材之间径向湿胀应变量的差值随相对湿度增加而增大; 3)在弦向湿胀方面,独立早材的湿胀应变量最小,生长轮内早材表现出与生长轮内晚材、独立晚材和生长轮相似的情况; 4)生长轮、生长轮内晚材和独立晚材的径、弦向差异湿胀均约为1.30;当相对湿度大于40%时,生长轮内早材和独立早材的径、弦向差异湿胀呈明显增大趋势,其中独立早材增大至1.83,生长轮内早材增大至2.28; 5)在平衡含水率恒定阶段,生长轮、早材和晚材的径、弦向湿胀应变量与水分吸着阶段相比低4个数量级。【结论】在水分吸着阶段任一相对湿度水平,楸木早材的平衡含水率均小于晚材;楸木生长轮的径向湿胀行为取决于早材和晚材发生共同湿胀的净效果,晚材的湿胀行为占主导;楸木生长轮的弦向湿胀行为主要取决于晚材;早材表现出比晚材更高的径、弦向差异湿胀。生长轮、早材和晚材均可视为同步达到"含水率平衡态"和"径、弦向湿胀应变平衡态",即"湿胀行为"与"平衡含水率"之间不存在滞后现象。 相似文献
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木材是一种有机复合材料,具有吸湿性质,其吸收或排除水分的能力决定于周围大气的温,湿度。木材长时间暴露在一定温度与一定相对湿度的空气中,其含水率会达到一种动态平衡,即蒸发水分和吸收水分的速度相等,这时木材的含水率称为平衡含水率。由于各地区的气候不同,因而各地区的木材平衡含水率亦有差异。木材由高湿度达到平衡,比由低湿度所达到的平衡,其含水率较高,此现象称为滞后现象。利用吸收滞后的现象将木材含水率干 相似文献
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参考芬兰Thermo-Wood~?工艺规程,对落叶松板材分别在160、180和200℃常压过热蒸汽环境下进行高温热改性处理;随后对经过热改性后的板材及常规室干对照板材分别进行了天然植物油涂饰处理,分别使用商品化木蜡油(底油和面油)、自制木油(预聚合大豆油)。在人工模拟高湿环境下测试各类植物油涂饰后的木材相对吸湿率、平衡含水率及橫纹相对变形率等各项技术指标。结果表明,热改性木材经植物油表面涂饰处理后,天然植物油蜡成分有效地浸入木材细胞壁组织,木材表层组织对环境湿度变化的敏感性降低。三种涂饰处理方法中,涂饰商品化木蜡油底油、木蜡油面油的方案最为有效,其木材横纹相对变形率均较未涂饰木材显著降低;随着热改性温度的升高,各类涂饰试件的平衡含水率、相对吸湿率呈现总体下降趋势,加热温度对各类试件的平衡含水率、相对吸湿率存在显著影响。 相似文献
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《林业科学》2017,(8)
【目的】研究木材黏弹行为在水分解吸过程中的经时变化规律及其频率依存性,明确细胞壁不稳定化现象对木材松弛转变行为的影响机制。【方法】以含水率为22.2%(对应的温度和相对湿度为30℃和85%)的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(DMA Q800)测定水分解吸过程中木材贮存模量E'和损耗模量E″的经时变化,并比较不同频率(1~50 Hz)之间黏弹行为变化的异同。在水分解吸过程中,共设置3个相对湿度水平(0%、30%和60%),任一相对湿度水平下的水分解吸过程分为降湿和恒湿2个阶段:在降湿阶段,相对湿度由85%以2%·min~(-1)分别降低至0%、30%或60%;在恒湿阶段,相对湿度在0%、30%或60%下恒定120 min。此外,选取6个平衡含水率水平(0.6%、3.2%、7.4%、13.1%、17.9%和22.2%)研究水分平衡状态下木材黏弹行为在不同频率之间的差异。【结果】在所有频率下,随着解吸时间延长,木材贮存模量增加,损耗模量减小。以1 Hz频率为例,选取降湿阶段和恒湿阶段结束为时间节点,贮存模量和损耗模量变化率(|ΔE'|和|ΔE″|)及其与含水率变化率的比值(|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|)随解吸时间的变化为:在降湿阶段结束时,|ΔE'|基本等于或大于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|基本等于或大于|ΔE″/ΔMC|;但在恒湿阶段结束时,|ΔE'|小于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|小于|ΔE″/ΔMC|。在降湿和恒湿阶段,|ΔE'|、|ΔE″|、|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|均随相对湿度水平的减小而增大。在解吸过程中,贮存模量随频率的增加而增大,损耗模量随频率的增加先减小后增大;损耗模量极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内。特征频率随着解吸时间的延长向低频方向移动。在含水率相同时,解吸过程对应的理论特征频率要较水分平衡状态的高。在解吸过程中,木材黏弹行为的变化在不同频率间有所差异。以损耗模量在1 Hz和20 Hz频率下的比值(E″1Hz/E″20Hz)为例,随着解吸时间的延长,E″1Hz/E″20Hz先增大后减小;在解吸过程的任一时间节点处,E″1Hz/E″20Hz在相对湿度为0%时最大,60%时最小。根据E″1Hz/E″20Hz的变化量计算细胞壁不稳定化程度的残余率,对应于相对湿度0%、30%和60%,残余率分别为2.22%、0.48%和0.37%。【结论】随着解吸时间的延长,木材刚度增加,阻尼减小;刚度的变化主要与"分子间氢键重建"效应有关,而阻尼的变化则是"分子间氢键重建"效应和"自由体积"效应的叠加作用。随着解吸时间延长,吸着水分子和"吸着水-聚合物分子链"复合基团的取向运动难度增大,表现为α力学松弛过程(由半纤维素玻璃化转变引起)和β力学松弛过程(基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成)的转变向低频方向移动,但细胞壁不稳定化的存在使得聚合物分子链的取向运动难度减小。随着解吸时间延长,细胞壁的不稳定化程度逐渐减弱;根据损耗模量在1 Hz和20 Hz频率下的比值可以预测达到新的平衡含水率时细胞壁不稳定化程度的残余率。此外,理论残余不稳定化程度随着相对湿度水平的降低而增大。 相似文献
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为实现木材及木基材料吸湿尺寸稳定性横向比较,规范其检测方法,依据现有相关检测标准,借鉴日本工业木材吸湿尺寸稳定性检测方法,结合木质材料特性以及我国的具体情况,提出一种木材及木基材料吸湿尺寸稳定性的检测方法,即以温度20℃、相对湿度65%条件下的材料尺寸为基准,测定在温度40℃、相对湿度为75%和90%的两种吸湿环境条件下的材料尺寸变化。通过该方法对柚木、印茄木、朴木3种不同尺寸的木材和对多层材料、高密度纤维板、普通刨花板3种木基材料的吸湿尺寸稳定性进行测定,以评价该方法的适用性和可行性。结果表明:木材与木基材料试样不超过12 d即可达到吸湿平衡,不同材料尺寸变化率、湿胀系数的大小关系也与实际情况一致。因此木材与木基材料试样均适于用该方法。 相似文献