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林业工程学报 2023年第2期8卷 52-58页

作者：彭辉蒋佳荔詹天翼吕建雄南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091

探究了动态热机械分析仪(DMA)测试自由缩胀应变的可行性,揭示了影响木材干缩湿胀应变的主要因子。对比干燥器调湿法和DMA测试法获得的一系列平衡含水率下的全干材(0.6%含水率)湿胀应变量,验证DMA测试干缩湿胀的可行性,从而进一步利用DM... 详细信息

探究了动态热机械分析仪(DMA)测试自由缩胀应变的可行性,揭示了影响木材干缩湿胀应变的主要因子。对比干燥器调湿法和DMA测试法获得的一系列平衡含水率下的全干材(0.6%含水率)湿胀应变量,验证DMA测试干缩湿胀的可行性,从而进一步利用DMA分别测试全干材吸湿、湿材解吸和全干材吸湿-解吸循环过程的干缩湿胀形变。结果表明:干燥器调湿法和DMA测试法测得的应变量数据非常相近,但由于干燥器调湿法人工测量过程中存在误差,使得其数据变异性高于DMA测试法。同一含水率下,水分平衡态和非平衡态下的干缩或湿胀应变量近乎相等。对于水分非平衡态(吸着/解吸过程),不同相对湿度水平下的湿胀/干缩应变量-含水率曲线几乎重合。在水分吸着-解吸循环过程中,湿胀-干缩应变量交替出现的峰值和谷值时间节点滞后于湿度变化,随着循环次数的增加,滞后时间有所缩短。因此,DMA作为干缩湿胀应变量测试的方法是可行的,可以实现水分变化过程中干缩湿胀应变量的实时、快速和准确测量。干缩或湿胀应变量与水分平衡态和非平衡态无关。不同湿度水平下,含水率与干缩/湿胀应变量曲线重合,表明干缩/湿胀变形主要受含水率影响,与湿度水平无关;但相比吸着过程,解吸过程较低的应变量揭示了木材干缩湿胀与水分子吸着状态有关。

关键词：动态热机械分析仪干缩湿胀吸着解吸

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木材干燥应力研究现状与趋势

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林业科学 2021年第9期57卷 160-167页

作者：付宗营蔡英春周永东中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

木材干燥应力相关研究是木材科学的重要组成部分,对木材实际加工过程具有重要指导作用,也是制定和优化干燥工艺的依据。本文从木材干燥应力研究的主要试验手段和模型方法2方面入手,对比分析各种方法的优势和不足,系统总结干燥应力研究现... 详细信息

木材干燥应力相关研究是木材科学的重要组成部分,对木材实际加工过程具有重要指导作用,也是制定和优化干燥工艺的依据。本文从木材干燥应力研究的主要试验手段和模型方法2方面入手,对比分析各种方法的优势和不足,系统总结干燥应力研究现状,以期为木材干燥应力相关研究提供借鉴,推动干燥应力研究向更深层次发展,为木材高质量干燥奠定基础。试验研究方面,传统的叉齿法和切片法依旧是木材干燥应力、应变检测的常规试验方法,数字图像、近红外光谱等现代化技术手段为干燥应力、应变研究提供了新的契机,但至今仍没有一种方法具备绝对的检测精度和实际推广应用条件。模型研究方面,木材流变学理论模型日趋完善成熟,对干燥应力的模拟进入一个瓶颈阶段。随着计算机技术的不断发展以及数值分析软件的逐渐强大,有限元法被用于木材干燥应力的模拟研究,该方法在处理木材这种各向异性材料方面具有一定优势,目前处于快速发展阶段。根据现阶段木材干燥应力研究现状,试验手段和模型方法对于干燥应力研究均具有不可替代的作用,二者结合是全面研究干燥应力的关键,试验探寻能够快速、精准、连续检测木材干燥应力的新装置或新技术依然是未来的研究重点。有限元法是木材干燥应力模型研究最具潜力的数值分析方法,未来适用性广泛的模型构建要立足于木材自身的多尺度、多层级结构特征,利用先进仪器设备获取精准的模型参数,并将所建模型纳入干燥设备控制系统,指导和服务于实际生产。

关键词：木材干燥干燥应力测试方法模型预测

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基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

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林业科学 2020年第6期56卷 76-82页

作者：付宗营蔡英春高鑫周凡江京辉周永东中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于... 详细信息

【目的】研究常规干燥过程中干燥基准、预处理条件、含水率对木材干燥应力的影响,探讨干燥应力沿髓心至树皮方向的分布情况,以实现干燥应变的模拟预测。【方法】整合分析采用图像解析法测算得到的弹性应变和机械吸附蠕变相关数据,基于人工神经网络模型,以干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对弹性应变进行模拟预测,以预处理温度、干燥温度、含水率、相对湿度、距髓心距离为输入变量对机械吸附蠕变进行模拟预测。通过网络训练和验证,得到合理的人工神经网络预测模型,并对模型进行测试,探讨分析所建立模型的预测能力。【结果】弹性应变预测模型中,各数据集均呈现出较好的相关性,训练集、验证集和测试集的相关系数(R)分别为0.988、0.983和0.978,所有数据集的决定系数(R2)均高于0.95,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.21×10-6。机械吸附蠕变预测模型中,利用含水率为28%和12%的数据集进行模型训练和验证,训练集和验证集的相关系数(R)分别为0.981、0.977,验证集达到最优时的均方差(MSE)为1.26×10-6;利用含水率20%的数据集进行模型测试,测试集的相关系数(R)为0.969,所有数据集的决定系数(R2)均高于0.94,网络模型能够解释94%以上的试验数据,表现出较好的预测能力。【结论】所建立模型的预测值和试验值吻合较好,预测成功率较高,能够为人工神经网络在干燥应力、应变方面的应用提供可行性依据。

关键词：人工神经网络弹性应变机械吸附蠕变模拟预测

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激光技术在木材加工中的应用与发展

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西北林学院学报 2021年第5期36卷 202-206页

作者：彭晓瑞张玲张占宽中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室北京100091 中国科学院半导体研究所中国科学院半导体材料科学重点实验室北京100083

激光加工工具有速度快、材料变形小、精度高等优点,近年来在木材加工领域得到广泛应用。本研究指出了木材加工中激光技术的优势和重要性,介绍了现阶段激光技术在木材加工中的应用方式,重点探讨了几种激光器的性能特点及在木材加工中的... 详细信息

激光加工工具有速度快、材料变形小、精度高等优点,近年来在木材加工领域得到广泛应用。本研究指出了木材加工中激光技术的优势和重要性,介绍了现阶段激光技术在木材加工中的应用方式,重点探讨了几种激光器的性能特点及在木材加工中的加工条件,最后论述了新型木材激光加工技术的发展动向与趋势。

关键词：激光技术木材加工应用发展

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3,6,6-三甲基-2,4-环庚二烯酮的制备

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精细化工 2019年第8期36卷 1715-1721页

作者：王婧曾小静董欢欢徐士超蒋建新赵振东中国林业科学研究院林产化学工业研究所生物质化学利用国家工程实验室国家林业局林产化学工程重点开放性实验室江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏南京210042 中国林业科学研究院林业新技术研究所北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

将CrO3通过浸渍法负载于中性Al2O3上,制备得到CrO3-Al2O3,利用其催化3-蒈烯的氧化反应。反应主要生成3种α,β-不饱和酮。考察了催化剂用量、温度、时间以及氧气流量对氧化反应的影响,得到最佳氧化工艺为:CrO3-Al2O3用量为3-蒈烯质量的3... 详细信息

将CrO3通过浸渍法负载于中性Al2O3上,制备得到CrO3-Al2O3,利用其催化3-蒈烯的氧化反应。反应主要生成3种α,β-不饱和酮。考察了催化剂用量、温度、时间以及氧气流量对氧化反应的影响,得到最佳氧化工艺为:CrO3-Al2O3用量为3-蒈烯质量的3%、温度25℃、时间10 h以及氧气流量25 mL/min,对应原料转化率58.72%,α,β-不饱和酮类化合物总选择性86.07%(3-蒈烯-2-酮19.83%、2-蒈烯-4-酮4.61%、3-蒈烯-5-酮61.63%)。在减压精馏分离氧化产物过程中,3-蒈烯-5-酮极易异构转化为3,6,6-三甲基-2,4-环庚二烯酮,一步实现了该产物的制备与提纯,但是3-蒈烯-2-酮和2-蒈烯-4-酮不发生类似异构。结果证明,减压是异构发生的必要条件,压力越小,反应越容易进行且效果越好。0.5 kPa压力下,120℃反应4 h,3-蒈烯-5-酮转化率99.62%,3,6,6-三甲基-2,4-环庚二烯酮选择性98.15%,表明压力达到0.5 kPa即可满足反应要求。

关键词： 3-蒈烯 3,6,6-三甲基-2,4-环庚二烯酮 CrO3 烯丙位氧化 3-蒈烯-5-酮精细化工中间体

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预热温度对层状压缩木材力学性能的影响

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浙江农林大学学报 2018年第5期35卷 935-941页

作者：李任黄荣凤常建民高志强伍艳梅中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

不同预热温度下形成的层状压缩木材,因压缩层位置差异形成的不同结构及预热温度本身的变化均会引起力学性能变化。以毛白杨Populus tomentosa弦向板为材料,采用水热控制方法,通过改变预热温度获得了压缩层位于表层至中心层的不同结构的... 详细信息

不同预热温度下形成的层状压缩木材,因压缩层位置差异形成的不同结构及预热温度本身的变化均会引起力学性能变化。以毛白杨Populus tomentosa弦向板为材料,采用水热控制方法,通过改变预热温度获得了压缩层位于表层至中心层的不同结构的层状压缩木材。对其表面硬度、木材硬度、抗弯弹性模量与抗弯强度进行对比研究。结果表明:(1)随着预热温度的升高,木材表面硬度显著升高(P<0.01),较对照的增加率为3.9%~57.2%,而木材硬度则极显著降低(P<0.001),较对照的增加率为8.6%~38.5%。这个结果与压缩层随着预热温度升高,逐渐由表层向中心层移动形成的表层下0.32和2.82 mm厚度范围内木材的平均密度变化以及高温的作用密切相关。(2)随着预热温度的升高,弦向弯曲弹性模量逐渐增大,径向弯曲弹性模量逐渐减小;抗弯强度先增大, 150℃后逐渐减小;但抗弯性能无显著差异(P>0.05)。不同预热温度下形成的层状压缩木材的力学性主要受其结构的影响,其次是温度的影响。控制压缩层的位置出现于木材表层,同时提高压缩层的密度,可获得力学性能更好的层状压缩木材。

关键词：木材学层状压缩木材预热温度木材表面硬度木材硬度抗弯弹性模量抗弯强度

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1,8-对孟烷二胺高效制备工艺

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林产化学与工业 2018年第6期38卷 59-66页

作者：王婧徐士超曾小静董欢欢蒋建新赵振东中国林业科学研究院林产化学工业研究所生物质化学利用国家工程实验室国家林业局林产化学工程重点开放性实验室江苏省生物质能源与材料重点实验室江苏南京210042 中国林业科学研究院林业新技术研究所北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

在密封反应釜中,以1,8-对孟烷二乙酰胺为原料,正丁醇为溶剂,经氢氧化钠催化水解制备得到1,8-对孟烷二胺。当原料为0.1 mol,正丁醇用量为150 m L,原料与氢氧化钠物质的量之比为1∶5,反应温度175℃,体系自发升压至0.35～0.4 MPa,反应时间1... 详细信息

在密封反应釜中,以1,8-对孟烷二乙酰胺为原料,正丁醇为溶剂,经氢氧化钠催化水解制备得到1,8-对孟烷二胺。当原料为0.1 mol,正丁醇用量为150 m L,原料与氢氧化钠物质的量之比为1∶5,反应温度175℃,体系自发升压至0.35～0.4 MPa,反应时间18 h时,原料转化率为100%,产物选择性大于96%,产物GC含量可达96.47%。与常压工艺相比,密封工艺的反应时间缩短了50%,产物选择性提高了20个百分点;并且当投料量扩大到10倍时,仍保持良好的反应效果,还可适当减少溶剂的添加比例。采用减压蒸馏对密封工艺产品进行分离提纯,减压精馏对常压工艺产品进行分离提纯,结果发现:蒸馏方法使产品提纯用时减少了7/8,溶剂回收率提高了5.3个百分点,且可多次重复利用,产品得率提高了55.7个百分点,产品得率可达85.6%,纯度为96.51%。

关键词： 1,8-对孟烷二胺 1,8-对孟烷二乙酰胺碱催化密封水解

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竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展

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世界林业研究 2018年第5期31卷 39-43页

作者：黄成建赵荣军任海青钟永陈玉和常建民国家林业局竹子研究开发中心杭州310012 浙江省竹子高效加工重点实验室杭州310012 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

现代竹结构建筑尚无相关的设计规范，对其主要承载构件的基础研究和设计参考依据研究显得尤为重要。文中简要综述了近年来国内外竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展，从3个角度阐述了竹材在竹质复合工程材料中所起的作用，并对竹质... 详细信息

现代竹结构建筑尚无相关的设计规范，对其主要承载构件的基础研究和设计参考依据研究显得尤为重要。文中简要综述了近年来国内外竹质复合工程材料受弯构件试验研究进展，从3个角度阐述了竹材在竹质复合工程材料中所起的作用，并对竹质复合工程材料的研究应用提出了展望。

关键词：竹层积材竹基纤维复合材料受弯构件

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动态力学分析技术在木材科学研究领域的应用

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林业工程学报 2018年第5期3卷 1-11页

作者：吕建雄彭辉曹金珍蒋佳荔赵荣军高玉磊中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091 “木竹资源高效利用”湖南省高校2011协同创新中心中南林业科技大学长沙410004 北京林业大学材料科学与技术学院北京100091

动态力学分析技术(DMA)通过材料的结构和分子运动状态表征材料的力学性能。木质材料的力学性能本质上是分子运动状态的反映,利用DMA可以架构其结构与性能之间的关系,获得木质材料的结构、分子运动及其转变等重要信息。分别总结了DMA在... 详细信息

动态力学分析技术(DMA)通过材料的结构和分子运动状态表征材料的力学性能。木质材料的力学性能本质上是分子运动状态的反映,利用DMA可以架构其结构与性能之间的关系,获得木质材料的结构、分子运动及其转变等重要信息。分别总结了DMA在实体木材和木质复合材料中的应用:围绕实体木材,综合评述了DMA在分析木材材性、软化行为、机械吸湿效应以及早期腐朽程度方面所取得的研究进展;针对木质复合材料,重点介绍了DMA在分析其阻尼性能、胶合性能、界面相容性能和耐老化性能等方面的应用。建议今后的研究重点从以下3个方面展开:1)考虑到实体木材自身组织结构的复杂性以及易受环境影响等特点,采用DMA分析仪不同的载荷类型和形变模式进行组合测试,在一定温湿度场中系统研究实体木材的材性与软化行为和机械吸湿效应的关系。2)利用DMA分析仪的单纤维拉伸模式,探索单根纤维(管胞、木纤维细胞)的黏弹行为,进一步明晰木质材料微观黏弹性能的响应机制。3)联用振动光谱(红外光谱或拉曼光谱),实现同步实时观察木质材料形变过程中组成分子的化学键或官能团的变化及响应,进而从分子水平揭示木质材料的形变规律。

关键词：动态力学分析技术实体木材木质复合材料木材科学

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水分解吸过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性

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林业科学 2017年第8期53卷 155-162页

作者：詹天翼吕建雄张海洋蒋佳荔彭辉常建民南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【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(... 详细信息

【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。

关键词：杉木解吸黏弹行为频率依存性细胞壁不稳定化

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