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材料导报 2024年第18期38卷 277-284页

作者：王旭洁雒翠梅母军漆楚生北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083 北京林业大学材料科学与技术学院木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

热处理是一种改善木材尺寸稳定性的重要方法,同时会引起木材多尺度结构变化,进而影响热处理材的微宏观力学性能。本文从纳米、微米、毫米三个尺度总结了热处理对木材结构单元及力学性能的影响。在纳米尺度,热处理过程中木材半纤维素大... 详细信息

热处理是一种改善木材尺寸稳定性的重要方法,同时会引起木材多尺度结构变化,进而影响热处理材的微宏观力学性能。本文从纳米、微米、毫米三个尺度总结了热处理对木材结构单元及力学性能的影响。在纳米尺度,热处理过程中木材半纤维素大量降解导致其作为界面偶联剂的基质特性被破坏;纤维素的羟基与半纤维素降解产生的有机酸发生酯化反应,其分子间氢键以及与半纤维素连接的氢键大量断裂,引起分子链断裂,削弱了半纤维素与纤维素之间的结合强度;多糖解聚引起木质素相对含量变化,木质素自缩聚反应以及与多糖降解产物发生的交联反应是热处理后细胞壁基质力学性能发生变化的重要因素。在微米尺度,热处理木材细胞壁胞间层出现裂缝,各细胞间产生分离,微纤丝的定向排列规律性下降、倾角增大,沿微纤丝长度方向断裂,进而引起细胞壁力学强度明显下降。在毫米尺度,早晚材的横切面上由方形、圆形变成椭圆形,其中早材开裂较多;径切面上管胞和导管的胞壁变形开裂,随着热处理程度增加,胞壁出现垂直轴向断裂、纹孔破坏、木射线开裂等现象,射线薄壁细胞被大量破坏,进而引起木材的载荷承载能力下降。本文可以为深入研究热处理对木材各尺度结构及力学性能的影响机制提供参考。

关键词：木材热处理多尺度结构力学性能

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铺装结构及密度对玉米秸秆轻质复合板性能的影响

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北京林业大学学报 2016年第12期38卷 121-127页

作者：张丽张峰张扬漆楚生母军木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院

为充分利用玉米秸秆并制备性能优越的轻质复合材料,通过对玉米秸秆内外表面特性的分析,采用机械疏解重组其胶合结构单元,以脲醛树脂为胶黏剂,制备定向和均向2种玉米秸秆轻质复合板。本文研究了不同铺装方式和密度对板材静曲强度(MOR)、... 详细信息

为充分利用玉米秸秆并制备性能优越的轻质复合材料,通过对玉米秸秆内外表面特性的分析,采用机械疏解重组其胶合结构单元,以脲醛树脂为胶黏剂,制备定向和均向2种玉米秸秆轻质复合板。本文研究了不同铺装方式和密度对板材静曲强度(MOR)、弯曲弹性模量(MOE)、内结合强度(IB)、吸水厚度膨胀率(TS)、吸水率(WA)的影响。结果表明:定向铺装结构可以增强复合板材的MOR、MOE、IB,相同密度下定向玉米秸秆复合板(OCSB)的纵向静曲强度(MOR∥)和纵向弹性模量(MOE∥)约为均向玉米秸秆复合板(HCSB)的3倍,IB约为4~5倍。OCSB的MOR∥、MOE∥明显大于横向静曲强度(MOR)、横向弹性模量(MOE);OCSB密度为0.3 g/cm^3时,MOR∥约为MOR的3.5倍,MOE∥约为MOE的5倍。OCSB的MOR均大于HCSB的MOR(密度0.3 g/cm^3除外),OCSB的MOE均小于HCSB。OCSB和HCSB的MOR、MOE在试验范围内都随着密度的增加而增加;当OCSB密度为0.6 g/cm^3时,MOR∥为25.24 MPa,MOE∥达到4 216 MPa,其物理力学性能够满足在民用建筑中的使用。此外,OCSB的TS、WA均小于HCSB。

关键词：玉米秸秆脲醛树脂铺装结构轻质复合板物理力学性能

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预处理方法对玉米秸秆人造板性能的影响

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北京林业大学学报 2017年第9期39卷 112-118页

作者：张峰张丽漆楚生张扬母军木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院

采用HCl、NaOH、热水、羧甲基纤维素钠(CMC)及果胶对玉米秸秆进行预处理,并通过热压法制备轻质玉米秸秆人造板,研究单一预处理和复合预处理对玉米秸秆表面润湿性、表面微观形貌、热稳定性以及板材力学性能的影响。结果表明:各个单一预... 详细信息

采用HCl、NaOH、热水、羧甲基纤维素钠(CMC)及果胶对玉米秸秆进行预处理,并通过热压法制备轻质玉米秸秆人造板,研究单一预处理和复合预处理对玉米秸秆表面润湿性、表面微观形貌、热稳定性以及板材力学性能的影响。结果表明:各个单一预处理条件均能降低玉米秸秆纤维与水的接触角,预处理后玉米秸秆束外皮表层形貌由平滑变为粗糙,表层破裂脱落,表面硅元素质量分数明显下降,NaOH处理对玉米秸秆表面润湿性改善最佳。热稳定性分析表明:在热压温度150℃下,预处理玉米秸秆纤维结构稳定,无明显热分解趋势。各个预处理条件均能改善玉米秸秆人造板的力学强度,复合预处理条件不能在单一预处理的基础上进一步提高板材的力学性能。HCl、NaOH及水热预处理会减弱玉米秸秆纤维结构强度,使得秸秆纤维结构强度对人造板力学性能的影响大于界面胶合强度。水热处理后秸秆人造板力学性能改善最明显,IB值提高了700.0%,MOR值提高了112.5%,MOE值提高了87.5%。

关键词：玉米秸秆表面润湿性微观形貌热稳定性力学性能

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定组态砂带粒度对刨花板磨削的影响

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北京林业大学学报 2024年第9期46卷 141-150页

作者：罗斌杜瑶柳浩雨王钦悦李春瑜李黎刘红光北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

【目的】为探究新型定组态砂带的微磨粒粒度对木质材料磨削性能的影响,为定组态砂带的设计和制备提供依据,开展了定组态砂带磨削试验。【方法】本研究制备150目、180目、220目3种不同粒度的定组态砂带(P-150/180/220),与220目的非定组... 详细信息

【目的】为探究新型定组态砂带的微磨粒粒度对木质材料磨削性能的影响,为定组态砂带的设计和制备提供依据,开展了定组态砂带磨削试验。【方法】本研究制备150目、180目、220目3种不同粒度的定组态砂带(P-150/180/220),与220目的非定组态砂带(O-220)对照,以刨花板为磨削对象,分别开展20万次磨削试验。对比不同微磨粒粒度的定组态砂带在磨削过程中材料去除量、刨花板表面粗糙度、砂带质量的变化,以分析定组态砂带粒度对磨削性能和砂带磨损的影响。【结果】(1)定组态砂带的刨花板去除量小于非定组态砂带,但稳定性远优于非定组态砂带;定组态砂带去除量的平均值与微磨粒粒度负相关,而随着磨粒粒度增大,定组态砂带去除量更加稳定。(2)定组态砂带磨削刨花板的表面粗糙度呈先下降后稳定,小范围上下波动的变化趋势;随着磨粒粒度的增大,刨花板表面粗糙度减小且更加稳定。(3)定组态砂带质量在磨削过程呈波浪形周期性下降;P-150砂带质量损失最快,P-180砂带质量下降最稳定;定组态砂带等效磨粒与表面微磨粒间存在补偿作用和协同作用。【结论】在等效磨粒形状和尺寸相同的情况下,微磨粒粒度对定组态砂带磨削性能有显著影响,但这种差异在粒度小的微磨粒中表现更加明显。本研究为定组态砂带的设计和生产提供了科学依据和理论支撑,促进了木材加工技术和砂带制造技术向高效智能化方向发展。

关键词：刨花板表面粗糙度砂带磨削粒度定组态砂带

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预处理方法对炭化木基复合相变储能材料性能的影响

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林产化学与工业 2023年第3期43卷 70-78页

作者：凌凯莉何林韩任瑞清陈瑶高建民北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

以天然轻木(NW)为原料,采用水热预处理和酸性亚氯酸钠预处理方法分别脱除半纤维素和木质素,制得脱半纤维素轻木(HW)和脱木质素轻木(LW);再经炭化后分别得到未处理炭化木(CW)、脱木质素炭化木(CLW)和脱半纤维素炭化木(CHW);进一步封装石... 详细信息

以天然轻木(NW)为原料,采用水热预处理和酸性亚氯酸钠预处理方法分别脱除半纤维素和木质素,制得脱半纤维素轻木(HW)和脱木质素轻木(LW);再经炭化后分别得到未处理炭化木(CW)、脱木质素炭化木(CLW)和脱半纤维素炭化木(CHW);进一步封装石蜡(PW)后制得炭化木基复合相变储能材料CLWP和CHWP。采用SEM、FT-IR、XRD、TG/DTG和N 2吸附/脱附等方法,分析了化学成分脱除和炭化过程对轻木基体的影响。研究结果表明:脱半纤维素和脱木质素处理均不会破坏轻木原有的三维多孔蜂窝状结构,也不会破坏纤维素的结构,且HW的热稳定性优于LW;而经炭化处理后炭化木的体积明显变小,CHW的体积收缩率为56%,低于CLW(60%);同时CHW比表面积达到了127.2 m^(2)/g,高于CLW的102.9 m^(2)/g。CLWP和CHWP的封装效率分别为93.2%和96.1%,熔融潜热分别为187.6和193.7 J/g,石蜡很好地填充在2种炭化木的微米级孔道中,封装过程中仅发生物理结合,不存在化学反应。在模拟太阳光照下,CHWP和CLWP均能利用太阳光将自身温度加热至55℃以上,且CHWP在加热和冷却过程中温度均略高于CLWP,表明脱半纤维素预处理的炭化木所制备的复合相变储能材料具有更优的光热转换效率及温度调节能力。

关键词：石蜡半纤维素炭化木复合相变储能材料

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路易斯酸预处理对木材热降解特性的影响

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北京林业大学学报 2024年第11期46卷 133-140页

作者：王旭洁姚三川雒翠梅母军漆楚生北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)... 详细信息

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题,提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。【方法】以两种针叶材(落叶松、杉木)和两种阔叶材(桉木、杨木)为研究对象,以路易斯酸中的AlCl_(3)为外源酸,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和Flynm-Wall-Ozawa法研究了不同浓度AlCl_(3)溶液(0、0.1、0.3 mol/L)处理后木材的热降解特性。【结果】AlCl_(3)处理可对木材化学结构产生显著影响:半纤维素的特征峰显著降低并发生红移,木质素特征峰的峰值增加,总结晶度指数减少,OH/CH_(2)比值下降,以及氢键强度增加。其中,0.3 mol/L AlCl_(3)溶液处理试材的总结晶度指数减少了29.17%~52.67%,OH/CH_(2)比值降低了23.18%~51.01%,氢键强度增加了2.86%~13.27%,纤维横向有序度减少低于8%。在热解过程中,AlCl_(3)处理后木材降解温度均降低,降解速率增大,活化能降低。0.3 mol/L处理浓度下,木材起始降解温度均降低至110℃以下,且针叶材出现明显肩峰,在快速热降解阶段针叶材的活化能比阔叶材显著降低。【结论】引入AlCl_(3)能显著降低木材的热降解温度,从而有效提升木材热改性效率,且其对针叶材的催化作用相较于阔叶材更为显著。本研究可为路易斯酸在木材低温热处理领域的应用提供理论支持。

关键词：降解热处理木材热动力学热重分析催化路易斯酸针叶材阔叶材

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废弃人造板热解特性及其产物性质的研究

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北京林业大学学报 2011年第1期33卷 125-128页

作者：母军于志明张德荣金小娟北京林业大学材料科学与技术学院木材科学与工程北京市重点实验室木质材料科学与应用教育部重点实验室

为了解废弃人造板的热解特性及其产物特性,提高废弃人造板热解产物的定向应用价值,采用废弃刨花板和纤维板作为研究对象,热解终温分别为300、400、500、600℃,以100、150℃/h两个升温速度在电控炭化炉中进行低温热解处理,观测了不同终... 详细信息

为了解废弃人造板的热解特性及其产物特性,提高废弃人造板热解产物的定向应用价值,采用废弃刨花板和纤维板作为研究对象,热解终温分别为300、400、500、600℃,以100、150℃/h两个升温速度在电控炭化炉中进行低温热解处理,观测了不同终温和升温速度对废弃人造板的热解炭化过程及热解炭化产物得率的影响。从固体炭化物产物及液体冷凝物的物化性质,分析了废弃人造板低温热解产物的特性。结果表明:随热解温度升高,废弃人造板热解烟气温度出现两个峰值对应于炉内温度150、250℃;同一热解条件下,纤维板的热降解程度大于刨花板的。随热解终温升高,固体及液体产物得率降低,气体得率上升。纤维板热解液体产物呈弱碱性,而刨花板热解液体产物呈弱酸性;人造板热解固体产物均呈弱碱性。有机元素分析显示:随热解终温上升,N、H含量降低,C含量上升,纤维板固体产物的N含量高于刨花板的。

关键词：废弃人造板热解热解特性热解产物

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真空条件下木材表面水分蒸发速率模型及应用初探

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北京林业大学学报 2010年第6期32卷 105-108页

作者：何正斌李帆伊松林张璧光北京林业大学材料科学与技术学院木材科学与工程北京市重点实验室木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

对真空条件下木材表面水分蒸发速率模型进行了理论推导,并以截面为20mm×20mm,长度分别为100、150、200、250、300mm的桦木为试材,在干燥温度分别为60、75、90℃,绝对压力分别为0.02、0.04、0.06、0.07、0.08MPa的真空干燥条件下,... 详细信息

对真空条件下木材表面水分蒸发速率模型进行了理论推导,并以截面为20mm×20mm,长度分别为100、150、200、250、300mm的桦木为试材,在干燥温度分别为60、75、90℃,绝对压力分别为0.02、0.04、0.06、0.07、0.08MPa的真空干燥条件下,对试材内部水分移动速率进行研究。结果表明:木材表面水分移动速率大于内部水分移动速率,二者的比值在10～150之间变化。根据试验结果,得出了不同条件下各种规格试材的干燥速率与温度、绝对压力的关系式,并与理论推导得出的模型进行比较,得到木材表面水分蒸发速率与内部水分移动速率之比。最后根据不产生干燥缺陷的最大(极限)速比,得出木材真空干燥过程中不产生缺陷时的温度和绝对压力的关系式。

关键词：水分移动干燥速率理论推导干燥缺陷

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预处理条件对刺槐诱发变色的影响

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北京林业大学学报 2009年第2期31卷 114-118页

作者：高建民赵敏母军伊新双北京林业大学材料科学与技术学院木材科学与工程北京市重点实验室木质材料科学与应用教育部重点实验室100083

该文对刺槐在3种不同预处理条件下的诱发变色结果进行了对比,并对变色前后试样的视觉物理参数、红外光谱和气相-质谱做了分析,结果表明:①刺槐的颜色可获得均匀的深褐色;②压力汽蒸条件下,刺槐的颜色更加均匀;③羟基(—OH)等助色基团在... 详细信息

该文对刺槐在3种不同预处理条件下的诱发变色结果进行了对比,并对变色前后试样的视觉物理参数、红外光谱和气相-质谱做了分析,结果表明:①刺槐的颜色可获得均匀的深褐色;②压力汽蒸条件下,刺槐的颜色更加均匀;③羟基(—OH)等助色基团在预处理条件下氧化成羰基(—CO)、酯基(—COO—)等发色基团,使刺槐的颜色加深。

关键词：刺槐预处理条件诱发变色

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锡铋合金/肉豆蔻酸制备具有金属外壳的储能木材

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北京林业大学学报 2024年第8期46卷 25-33页

作者：韦溶军王志闯王雪纯王婷欢王振宇何正斌伊松林林木资源高效生产全国重点实验室木材科学与工程北京市重点实验室木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】利用锡铋合金对肉豆蔻酸浸渍材进行热处理,在热的驱动下将锡铋合金引入木材内部,以解决木基相变储能材料面临的液体泄漏和导热性差问题。【方法】以浸渍了肉蔻豆酸的杨木为基材,通过高低温交替热处理将锡铋合金与基材结合,制备... 详细信息

【目的】利用锡铋合金对肉豆蔻酸浸渍材进行热处理,在热的驱动下将锡铋合金引入木材内部,以解决木基相变储能材料面临的液体泄漏和导热性差问题。【方法】以浸渍了肉蔻豆酸的杨木为基材,通过高低温交替热处理将锡铋合金与基材结合,制备具有金属外壳的储能木材。利用扫描电镜、邵氏硬度计、万能力学试验机、导热系数仪、差式扫描量热仪对储能木材的微观形貌、端面硬度、顺纹抗压强度和热性能进行测试。【结果】在160~220℃热处理1~5 min下试样质量增长效果显著,力学性能与热性能随着热处理温度的上升与时间的延长而提升,顺纹抗压强度和端面硬度相较于未处理材分别提升了120.02%~149.59%、13.53%~46.93%,轴向、径向导热率分别提升了34.18%~165.67%、38.11%~80.70%。在190℃热处理5 min条件下锡铋合金的填充效果最佳,端面硬度、轴向、径向导热率达到最高值62.65 HD、0.5324和0.2987 W/(m·K)。木材内部肉豆蔻酸的留存率介于27.54%~63.68%之间,经过160℃热处理3 min后储能密度最高(59.38 J/cm3)。【结论】高低温交替热处理促使锡铋合金进入到木材的导管内,实现了不同程度的渗透。木材的三维孔隙结构与外层填充的锡铋合金解决了相变材料的液体泄漏及导热性差问题。制备的储能木材综合了木材、金属与相变材料的优势,具有更优异的端面硬度、顺纹抗压强度与热性能,有望应用于建筑墙体和储能地板等领域。

关键词：复合材料储能相变杨木肉豆蔻酸锡铋合金金属外壳

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