北美黄杉和云杉-松木-冷杉平行弦木桁架承载性能比较

【目的】对比不同腹杆角度下北美黄杉和云杉-松木-冷杉(SPF)华伦式平行弦木桁架的承载性能,探究腹杆角度和结构用材对华伦式平行弦木桁架承载性能的影响规律,为平行弦木桁架结构设计提供理论依据。【方法】以承载力和稳定性为验算指标,利用Smsolver结构力学求解器对平行弦木桁架各杆件的内力变化及其变形情况进行定量分析,得到平行弦木桁架腹杆角度的上、下临界角度和最优腹杆角度;采用ABAQUS有限元软件对3种腹杆角度的北美黄杉和SPF平行弦木桁架进行有限元模型分析与验证,获得不同基材平行弦木桁架在不同腹杆角度情况下的内力变化规律,判断其可能的破坏形式和受力机理;以SPF和北美黄杉为基材分别制作3种腹杆角度的平行弦木桁架,进行抗弯承载性能静力试验,探究平行弦木桁架的极限荷载、应力分布及主要破坏形式,并与有限元模拟结果进行对比,验证平行弦木桁架有限元模型分析的准确性和适用性。【结果】1)华伦式平行弦木桁架的最优腹杆角度为47°,下临界角度为34°,上临界角度为60°;2)北美黄杉平行弦木桁架的极限荷载范围为26.53~40.83 kN,跨中挠度范围为30.57~31.01 mm,SPF平行弦木桁架的极限荷载范围为23.48~34.16 kN,跨中挠度范围为31.85~32.05 mm;3)腹杆角度34°、47°、60°的北美黄杉和SPF平行弦木桁架极限荷载分别为26.53和23.48 kN、35.10和30.06 kN、40.83和34.16 kN,对应跨中挠度分别为31.85和31.01 mm、30.72和32.05 mm、30.57和31.97 mm;4)北美黄杉平行弦木桁架的破坏形式主要表现为靠近桁架支座处的腹杆出现裂纹以及桁架端部或荷载施加点处齿板拔出,SPF平行弦木桁架的破坏形式主要表现为桁架端部和荷载施加点处齿板拔出;5)ABAQUS有限元模拟和试验验证发现,2种平行弦木桁架跨中处弦杆轴力最大,往两边逐次递减,桁架跨中处腹杆轴力最小,往两边逐次递增,且弦杆轴力大于腹杆。【结论】北美黄杉平行弦木桁架承载性能优于SPF平行弦木桁架;平行弦木桁架的承载性能随腹杆角度增加而增加;2种平行弦木桁架的薄弱点均为桁架端部和荷载施加点处的齿板连接节点;ABAQUS有限元模型能有效反映出平行弦木桁架受力分布和整体结构变形趋势。

真空绝热板芯材的研究进展与展望

随着我国经济的迅速发展和人们对生活水平的要求越来越高,节能减排对实现“碳达峰”和“碳中和”的目标显得越来越重要。真空绝热板(vacuum insolation panels,VIP)是一种新型的高效保温隔热材料,其中,芯材作为VIP的核心和骨架结构,不仅承担着支撑作用,而且是板内热量传递的主要通道,对保证VIP的保温性能具有关键作用。基于此,本文首先重点介绍了真空绝热板在绿色建筑和冷链物流领域应用的意义,明确了目前制约真空绝热板领域发展的关键问题;随后综述了真空绝热板芯材的研究现状和进展,比对了不同种类芯材(颗粒类芯材、泡沫类芯材、纤维类芯材、生物质材料类芯材和复合类芯材)在原料来源、保温性能、生产工艺及环境保护方面的优劣,将绿色、可再生的生物质基材料用作真空绝热板芯材进行了对比探讨;最后对真空绝热板芯材未来的研究方向和发展前景进行了总结和展望。本文指出,传统以玻璃纤维、有机泡沫或者气相二氧化硅为芯材的真空绝热板,存在生产成本高、不可再生、难降解、污染环境等问题,所以通过功能化手段获得新型、绿色、低成本、具有良好微观孔隙结构和高热阻的芯材是制约真空绝热板发展的关键。生物质材料具有来源广泛、成本低廉、绿色环保、孔隙结构丰富等优点,是一种极具潜力的VIP芯材原料,也将是真空绝热板芯材的重要研究方向。因此,生物质基芯材真空绝热板未来的发展还需进一步拓宽其原料来源、改善制备方法和工艺、明确老化和使役性能、关注复合芯材的开发,不断提高VIP的性能,扩展其应用领域。

环氧树脂增强苯酚−尿素−乙二醛共缩聚树脂的粘接性能研究

为了改善乙二醛基树脂胶黏剂的胶合性能及耐水性,以环氧树脂(EPR)、苯酚(P)、尿素(U)、乙二醛(G)为原料,合成了一种新型EPR−PUG多元共缩聚树脂胶黏剂,探究树脂的基本性能、固化性能、胶合性能,以确定P/U/G摩尔比对树脂胶黏剂体系性能的影响和树脂胶黏剂的较佳合成配方。通过接触角、傅里叶变换红外光谱(FT−IR)、核磁共振碳谱(13C NMR)和X−射线光电子能谱(XPS)方法分析了共缩聚树脂胶黏剂的结构特征和合成机理。结果表明:原料的官能团之间发生了有效交联反应,分子间形成了致密的网络结构,致使树脂胶黏剂体系整体性能得以提升;在P∶U∶G摩尔比为0.1∶1.0∶1.5、反应pH为4~5、反应温度为70~80℃、反应时间3 h、EPR添加量为13%时,所制备的EPR−PUG共缩聚树脂胶黏剂制备的胶合板性能最佳,干/湿强度分别为2.48 MPa、1.33 MPa(冷水)及0.72 MPa(63℃热水),符合国标对II类胶合板的要求,且无甲醛释放。

蔗糖改性小桐子蛋白胶黏剂性能研究

为改善常温氧化法制备的小桐子蛋白胶黏剂胶合性能,选用蔗糖为改性剂,在KMnO4氧化作用下使反应体系中额外补充的蔗糖羟基转化为更多的醛类物质,与蛋白质充分交联反应制备小桐子蛋白胶黏剂。优化工艺,通过动态热机械分析法(DMA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对蛋白胶黏剂的热性能和结构进行分析。结果表明:随着蔗糖添加量的增加,小桐子蛋白胶黏剂的胶合性能呈现先增加后减小的变化趋势,且当蔗糖添加量为小桐子粉质量的20%时,以KMnO4为氧化剂,其添加量为12%、氧化时间12 min、pH值为7时,所制胶黏剂具有最优良的胶合性能,制备的胶合板干状剪切胶合强度、24 h冷水湿强度、3 h温水(63℃)湿强度分别达到1.63、0.81、0.84 MPa,符合国家标准中Ⅱ类胶合板的性能要求。

水体重金属离子吸附材料的研究进展

重金属污染对水生态环境造成了严重影响并对人类健康产生巨大伤害。吸附法因其环保、便捷、低成本等优势备受关注。综述了近年来水体重金属离子污染物吸附材料的研究进展,主要围绕碳基吸附材料(活性炭、纳米管、石墨烯)、合成/天然聚合物(纤维素、壳聚糖、海藻酸盐)及其与无机物的复合吸附材料以及金属有机骨架(MOFs)吸附材料等的种类及特征、吸附原理、吸附效果以及改性方法等方面,以期为水体重金属污染的低成本和高效治理提供理论依据。

异氰酸酯增强尿素-乙二醛树脂的结构与性能研究

为提升尿素-乙二醛树脂(UG)的耐水性能,本研究在UG树脂中添加高活性的异氰酸酯(MDI)共混制备了异氰酸酯/尿素-乙二醛(MDI-UG)木材胶黏剂。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱仪(NMR)和X射线光电子能谱(XPS)对其固化结构进行表征,通过差式扫描量热分析(DSC)、动态热机械分析(DMA)和扫描电镜(SEM)对其固化性能进行分析,以MDI-UG混合体系制备胶合板并测定其力学性能。结果表明UG树脂中含有的活泼氢基团与异氰酸酯反应形成新的氨基甲酸酯;与UG树脂相比,MDI-UG树脂的固化温度降低且热稳定性提高;采用扫描电镜下可观测到MDI-UG树脂的固化颗粒更加密集且交联支化程度明显提高;当MDI的添加量为3%且乙二醛与尿素的摩尔比为1.3:1时,所制得胶合板的热水湿状剪切强度达到0.72 MPa,表明MDI的引入显著改善了UG树脂的耐水性,而且充分发挥了UG树脂优异的环保性能和异氰酸酯的高强度特点。

我国刨花板工业技术进步回顾与展望

回顾总结我国刨花板工业发展与技术进步历程,分析当前我国刨花板工业现状和发展机遇,剖析刨花板产业发展存在的问题和面临的挑战,探讨我国刨花板产业发展趋势,旨在为我国刨花板产业技术创新和产业健康可持续发展提供思路,并为其他人造板技术改造和产业升级提供参考与借鉴。

尿素-乙二醛树脂改性大豆蛋白胶黏剂的制备及性能研究

以尿素-乙二醛(UG)树脂和大豆分离蛋白(SPI)为主要原料制备大豆蛋白胶(SUG),并对其固体含量、黏度、表面张力系数、接触角及胶合性能进行测试;利用XPS、FT-IR和^(13)C NMR对合成的SUG的结构进行表征;采用DSC及DMA对SUG的固化性能进行测定。研究结果表明:改性后大豆蛋白胶的固体含量、黏度、表面张力系数及接触角随着SPI添加量的增加而增大,其中黏度的变化最显著;合成大豆蛋白胶中主要含有C—C、C—O—C、C=O、C=N、C=O等官能团;结合^(13)C NMR及FT-IR分析结果,可以得出UG树脂与SPI二者之间产生了交联;当SPI用量为30 g,UG树脂用量为50 g时,制备的大豆蛋白基胶黏剂性能较佳且固化后储能模量较大,为4082 MPa,在160和180℃热压温度下制备的胶合板冷水24 h湿强度分别为1.23和1.48 MPa,热水3 h湿强度分别为1.05和1.22 MPa,远大于国家标准GB/T 9846—2015对II类胶合板的要求,且具备一定的耐沸水性能。

玉米淀粉-糠醛共缩聚树脂塑料的制备

以来自农林的廉价植物提取物——玉米淀粉和糠醛为原料,合成一款生物基塑料淀粉-糠醇-甲醛共缩聚塑料(SFFP)。通过电喷雾电离质谱(ESI-MS)和X射线衍射(XRD)测试,表明淀粉、糠醛和甲醛在酸性条件下进行了共缩聚反应。该生物基SFFP塑料的抗压强度与酚醛(PF)塑料相近。在300℃、氮气处理条件下的重量损失为18%,与PF塑料相比,SFFP具有较好的热降解性。此外,与PF塑料相比,SFFP具有更好的疏水性,且其可再生原材料含量高达87%,具有一定的应用价值。

杨树刨花尺寸对定向刨花板性能的影响研究

将5种不同宽度的杨木刨花按不同比例混合并制备定向刨花板(OSB),考察了不同刨花宽度组合对板材内结合强度(IB)、弹性模量(MOE)、静曲强度(MOR)的影响。结果表明:不同宽度、不同比例的刨花可显著影响OSB的制备过程和板材质量。研究揭示了刨花宽度组合对OSB性能的影响机制,对进一步提高OSB产品质量,提高资源利用率,减少人造板生产碳足迹和降低生产成本具有一定的参考意义。

原木端面裂纹检测的智能方法

原木在干燥过程中端面会出现开裂,影响原木质量。为了自动、准确、高效地检测原木的端面裂纹信息,本文提出了一种基于深度学习的原木端面裂纹定量检测方法。分别使用FCN、U-Net、U-Net++三种语义分割网络对原木端面中的裂纹区域及端面区域进行分割。通过识别不同的开裂类型,将分割出的整体裂纹划分成单独裂纹,并利用Hough变换圆检测算法检测出轮裂。通过分割出的裂纹图像和端面图像定义开裂占比、开裂区域面积、端面区域面积,通过裂纹的骨架线长度和裂纹轮廓内的最大内接圆直径描述裂纹的长度和最大宽度。最后分别对裂纹划分前和裂纹划分后进行计算并输出可视化图片。结果表明:U-Net++模型对裂纹的检测效果更优,研究结果可为原木质量评估提供数据支持。

木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的结构与性能

为消除传统人造板的甲醛释放对人体健康和环境造成的危害,将木薯淀粉(CS)降解后与丙烯酰胺(AM)接枝共聚,制备木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物(CS-AAGC)胶黏剂,并对其外观、黏度、固含量等基本性能进行测定。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振碳谱(13C NMR)及X射线光电子能谱(XPS)对其结构进行分析,采用差式扫描量热分析(DSC)及扫描电镜(SEM)分析其固化性能,探究木薯淀粉与丙烯酰胺(AM)的物质的量比对木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物胶黏剂胶合强度的影响。结果表明:合成的木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物胶黏剂外观为乳白色均一液体,随着丙烯酰胺添加量的增加,共聚物的黏度也随之增加;丙烯酰胺上的双键与淀粉中的羟基发生了反应;当n(淀粉基本单元)∶n(AM)=1∶5时,相应的木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的胶合性能相对最好,以其制备的胶合板干状剪切强度为1.46 MPa、(23±2)℃冷水浸泡24 h后的剪切强度为0.87 MPa、(63±1)℃热水浸泡3 h后的剪切强度为0.84 MPa,符合GB/T 9846—2015《普通胶合板》对Ⅱ类胶合板的要求。

刨花切削参数对杨木刨花质量的影响

为探究木材温度、飞刀刃角、底刀刃角在弦向切削和纵向切削过程中对白杨(Populus tremuloides,Michx.)大片刨花卷曲指数、抗拉强度和表面粗糙度的影响趋势,本文通过优化盘式刨片机工作参数和切削工艺提高刨花质量和木材资源利用率,并降低切削能耗。结果表明:较低木材温度导致刨花有较高的卷曲度;在32°飞刀刃角下切削的刨花卷曲度低于27°;底刀刃角的增加减小了刨花卷曲的趋势;纵向切削刨花会使刨花卷曲度和抗拉强度降低。卷曲主要是由不平衡的切削应力引起的。在切削时,刨花面临刀刃的一侧由于刀尖的深入产生拉伸应力,而在刨花的另一面产生压缩应力。这种应力差别导致了面临刀刃的刨花一侧产生裂纹,进而在刨花干燥和润湿过程中造成刨花两侧的膨胀和收缩压力的不同,从而导致刨花发生卷曲。

蓝桉叶片桉叶素生物合成机理研究

为探明蓝桉(Eucalyptus globulus Labill.)叶片桉叶素合成过程中关键酶活性与桉叶素含量的关系,以不同发育阶段的蓝桉叶片为研究对象,测定桉叶素相对含量和3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、异戊烯基焦磷酸异构酶(IPPI)、香叶基焦磷酸合酶(GPPS)、桉叶素合酶(CinS)活性,并对其进行方差分析、相关性分析、通径分析.结果表明,随着蓝桉叶片成熟度增加,桉叶素相对含量逐渐增加,HMGR、DXS、GPPS、IPPI的酶活性逐渐下降.在一个完整的年生长周期内,桉叶素相对含量在7月份显著高于其余月份,HMGR、DXS、GPPS、CinS活性在5、6月份显著高于其余月份.桉叶素相对含量与DXS、CinS活性显著正相关,与HMGR、IPPI、GPPS酶活性极显著负相关.研究结果表明,在5、6月份增强蓝桉幼嫩叶片的DXS和CinS活性,可以有效提高桉叶素积累,进而提高蓝桉桉叶油的产量和品质.

基于AI的刀具磨损对刨花质量和刨花板性能影响的评估

为推动人造板智能制造的发展,本文建立了一种基于AI计算机视觉技术的刨花尺寸与形状的检测方法,能自动识别刨花尺寸大小并区分出杆状、类矩形、类三角形和其他型4种刨花形状。在此基础上,对在不同切削时间的刨花形态变化、刨片机刀具磨损程度和工作电流进行了监测和诊断。同时,用这些刨花分组制备了相应的刨花板,并对其物理力学性能进行测试,建立了刨片机刀具磨损程度、电流消耗量、刨花形态与刨花板性能的数学关系模型,并找到刨片机优化换刀时间。结果表明:基于AI的刨花形态检测不但能够监测刀具磨损过程中刨花形态的变化,还可以有效预测刨花板的产品性能。在给定的生产条件下,刨片机开机运行2~4 h内切削出的刨花所制造的刨花板综合性能最好。

不同坡位土壤养分条件对轻木叶片解剖特征及其适应可塑性的影响

为探究不同土壤养分条件下轻木叶片的适应稳定策略,揭示轻木在生存区域生态系统中的生存策略。以2 a生轻木叶片为研究材料,分析比较不同坡位土壤养分对轻木叶片解剖结构特征的影响。结果表明:绝大多数土壤养分含量随土层深度增加而降低,并且上坡位土壤养分含量大多高于下坡位。上坡位轻木叶片大多数解剖结构指标的厚度大于下坡位,两个坡位中维管束木质部面积的变异系数和可塑性指数均最高。全钾对轻木叶片解剖结构有极显著影响(P<0.01),土壤养分特征对轻木叶片解剖结构影响的重要性表现为全钾>全氮>有机碳>水解氮>速效钾>有效磷>全磷。叶片解剖结构可塑性使得轻木在不同土壤养分条件中形成生存策略,维管束木质部面积所展现的明显可塑性,是轻木产生对土壤养分的关键适应特征。

明胶改性脲醛树脂

脲醛树脂是目前工业生产中最主要且无可替代的人造板胶黏剂,改善其胶合强度和甲醛释放量一直是研究热点。本研究以传统的“碱-酸-碱”工艺合成脲醛树脂,在合成过程的酸性阶段和冷却出料阶段分别加入明胶,对脲醛树脂进行改性。通过红外光谱、核磁共振碳谱、差式扫描量热仪等对树脂的结构和固化性能进行分析,并对胶黏剂改性前后的胶合性能、黏度、固化时间等进行测试。结果表明,不同阶段改性后的UF树脂固化温度降低、固化时间缩短,黏度和胶合强度均增加,甲醛释放量降至1.39 mg·L^(-1),达到GB/T 18580-2001中要求的E1级。

桉木刨花板VOCs的顶空固相微萃取条件优化

采用单因素试验法研究顶空固相微萃取的萃取温度、平衡时间、萃取时间和解析时间对桉木刨花板挥发性成分萃取的影响,通过响应面法分析优化其萃取条件,并对桉木刨花板挥发性成分进行气相色谱-质谱联用分析。结果表明:萃取时间和萃取温度对桉木刨花板挥发性成分的萃取具有显著影响,最佳萃取条件为温度91℃、平衡时间34 min、萃取时间24 min和解析时间2.5 min。在此条件下,验证试验结果与理论预测值的相对误差为0.62%,并从桉木刨花板中共检测出54种挥发性成分,包括烯烃类23种、醇类11种、烷烃类8种、芳香烃类5种、醛类5种、酯类和酸类各1种,为桉木刨花板挥发性成分的进一步研究提供了参考。

不同原料摩尔比对多元共缩聚树脂木材胶黏剂结构与性能的影响

以三聚氰胺(M)、苯酚(P)、尿素(U)、乙二醛(G)为原料,在弱酸性条件下合成了不同原料摩尔比的三聚氰胺–苯酚–尿素–乙二醛(MPUG)多元共缩聚树脂,对树脂的基本性能、润湿性能和胶合性能进行测试,据此优选出共缩聚树脂合成的较佳原料摩尔比;并采用傅里叶变换红外光谱、13C核磁共振波谱及X-射线光电子能谱对树脂结构进行表征。结果表明:M和P的加入能大幅提高树脂的胶合性能特别是耐水性;以原料摩尔比M∶P∶U∶G为0.2∶0.1∶1.0∶1.4的MPUG树脂制备的三层杨木胶合板胶合性能较优,其干状胶合强度、冷水24 h湿强度和63℃热水3 h湿强度分别为1.62、0.75、0.43 MPa,且无甲醛释放,可在干燥状态下直接室内使用。

生物质发泡材料研究进展

我国农林生物质资源丰富,但利用率低,造成了极大地浪费。随着石化资源日渐枯竭,生物质材料越加成为人们关注的对象,各种生物质替代品被逐步发掘研究,越来越多的绿色环保泡沫材料因其质轻、性优而被广泛使用。主要介绍了以生物质材料(淀粉、木质素、纤维素、植物油、单宁)代替不可再生的石油资源制备发泡材料,总结了各类泡沫的主要发泡机理、研究进展和潜在应用领域。