树木生长应力形成机理

作为一种自然资源,树木具有重要的环境、社会和经济价值。树木生长成熟过程中,细胞间及细胞壁各层相互作用会产生生长应力,生长应力是木材组织正常发育的结果,是树干和树枝维持其垂直生长或特定角度生长的重要动力。此外,树木在抵御自身重力或光照、风雪、地势等环境刺激时,会形成具有更高水平生长应力的应力组织——应力木,从而达到调整或维持生长形态的目的。树木中的生长应力是影响木材成材和加工质量的重要力学问题,且生长应力水平与细胞结构、化学组分密切相关,开展树木生长应力研究、厘清树木生长应力分布和形成机理,对树木的定向培育、生物学结构与功能研究、木材加工与利用以及仿生新材料的开发具有重要意义。已有研究通过树木生长应力水平测试,结合其解剖结构、基因、化学组分、激素分布、力学材性等方面特征,对树木生长应力形成机理进行了深入分析,探索生长应力的产生来源;但由于生物材料结构复杂、变异性大,且研究者对生长应力形成机理的认识也在不断更新,树木生长应力形成机理尚未达成共识。本研究简述树木生长应力的生物力学作用及常用表征方法,综述主流的树木生长应力形成理论,对生长应力形成机理的一般性假说和特殊应力组织(应拉木和应压木)的生长应力形成假说进行重点分类阐述,并对各假说存在的争议性问题进行分析,以期全面认识树木生长应力,并为推动其进一步研究、为树木细胞结构和性质变异研究以及木材精细化利用提供参考,为探寻有效的降低树木生长应力的措施提供基础,为人工林的生物改良和栽培提供理论和实践支持。

竹造纸污泥润湿性和结晶度的研究

选取竹造纸污泥纤维为研究对象,采用Sigma700高性能表面张力/接触角仪和X射线衍射仪,测定竹污泥纤维与水的接触角和相对结晶度。结果表明:1)与木质纤维材料相比,竹污泥纤维与水的接触角较小,表明这类材料具有较好的浸润性;2)与原竹纤维相比,竹污泥纤维的相对结晶度较大,说明竹污泥中的纤维仍然具有较高的强度。

竹造纸污泥纤维的特性分析

选取竹造纸污泥纤维为研究对象,对其化学成分、纤维形态、红外特征和润湿性能进行了研究分析。结果表明:污泥纤维形态完好,红外特征峰明显,具有良好的润湿性,具有很好的可再利用性。

圆竹标准材产业化发展路径

随着竹材应用领域的不断扩大,市场对圆竹材的需求逐年增加,然而较落后的竹材加工方式已成为制约竹材规模化、工业化利用的瓶颈,产业化发展圆竹标准材迫在眉睫。文章在结合中国竹资源分布特点和对圆竹材产业调研的基础上,系统分析了圆竹标准材制备、仓储体系构建、模块化构件加工及工程应用等环节的发展现状。文章认为,目前不完备的圆竹标准材生产和加工体系,制约了其产业链中上游资源的高效利用和下游产品的开发应用,应依据中国竹种的分布特点,规划实施圆竹材储备工程,建立圆竹标准材工业收储体系,推广圆竹标准材模块化应用,以加快圆竹标准材产业化发展。

两种样地西南桦人工林木材纤维形态及变异规律

从样地一和样地二分别选取9年生西南桦(Betula alnoides)人工林木材各3株。沿样木南北取向及树高方向分别对其纤维长度、纤维宽度、纤维壁厚、纤维腔径、纤维长宽比及壁腔比等纤维形态特征值进行系统的测定和分析。结果表明西南桦人工林木材纤维长度较长且分布范围广,纤维长宽比大,纤维壁腔比小于1,说明西南桦人工林木材适合纸浆造纸;在相同样地内,西南桦人工林木材纤维长度、纤维宽度、双壁厚径向变异规律相似,即髓心处较小,沿髓心向外先逐渐增大,波动后趋于稳定;不同样地条件下,样地二西南桦人工林木材纤维长度均值小于样地一,而纤维宽度、腔径、双壁厚、长宽比和壁腔比等均值较样地一大。两样地各纤维形态特征值径向变异、轴向变异规律相差不大。不同样地各纤维形态特征值均值的t检验结果表明,西南桦人工林木材纤维长度、纤维宽度、纤维腔径在0.05水平上差异显著,而纤维壁厚、长宽比和壁腔比差异不显著,说明不同营林措施对人工林木材材性有一定影响。研究结果对西南桦人工林材质改良和定向培育以及其人工林成熟材的使用等具有一定的参考。

SPF胶合木植筋抗拔性能研究

采用"拉-拉"荷载模式研究SPF(云杉-松木-冷杉)胶合木植筋抗拔性能,探讨了边距、胶层厚度以及长径比等对胶合木植筋连接抗拔强度和破坏模式的影响。结果表明:边距对植筋连接抗拔强度有显著影响,胶层厚度对植筋抗拔强度有极显著影响,长径比是影响植筋连接抗拔强度的重要因子;植筋连接抗拔强度随长径比的增大而增大,当长径比达到一定值时植筋抗拔强度取决于植筋杆的屈服强度;胶合木开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服是试验中的3种主要破坏模式。

竹展平板胶合性能研究

为促进竹材展平技术推广应用和新产品开发,选择毛竹展平板为研究对象,对比研究了毛竹展平板以竹青与竹青(O/O),竹青与竹黄(O/I),竹黄与竹黄(I/I)三种界面胶合时板材的拉伸和剪切强度以及浸渍剥离性能。研究结果表明:三种胶合材剪切强度O/O胶合时最大,O/I次之,I/I最小,且胶合强度均满足GB/T 9846—2015标准中Ⅰ类胶合板的强度要求;在Ⅱ类浸渍剥离试验中,三种胶合材胶层均未发生剥离,而在Ⅰ类浸渍剥离试验中,O/O和I/I胶层剥离长度平均值分别为36.16 mm和60.05 mm,O/I胶层虽未发生剥离,但测试样发生了回弹弯曲变形和开裂。浸渍剥离试验结果反映出现有工艺生产的毛竹展平板尺寸稳定性不佳。

纵向无刻痕一体化竹展平技术解析

基于现有“刻痕”和“扎眼”等有损伤竹展平技术,通过对圆竹定段、壁厚分级、锯切剖分、分段软化、定弧定厚微整形、一体化展平和多段干燥等工序的技术创新,实现了竹材纵向无刻痕一体化展平,制得的竹展平板表观质量好,力学性能优良,板材出材率高。结合该技术在工厂的实际应用情况,缩短软化和展平时间,实现高温条件下快速展平及提高各生产工序之间的连续化水平,进一步提升板材质量和降低生产成本,将成为今后的研究重点。

胶合竹顺纹植筋的抗拔性能

选择胶合竹为研究对象,以双组分环氧树脂为胶黏剂,采用拉—拉荷载模式开展胶合植筋连接抗拔性能研究。主要探讨了边距、胶层厚度以及长径比等对植筋连接抗拔强度的影响。结果表明:边距对植筋连接抗拔强度有一定影响,边距过小导致胶合竹开裂,抗拔强度下降,推荐边距应大于4d(植筋杆直径);胶层厚度对植筋抗拔强度影响不显著;长径比是影响植筋连接抗拔强度的重要因子,抗拔强度随长径比的增大而增大,并存在一个临界植入深度使得抗拔强度等于植筋杆屈服强度。胶合竹与胶黏剂粘接界面名义剪切强度随长径比的增大而减小。根据长径比给出植筋抗拔强度预测方程。试验过程中主要产生胶合竹开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服3种破坏模式。

马尾松胶合木顺纹植筋抗拔性能研究

笔者选择国产马尾松胶合木为研究对象,并以双组份环氧树脂为胶黏剂,开展胶合植筋连接性能研究。采用拉-拉荷载模式,研究了植筋杆直径和植入深度对胶合木植筋抗拔强度和破坏模式的影响。研究结果表明:长径比是影响植筋连接破坏载荷的重要因子。破坏载荷随长径比的增大而增大,木材与胶黏剂粘接界面名义剪切强度随长径比λ的增大而减小。试验中主要产生木材开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服3种破坏模式。

毛竹材性差异对胶合竹层板应力分级的影响

通过测试不同杆高部位毛竹竹材的密度、抗弯强度及弹性模量,采用不同杆高部位的竹条制备胶合竹层板,并以抗弯弹性模量为指标对其进行分级,初步研究了不同杆高部位材性的差异对胶合竹层板分级的影响。结果表明,毛竹气干密度从基部至梢部呈现增大趋势,杆高3~9 m处密度增大趋势较缓,气干密度值相近。毛竹抗弯强度及弹性模量从基部至梢部呈现增大趋势,梢部性能最优,其中杆高1~5 m部位竹材性能接近,杆高5~9 m部位性能接近;胶合竹层板E-Rated级别与竹材抗弯强度及弹性模量密切相关,相对应E-Rated级别由低到高大致可分为4级。

国产杉木正交胶合木抗压强度研究

研究了组坯层数和锯材厚度对国产杉木CLT的压缩性能和破坏模式的影响,并采用复合层板理论模型进行性能预测,结果表明:1)组坯层数和锯材厚度对于杉木CLT强轴和弱轴方向的抗压强度均有显著性影响。当锯材厚度相同而层数不同时,三层结构杉木CLT强轴方向的压缩强度比五层结构的高12.68%,而弱轴方向的压缩强度则低9.84%;当层数相同而锯材厚度不同时,锯材厚度为18 mm的杉木CLT强轴方向的抗压强度比锯材厚度为35 mm的杉木CLT高6.13%,而弱轴方向的抗压强度则高2.71%。2)抗压试件的破坏模式与加载方向有关。强轴方向受压时,其主要破坏模式为平行层层板的压碎破坏和楔形劈裂;弱轴方向受压时,则垂直层层板发生压碎破坏和楔形劈裂。3)复合层板理论模型可以较为准确地预测杉木CLT的抗压荷载,相对误差在10%以内,强轴方向的抗压荷载预测精度高于弱轴方向。

胶合竹植筋深度及直径对抗拔性能的影响

采用胶合竹梁、双组份环氧树脂胶黏剂,不同直径和长度的公制螺纹杆,进行胶合竹顺纹双端植筋拉伸试件制备及测试,初步分析研究了植入深度和植筋杆直径2个因素对胶合植筋强度和破坏模式的影响。抗拉试验破坏模式主要为植筋杆的拔出破坏和螺纹杆的韧性断裂破坏2种模式,其中植筋杆的拔出破坏位于胶合竹/胶黏剂界面;胶合竹顺纹双端植筋的破坏载荷及名义剪切强度随螺纹杆直径和植入深度增加而增大;胶合竹基材较胶合木基材渗透性差,植筋杆受力不能很好地传递到竹材内部,是影响抗拔载荷主要因素之一。

竹质集装箱底板制造工艺研究

集装箱底板是集装箱的重要组成部分,以前一直以进口木材为加工原料。竹质集装箱底板制造技术是集装箱底板产业发展的科技创新,在产品国产化和行业发展中发挥了重要作用。综述了竹质集装箱底板的发展历程和研究现状,对不同类型竹木复合集装箱底板的制造工艺、力学性能和优缺点进行了对比分析,在此基础上提出存在的问题,并预测竹质集装箱底板的未来发展趋势,以期推进竹质集装箱底板产业和相关箱板产业的快速发展。

竹缠绕技术研究进展

竹材轻质高强,具有优良柔韧性,充分利用其柔韧特性加工竹产品,是一种创新制造方法。竹缠绕技术可以有效发挥竹材的轴向拉伸性、弯曲柔韧性及其内部相互连通的孔隙结构等特性,是通过竹材的弯曲、缠绕,制备竹缠绕复合材料或缠绕式竹材制品的一项技术。用于缠绕的竹基本单元有竹纤维、竹丝、竹篾、刨切薄竹以及竹条等,目前应用最多的是竹纤维、竹篾和刨切薄竹,但现阶段缠绕基本单元的连续化加工存在生产成本高或竹缠绕制品力学性能降低等问题。竹缠绕技术发展至今,总体可以划分为两种类型:无胶竹缠绕技术与胶合竹缠绕技术,无胶竹缠绕是指通过竹单元之间相互施加力的作用或借助外力作用实现竹材单元缠绕、成型的技术;胶合竹缠绕是指通过胶黏剂的作用实现竹材单元缠绕、胶合成型的技术,根据胶合工艺的不同,可分为高含量树脂包覆式与层合式,高含量树脂包覆式实际上是一种竹材增强树脂基复合材料制造技术,而层合式则是一种竹材连续曲面层压技术。竹缠绕技术是一种异型竹产品加工方法,包括圆形以及非圆形轮廓竹产品,可应用范围广,产品覆盖水利、市政、建筑、军工、交通、家居、食品等领域,在性能、环保、成本等方面均具有显著优势。深入开展竹缠绕技术创新,加快产业化进程,加大推广应用力度,应是未来的努力方向。

竹材分级研究现状与展望

竹材是一种天然的生物质材料,受其种类、年龄、生长特性、外界环境等因素影响,竹秆外观尺寸和性能均具有很大的差异。因此,对竹材进行科学分级,不仅能实现竹材的高效、科学利用,同时也是实现产品结构和性能可设计和调整的关键。基于竹材尺寸和性能的变异性,综述了圆竹、竹材加工单元和竹材人造板的分级方法研究现状,及其在圆竹构件利用、竹材单元加工和制备及竹材人造板生产和产品研发中的应用,最后结合竹加工产业发展的需要,提出了竹材分级的发展方向。

木/竹质工字梁在木结构中的应用

通过对国内外木质工字梁的研究现状进行归纳和分析,总结了木质工字梁的设计规范及材料、连接方式、截面尺寸、腹板开孔和环境对梁物理力学性能、应用性能及耐久性能(蠕变)的影响。同时阐述了竹质工字梁的设计与制造技术,物理力学性能检测与评估等方面的研究进展。

竹定向刨花板指接工艺的研究

通过正交试验研究了竹OSB指接的较优工艺参数,以及指榫类型、施胶量和端压等3个因素对竹OSB指接材抗弯强度和抗拉强度的影响,并分析了竹OSB指接材的破坏形式。结果表明,较优工艺参数选用指榫类型Ⅲ,施胶量290g·m^(-2)、端压3MPa时,竹OSB指接材的静曲强度、弹性模量和抗拉强度分别是58.46MPa、8.05GPa和18.41MPa;指榫类型对竹OSB指接材的静曲强度和抗拉强度影响显著,对弹性模量影响不显著;施胶量和端压对静曲强度、弹性模量和抗拉强度影响不显著;竹OSB指接材的弯曲破坏形式主要有胶层破坏和指榫折断,拉伸破坏形式主要有胶层破坏、指榫折断和指接破坏引起的基材断裂。

竹展平板拉伸剪切胶合性能

竹展平板是竹筒最大化利用的一种方式,以竹展平板为单元制备竹质人造板可减少胶黏剂使用量,还有利于加工,具有良好的应用前景。然而,竹材是一种天然梯度复合材料,纤维含量在竹壁径向呈现梯度变异,不同纤维含量的胶合面对竹展平板的胶合性能有重要影响。以无刻痕竹展平板为研究对象,参照拉伸剪切强度测试方法,探讨不同纤维含量的竹展平板胶合面在湿态和干态条件下的拉伸剪切强度和破坏方式;同时,分别研究热压压力和施胶量对不同组坯方式下竹展平板胶合性能的影响。结果表明:热压胶合的竹展平板胶合性能主要由基材性能决定,纤维含量较高的竹青⁃竹青组坯时的拉伸剪切强度高于其他两种组坯方式。基于不同纤维含量基材的干缩湿胀不一致,纤维含量较高的竹青面与纤维含量较低的竹黄面胶合时的湿态拉伸剪切强度保留率最低。竹黄⁃竹黄组坯时拉伸剪切强度随热压压力的增大而逐渐增加,而竹青⁃竹青和竹青⁃竹黄组坯时则先增大后减小。此外,竹黄⁃竹黄组坯时的干态剪切强度随施胶量的增大而增加。

展平竹/人工林木材正交复合技术研究进展

我国拥有丰富的竹类资源和人工林资源,充分利用竹材和人工林成熟材,满足人们生产生活需要,意义重大。坚持材料原态利用、低胶黏剂、低成本的制备工艺原则,采用正交胶合方式,将展平竹与人工林木材复合,制造系列正交复合材及其制品,是木材工业的一次产业创新。分析了竹材和人工林木材的种类、储量、性质和特征,以及建筑、家居、运输等木制品市场需求,探讨了正交胶合方式制造竹木复合板材、型材的可行性,以期为解决我国木质材料紧缺难题提供参考。