黄心梓木与滇楸生长性状及材性差异分析

【目的】比较黄心梓木与滇楸生长、解剖结构及材性的差异,评价黄心梓木材质的优异性,为黄心梓木材性改良和加工利用提供科学依据。【方法】采集同一生境下树龄25 a的滇楸和黄心梓木各3株,通过树干解析获取解析圆盘直径等生长数据,使用显微镜观测黄心梓木与滇楸的木材微观构造特征,测定两树种心材(第10年轮)、边材(倒数第2个年轮)的纤维长度、纤维宽度、双壁厚、壁腔比、腔径比等解剖结构指标,并按照国家标准(GB/T 1927.2-2021)测定木材材性指标,即物理性质指标(密度、干缩性)、力学性质指标(硬度、顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、抗劈力、抗剪强度、冲击韧性)及颜色指标(亮度值L^(*)及色相值a^(*)、b^(*)),使用SPSS和Sigma Plot进行数据整理与分析。【结果】①树龄25 a的黄心梓木与滇楸同处于速生期,黄心梓木生长速度较滇楸慢。黄心梓木心材呈黄褐色,滇楸心材呈灰白色,二者心材在树高0~8 m处占比均大于75%。②根据木材微观构造特征,黄心梓木与滇楸均为环孔材,黄心梓木与滇楸的心材纤维长度分别为805.58和824.21μm,纤维长宽比均大于35,壁腔比均小于1,黄心梓木纤维形态指标优于滇楸。③黄心梓木与滇楸的气干密度分别为0.47和0.46 g/cm^(3),体积干缩系数分别为0.37%和0.33%,顺纹抗压强度分别为43.11和40.09 MPa,抗弯弹性模量分别为11.03和10.00 GPa,抗弯强度分别为70.56和64.11 MPa,冲击韧性分别为54.70和49.88 kJ/m^(2),黄心梓木材性整体优于滇楸。【结论】黄心梓木生长速度较滇楸慢,木材材性优于滇楸,其心材率高且为黄褐色,具有较高的经济价值。

温度和湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木文物性能和微观结构的影响

乙二醛聚合物加固饱水梓木文物在自然环境或者博物馆存放时,受环境因素如温度和湿度的影响会导致文物发生劣化。本研究采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等方法研究了乙二醛聚合物脱水加固饱水梓木试样在不同温度和湿度环境中性能与微观结构变化。结果显示,饱水梓木文物材料经乙二醛聚合物脱水加固后,乙二醛聚合物与梓木细胞壁结合紧密,部分填充于梓木细胞内加固梓木细胞壁。试样在25℃和50%RH环境中试验30 d其结构和性能无明显变化。在60℃和50%RH环境中试验30 d,试样内部的乙二醛聚合物逐渐均匀附着于细胞壁且表面平滑,试样横截面断口平整;但试样表面的乙二醛聚合物逐渐消失,暴露出木材本体。在25℃和95%RH环境中乙二醛聚合物吸湿性明显增强,其与水的结合能力高于梓木细胞壁,乙二醛聚合物与细胞壁之间的结合被破坏,失去加固效果,但仍填充于细胞中。最后分析了温湿度对乙二醛聚合物加固饱水梓木性能与结构的影响机制,并提出了试样在吸湿和脱水过程中乙二醛聚合物与梓木细胞壁的结构变化模型。

楸木不同类型组织的湿胀-干缩行为

[目的]实时、同步测量楸木早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率,揭示早材和晚材不同类型组织的尺寸变化规律及其相互作用机理。[方法]以楸木心材同一生长轮内的早材和晚材为研究对象,采用动态水分吸附分析仪联用视频白光显微镜,在水分吸着-解吸阶段[温度设置为(25.0±0.1)℃,相对湿度变化过程设置为0%→95%→0%,以相对湿度10%为梯度进行升湿、降湿],同步测量早材和晚材的水分吸着-解吸等温线以及木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率;在平衡含水率恒定阶段,考察“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间是否存在滞后现象。[结果]1)在水分吸附全过程中,早材和晚材均表现出明显的吸湿滞后现象,绝对滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值;与早材相比,晚材的绝对滞后值较小。2)早材和晚材木纤维组织、木射线尺寸的变化比率均随相对湿度升高而增大;导管弦向直径变化比率随相对湿度的变化模式与之相反,在相对湿度95%时,早材和晚材导管弦向直径的变化比率分别为0.945和0.918。3)随着木射线与导管之间直线长度(L)增加,木射线弦向尺寸的变化比率减小,L≥200μm后不再发生变化;轴向尺寸的变化比率未改变或改变很小,在相对湿度95%时,早材和晚材木射线弦向尺寸变化比率的最大值分别为1.051和1.038。(4)在水分吸附循环过程中,早材和晚材木纤维组织、木射线、导管尺寸的变化比率均表现出明显的湿胀滞后现象,湿胀滞后值随相对湿度升高先增大后减小,相对湿度70%时达到最大值。(5)在水分吸着-解吸过程中,早材和晚材组织“刚达到含水率平衡态”的尺寸变化比率与“保持含水率平衡态180 min”后的尺寸变化比率相比未发生明显变化,可被认为是相等的。[结论]木质素对绝对滞后值的影响大于半纤维素;在水分吸着过程中,木纤维组织和木射线的湿胀行为对导管产生挤压使其收缩;在水分解吸过程中,木纤维组织的干缩行为对导管产生拉伸使其扩张;晚材组织对导管的挤压和拉伸大于早材组织;木纤维组织对木射线的湿胀-干缩行为起抑制作用,相较于早材木纤维组织,晚材木纤维组织对木射线弦向湿胀-干缩行为的抑制作用更显著;木材吸湿滞后行为是引起湿胀滞后现象的原因之一;早材和晚材组织均可视为同步达到“含水率平衡态”和“尺寸变化平衡态”,即“尺寸变化行为”与“平衡含水率”之间不存在滞后现象。

出土梓木形态结构及物理力学性质研究

为了解木质文物的腐蚀状况,并为保护技术的研究提供科学依据,该文以长台关出土的棺木为研究对象,对出土梓木的绝对含水率、基本密度、顺纹压缩强度、木材中纤维素的结晶度等物理力学性质进行了测试,对出土梓木的干湿形态结构、结晶形态进行了显微观察,并与梓木新材做了比较。出土梓木最大含水率是饱水梓木新材的4.25倍,基本密度仅为梓木新材的1/3,顺纹压缩强度0.04 MPa;湿态下,出土梓木的细胞壁严重空化、松动;超临界脱水干燥后的出土梓木胞间层保存完好,次生壁变薄,多数已塌陷,并与胞间层脱离;出土梓木中不仅非结晶区纤维素降解,而且近一半的结晶纤维素遭受降解而流失。研究表明,长台关出土梓木已遭受严重降解,高度腐朽。

毛梾的木材材性及用途

研究琅琊山产毛的生长习性、解剖特征、物理力学性质、化学成份和用途。结果表明：毛木材材质优良，适于家具、纺织器材、造纸、工艺美术以及建筑等方面使用。

梓木构件双圆榫接合性能优化研究

以梓木为基材,采用双圆榫接合形式,考察圆榫直径、配合量、圆榫插入深度对构件接合性能的影响。采用响应面法(RSM)建立二次回归模型,并对接合参数进行优化。结果表明:在圆榫直径为8mm、配合量为0.4mm、圆榫插入深度为20mm时,能够获得最优化接合效果,其极限破坏载荷值达1276.31N。

滇楸无性系早期木材性状变异与评价

[目的]为解析滇楸无性系材性遗传变异规律,提高滇楸材性的遗传改良效率。[方法]以生长于贵州的20个滇楸无性系为试验材料,测定了其树高、胸径、木材基本密度、胞壁率、双壁厚、胞腔直径和纤维长度等生长和材性指标;通过最大似然法估计了性状的遗传参数,分析了性状间的遗传相关和表型相关;以聚类和隶属函数法相结合的方法评价了无性系材性优良程度。[结果]结果表明:滇楸无性系间具有显著的材性差异;各性状的表型变异系数为6.21%-21.29%;木材基本密度、胞壁率和双壁厚受较强的遗传控制,重复力分别达0.88、0.87和0.73;遗传和表型相关分析结果发现,基本密度与管孔率、胞壁率和双壁厚均呈显著或极显著正相关,遗传相关系数分别为0.542、0.908和0.747。木材密度与胞腔直径各项性状的遗传相关均呈负相关。木材密度与其余材性性状的遗传相关系数绝对值均大于表型相关系数绝对值,材性性状的相关主要取决于遗传因素。回归分析进一步表明,木材基本密度与胞壁率和双壁厚有明显的正向线性关系,而与弦向胞腔直径和弦向中央直径有明显的负线性关系。[结论]滇楸无性系间材性差异显著,存在较大的变异程度;聚类分析和隶属函数法综合评价得出,滇楸无性系可分为:A高木材密度型,B短纤维型;C低木材密度型,D长纤维型,四大类型。

微波辅助软化尿素浸泡梓木弯曲工艺探讨

目的研究微波辅助加热处理条件下梓木的弯曲工艺。方法当微波处理频率一定时,分析比较梓木浸水材与尿素浸泡材的软化弯曲性能差异,探讨微波处理时间、木材初含水率以及微波处理功率等工艺因素对梓木软化效果的影响。在单因素实验基础上,采用响应面法建立二次回归模型,并对微波辅助软化弯曲工艺进行优化。结果梓木经尿素浸泡处理后弯曲性能得到明显提高,且微波处理时间、木材初含水率以及微波处理功率等工艺因素对梓木软化弯曲性能影响显著。结论当微波处理时间为2 min、初含水率为40%、微波处理功率为500 W时,梓木的最小弯曲半径比h/r能达到1/5。

出土饱水梓木的辐射法保护

利用乙醇浓度梯度脱水、保护单体(PEG200DMA)逐级置换、60Coγ射线辐射固化(吸收剂量率为30.72kGy,剂量率90.35Gy/min)的方法对信阳长台关出土的棺木残片进行了试验性保护。保护后的试验样品外观颜色接近原文物,无开裂翘曲、无表面泛光和发黑现象、纹理清晰;顺纹压缩强度(33.06MPa)接近现代新材;保护前后相比的最大收缩率分别为:长度方向1.05%,径向4.10%,弦向4.32%;在常温常湿(温度:20～28℃,相对湿度:35%～65%)条件下贮存180d前后相比的收缩率分别为:长度方向0.076%,径向1.17%,弦向1.86%;在干燥环境(温度:(25±2)℃,相对湿度:(5±2)%)中贮存90d前后相比收缩率分别为:长度方向0.066%,径向0.115%,弦向0.279%;在高湿环境(温度:(25±2)℃,相对湿度:(5±2)%)中放置90天后的湿胀率与干燥环境相比分别为:长度方向1.79%,径向2.42%,弦向2.61%。微观结构研究表明:固化后的聚合物充满了残存饱水梓木内的毛细孔隙,提高了木材的力学强度和尺寸稳定性。

梓属植物嫩枝扦插生根能力的评价

以梓属的滇楸、黄金树、灰楸、楸树、梓树5个树种共81个不同无性系楸树为试材,采用嫩枝扦插生根的方法,研究了不同树种、不同来源地对楸树扦插生根的影响。结果表明：5个树种生根率、单株生根数和单株最长根长差异极显著,生根率变幅为10.06%-95.80%,单株生根数的变幅为1.00-16.40条,单株最长根长的变幅为1.50-16.80cm。经聚类分析将所有无性系分为生根差、生根中等、生根较优和易生根类四大类;同时根据来源地的差异,分析了63个楸树无性系的扦插生根能力,表明不同种源地树种生根率、生根数和单株最长根长的差异极显著（P〈0.01）。

梓木家具圆榫接合抗拉强度影响因素试验研究

以湖南所产的梓木和氯丁乙烯橡胶乳胶液加工而成的圆榫接合节点为试验基材,通过节点抗拉试验研究木圆榫直径、木圆榫插入深度、木圆榫与榫孔的配合参数、两圆榫中心距对梓木家具木圆榫接合强度的影响。结果表明:木圆榫直径、木圆榫插入深度、和木圆榫与榫孔配合参数、两圆榫中心距4个因子对木圆榫接合强度均影响显著;综合考虑得出当梓木家具木圆榫接合采用木圆榫直径10mm,木圆榫插入深度为20mm,木圆榫与榫孔的配合的过盈量为0.2mm、两圆榫中心距为32mm时,节点接合强度最高。

梓文化考略

梓木不仅是一种优质木材,用途广泛,而且是中国传统文化的重要载体,其内涵丰富,文化渊源深厚。梓木文化既体现出中国古人对自然事物的认识与把握,也反映出我国各个历史阶段的制度观念、伦理观念,以及深层次的民族心理。本文对此进行了梳理。

基于家具试验的有限元模型建立与优化

测定了梓木的力学性能参数,在此基础上运用有限元软件ABAQUS对梓木材料直榫接合式座椅进行装配体有限元静载分析。结合椅子靠背位移测定试验结果,对有限元模型进行优化。结论表明:通过对有限元模型的调整和优化,有限元分析的精度满足设计使用需求。

陕西旬邑县东汉壁画墓出土木材的研究

对陕西旬邑县原底乡百子村东汉壁画墓出土的木材经鉴定为侧柏 ( Platycladusorien-talis) ,灰楸 ( Catalpa bungei) ,山胡椒 ( L indera sp.)和竹材 1种。

351 nm紫外光对梓木表面性能和组成的影响

紫外光辐射会引起木质文物出现表面变色、皱缩、开裂、翘曲等损伤,严重影响木质文物的保存、观赏和研究价值。梓木为木质文物常用的基材和修复材料,为了研究室内环境中紫外光辐照对梓木表面性能和化学成分的影响,以我国大别山梓木为对象,采用UVA-351紫外光模拟加速试验,研究了梓木材料在试验过程中的含水率、质量损失率、表面色差、形貌、结晶度,以及表面官能团、碳和氧含量变化,并分析其老化失效机制。结果表明:梓木经351 nm紫外光辐照30 d后其含水率由初始态的9.0%下降为5.9%后基本保持稳定;质量损失率增加,质量损失率曲线符合幂指函数规律w=4.0t 0.14;表面颜色由淡黄色转变为暗黄棕色,并出现皱缩现象,梓木劣化特征明显。梓木表面木质素的芳环特征峰经紫外辐照5 d后降解消失,木质素骨架吸收峰强度降低;XPS分析结果显示梓木表面的O1s含量升高,C1s含量下降,其氧碳比(O/C)增加,表面氧化程度增加。木质素降解是梓木劣化的主要原因,纤维素晶格结构未发生明显变化,纤维素和半纤维素相对含量增大。研究内容可对梓木文物修复和存放、现存文物劣化维护以及服役寿命预测提供理论指导和数据支持。

楸树不同无性系木材部分材性径向变异研究

分析楸树的品质性状遗传变化规律,选出优良无性系,为楸木人工林种质资源选育和工业化应用提供理论依据。测定了6个不同无性系楸木的化学成分、密度和纤维形态特征,并对不同无性系的部分木材性质进行了比较。结果表明,洛楸5号苯醇提取物含量最少,综纤维素、半纤维素和α-纤维素含量最多,纤维宽度最宽;洛楸1号木质素含量最少;洛楸3号纤维长度最长,纤维双壁厚、壁腔比最小。由髓心向外,6种楸木苯醇提取物含量逐渐增加,8年后明显下降;木质素含量由髓心向外逐渐降低,6年后趋于稳定;综纤维素和半纤维素含量由髓心向外均呈下降趋势,α-纤维素含量缓慢上升。从髓心向外,纤维长度随树龄增长而增加;纤维宽度变化不明显,整体呈现出略微下降的趋势;纤维双壁厚度随树龄增长而波动,变化规律较差;从髓心向外,壁腔比呈现缓慢增长的趋势,第9年轮以后,开始出现下降趋势,但下降幅度小于增长幅度。楸木密度适中,其中天楸2号密度最大,苯醇抽提物含量较高,颜色较深,可以考虑将其制作成乐器、棋盘等。

利用近红外光谱技术快速预测楸树木材抗弯性质

楸树(Catalpa bungei)木材纹理通直、材性优良、用途广泛,是中国特有的珍贵材树种。研究木材重要的力学性质——抗弯性质的快速测定方法可以为楸树木材的遗传改良及加工利用提供科学依据。以楸树无性系新品种“洛楸1号”、“洛楸4号”和“天楸2号”为试验材料,依据国家标准抗弯性质测试方法,测定楸树木材抗弯强度(MOR)和抗弯弹性模量(MOE)。利用近红外光谱(NIRs)分析结合偏最小二乘法(PLS)对新选育的三个楸树无性系的抗弯性质进行预测,探究基于不同采谱切面、不同预处理方法以及不同采谱点的最佳建模方法。研究结果表明,基于两切面平均光谱建立的抗弯强度预测模型的相关系数和相对分析误差最高为0.843和1.88,建立的抗弯弹性模量预测模型的相关系数和相对分析误差最高为0.846和1.88。选用两切面光谱,预处理方法按抗弯强度模型性能排序为多元散射校正与卷积平滑结合算法(MSC+S-G)>二阶导数与卷积平滑结合算法(2^(nd)Der+S-G)>一阶导数与卷积平滑结合算法(1^(st)Der+S-G),预处理方法按抗弯弹性模量模型性能排序为MSC+S-G>1^(st)Der+S-G>2^(nd)Der+S-G。使用一点采谱法建立的抗弯强度和抗弯弹性模量预测模型相关系数比五点采谱法的分别降低5.93%和2.96%。综上所述,近红外光谱可以用于预测珍贵材楸木的抗弯强度和抗弯弹性模量。采用不同切面、预处理方法和采谱点数建立的模型,建模结果有一定差异。得出了楸树木材抗弯强度和抗弯弹性模量的最佳建模方法。基于径切面和弦切面平均光谱建立的抗弯强度和抗弯弹性模量近红外模型效果最佳。MSC+S-G是最适用于楸树木材抗弯性质的预处理方法。五点采谱法模型精度较高,但对大量样品抗弯性质快速估算时,可以降低采谱点数量,仅采集中间部位即载荷加载部位一个光谱点以减少采谱工作量,提高楸树木材抗弯性质快速评估效率。

金丝楸木材化学成分的不均一性

【目的】研究金丝楸木材化学成分在纵向不同高度及径向心、边材中的含量和组成特点,为金丝楸木材加工利用提供科学依据。【方法】分析金丝楸木材纵向不同高度心、边材苯醇抽提物、聚糖和木质素含量,采用细胞壁全溶法结合二维异核单量子核磁共振(2D HSQC NMR)技术对相应部位的原生木质素分子结构进行表征。【结果】金丝楸木材边材苯醇抽提物含量高于心材,且心材中靠近树心部分的苯醇抽提物含量高于靠近边材部分。心、边材苯醇抽提物化学成分存在差异,但不同高度相同径向区域苯醇抽提物含量及其成分差异较小且并未随树高不同体现出特定变化规律。边材木质素含量低于心材,但心、边材木质素含量在树高方向上无明显变化规律。金丝楸木材木质素为典型G/S型木质素,纵向不同高度区域木质素大分子结构基本一致,但心材木质素分子结构中β-5′连接的相对含量高于边材。木聚糖是金丝楸木材半纤维素的主要组分。边材聚糖相对含量高于心材,但心、边材聚糖含量并未随树高不同体现出特定变化规律。【结论】金丝楸木材径向心、边材化学成分含量及相应成分分子结构具有规律性差异,边材向心材过渡过程中主要变化为木质素成分的积累和发色物质的生物合成。木材纵向不同高度相应区域中各化学成分含量也存在一定差别,但并未随树高不同发生规律性变化。木材纵向不同高度相同径向区域中各组分的化学成分和分子结构基本一致。对金丝楸木材进行加工利用时,应重点关注其径向方向的化学成分含量和性质差异。

楸树嫁接繁育适宜砧木的选择

【目的】分析不同砧木嫁接楸树无性系的保存率、接穗生根率、生长和材性性状差异,以及无性系与砧木的互作效应,筛选楸树无性系的适宜嫁接砧木,旨在为楸树良种嫁接壮苗规模化繁育提供理论依据。【方法】以梓属不同树种为砧木嫁接的11年生楸树无性系对比试验林为材料,采集3个楸树无性系的接穗,分别用5种砧木(楸树、灰楸、梓树、滇楸和黄金树)嫁接育苗并造林,开展嫁接无性系的保存率、接穗生根率、生长、材性性状差异分析。【结果】5种砧木中,以滇楸为砧木嫁接无性系的保存率最高(74.1%),其次是梓树和灰楸(63.0%和59.3%),而以黄金树为砧木嫁接无性系的保存率最低(29.6%);以楸树为砧木嫁接无性系的接穗生根率最高(100%),其次是滇楸和灰楸(77.8%和66.7%),黄金树为砧木的生根率最低(33.3%);不同砧木间,嫁接无性系的胸径、树高、Pilodyn值、弹性模量差异显著或极显著,且(树高除外)存在显著的砧木与无性系的互作效应;灰楸为砧木时,无性系的树高和胸径最大(14.9 m和17.5 cm),以滇楸和楸树为砧木时的树高和胸径均较大(14.8 m、15.5 cm和13.8 m、15.8 cm),而以黄金树为砧木时,嫁接无性系的树高和胸径最小(12.8 m和10.9 cm);通过Pilodyn值间接预测,灰楸为砧木时楸树无性系的密度最大(23.3 mm),梓树和楸树次之(23.9 mm和24.4 mm),滇楸和黄金树为砧木时均较小(25.6 mm和25.2 mm);5种砧木中,以灰楸为砧木的弹性模量最大(7.0 GPa),其次是梓树和楸树(6.6 GPa和6.5 GPa),滇楸最小(6.1 GPa)。根据不同砧木嫁接无性系的保存率、接穗生根率、树高、胸径、Pilodyn值和弹性模量综合筛选,以灰楸和楸树为砧木,楸树无性系的生长、材性、保存率、接穗生根率都较好。【结论】楸树无性系嫁接繁育的适宜砧木为灰楸和楸树,黄金树不宜作砧木。

中高温炭化后楸木的力学性能研究

木材因为自身的环保特性而深受人们喜爱。可是木材湿胀干缩的特点会导致实木家具的耐久性、使用强度降低。为了提高木材尺寸的稳定性,本文以国内实木家具市场上常用的楸木为研究对象,对其中不同水平高温处理炭化木材前、后的抗弯强度、顺纹抗压强度、硬度等主要力学性能进行测试试验,并比较分析中高温炭化前后楸木的力学性能变化及其变形特性。