木材多尺度结构的干缩湿胀研究进展

木材干缩湿胀是影响木材加工利用的关键特性,与木制品尺寸和形状的稳定性密切相关。木材宏观到微观层次分明的多尺度分级结构导致木材干缩湿胀行为的复杂性。将木材干缩湿胀研究从宏观尺度引向介观和微观尺度,建立三者之间的有机联系,有助于阐明木材干缩湿胀行为的发生机制和演变机理,对深入认识木材性质,合理、高效利用木材具有重要理论价值和实践意义。本研究综述木材宏观尺度(无疵试样)、介观尺度(生长轮)和微观尺度(木材细胞)3种层级单元的干缩湿胀行为及其滞后现象,分析木材不同尺度结构的干缩湿胀行为发生和演变规律,介绍基于多尺度结构的木材干缩湿胀测试方法和技术手段。同时,对今后开展木材多尺度结构干缩湿胀行为研究提出建议:1)在介观和微观尺度上系统开展针叶材和阔叶材基于生长轮和木材细胞的干缩湿胀行为研究,建立木材多尺度结构与干缩湿胀行为之间的构效关系;2)揭示基于各向异性、非均质性和细胞类型多样性引发的干缩湿胀行为差异化响应规律及其互作机制;3)阐明木材干缩湿胀行为的时间滞后和湿胀滞后现象;4)引入相关理论模型,如有限元法的应用,构建木材多尺度结构的自由缩胀可视化有限元模型。

基于动态热机械分析仪的木材干缩湿胀响应特征研究

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。

木材塑性变形的湿热固定技术及机理研究进展

塑性变形永久固定是木材压缩密实化、弯曲等塑性改性的关键科学和技术问题之一。本研究针对塑性变形湿热固定技术,从塑性变形形成和回复机理入手,在全面分析木材塑性变形固定研究现状的基础上,重点阐述木材塑性变形的湿热固定技术和机理研究进展以及存在的问题,为突破该项技术的产业化应用瓶颈提供参考。湿热固定技术是以释放木材内应力方式固定塑性变形的方法,因处理方式不同,区分为常压热处理和加压热处理两大类。目前采用的所有处理方法,永久固定塑性变形的必要条件为温度达到180℃以上,加快热传递速度,并使板材厚度方向的中心温度快速达到180℃,能够有效缩短塑性变形永久固定时间。湿热处理永久固定塑性变形机理研究主要从热处理和饱和蒸汽处理2种过程中木材内应力释放与化学性质变化之间的关联性展开,多数研究支持3种基本机制,即基质分子间的交联反应形成稳定的结构;分子链断裂使微纤维和基质中应力松弛;亲水的细胞壁成分,特别是半纤维素形成聚合物阻止其再次发生水软化。但这些研究实际上只局限在2个极端,一端是干燥状态下依靠提高温度和延长时间释放木材内应力的热处理,另一端是接近饱水状态下依靠高温高压释放木材内应力的饱和蒸汽处理,而且这些研究均未涉及影响塑性变形固定和木材性能热、质传递等重要的过程因素,存在永久固定和木材性能变化的相互制约等适用性问题。虽然采用湿热处理方法理论上已经实现塑性变形的永久固定,但这些技术并未实现产业化应用,主要原因在于支撑湿热处理永久固定塑性变形的理论和技术体系不完整。要解决塑性变形的湿热固定技术应用问题,不能只关注最终条件,还有考虑如何有效实现这些条件,因此,需从湿热处理过程中水分的作用、热作用和氧化作用及其相互作用机理,热、质传递规律,湿热作用下木材内应力释放的作用机制等方面开展深入研究。

木材干燥应力研究现状与趋势

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。

激光技术在木材加工中的应用与发展

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。

含水率非均匀分布木材在热板加热下温度分布的变化规律

热作用下温度分布和含水率分布的变化规律,是实木层状压缩形成机制研究的基础。以初含水率处于非均匀分布状态下的毛白杨木材为对象,研究在180℃热板夹持加热过程中的温度分布变化规律,为揭示层状压缩形成机制提供科学依据。结果表明:初始含水率表层高、内部低的木材,在热板夹持加热过程中,厚度方向上始终存在一个明显的升温速率峰值。随着加热时间的延长,升温速率峰值和高含水率层逐渐向中心移动;高含水率区域内木材,温度较玻璃化转变温度高6.11~47.58℃,处于层状软化状态,是层状压缩形成的重要原因之一;采用多元线性回归分析方法建立的木材厚度方向温度预测多变量函数模型,决定系数为0.985,预测木材内部温度的标准误差为3.21℃,能够用于木材内部温度分布的预测。

中国木家具进出口贸易现状及特征分析

依据中国海关数据库,对2015—2022年中国木家具的进出口贸易规模、产品结构及价格、动态特征、空间格局等方面进行分析。中国木家具国际贸易总体呈现贸易顺差,不同种类木家具出口量总体呈现一定程度的减弱,而2022年中国木家具进口量、进口金额齐降,进口单价上升,基于此,在国际总体经济下滑大背景下,从国家和产业层面,提出推进中国木家具出口贸易持续健康发展的建议。

木材微波处理技术与应用进展

木材在微波作用下可迅速升温超过180℃,内部水分汽化后以蒸汽形式逸出,冲破木材内部薄弱组织。处理后木材的微观结构变化分可为7级,宏观处理效果分为3型。微波技术主要用于木材干燥、膨化、弯曲和检疫等。通过微波膨化技术获得的"微波膨化木"可用于加工制造高性能的改性木、防腐木、阻燃木、木质装饰材料和高导热木材等。

弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能分析

【目的】分析弦乐器指板常用热带硬阔叶木材的声学振动性能,归纳总结指板用木材的声学振动性能要求,为寻找可替代树种或对人工林木材进行功能改良以替代传统指板用木材提供科学依据。【方法】采用X-射线剖面密度测试仪表征木材一个生长轮内早晚材的密度差异及沿径向密度分布的均匀性;利用超声波微秒计测试木材声传播速度;运用模态分析法测试木材的共振频率和扭转频率,根据矩形截面Euler-Bernoulli方程计算木材声学振动参数。【结果】乌木绝干密度为1180 kg·m^(-3),阔叶黄檀绝干密度为810 kg·m^(-3),东非黑黄檀绝干密度为1320 kg·m^(-3);弦乐器共鸣板用硬槭木绝干密度为660 kg·m^(-3),非乐器用木材辐射松绝干密度为480 kg·m^(-3)。乐器用木材一个生长轮内早晚材及相邻生长轮之间密度差异较小,材质均匀。指板用木材轴向和径向声传播速度均低于硬槭木和辐射松。硬槭木顺纹与横纹的声传播速度比为3.2,声学各向异性较优。乌木、东非黑黄檀和阔叶黄檀的动态弹性模量(E′)分别为18.2、16.8和14.8 GPa,指板用木材的E′均大于14.0 GPa。指板用木材的比动态弹性模量(Esp)均小于18.0 GPa,硬槭木和辐射松的Esp分别为24.5和26.8 GPa,均高于指板用木材。乌木、阔叶黄檀和东非黑黄檀的声辐射品质常数(R)分别为3.21、5.08和2.58 m^(3)·Pa^(-1)s^(-3),硬槭木和辐射松的R分别为7.17和9.41 m3·Pa^(-1)s^(-3)。指板用木材的声阻抗(ω)、对数衰减系数(λ)和损耗角正切值(tanδ)均高于硬槭木和辐射松。指板用木材的声学转化率(ACE)和E′/G′均低于硬槭木。乌木、阔叶黄檀、东非黑黄檀、硬槭木和辐射松的动态剪切模量(G′)分别为1.97、1.72、2.58、1.21和1.09 GPa,指板用木材的G′均大于硬槭木和辐射松。【结论】指板用木材绝干密度均大于800 kg·m^(-3)。木材密度与其声学振动性能存在一定函数关系,选材时密度和声学振动性能需共同考虑。与共鸣板相比,指板选材对木材声学振动性能的要求远低于共鸣板。在声学振动性能方面,木材的E′和G′是指板选材的主要评估指标,要求尽量选择E′和G′大的木材,E′越大,指板抵抗不同弦张力所引起的弯曲变形能力越强;G′越大,指板抑制不同弦张力所引起的扭转变形能力越强。木材的Esp、R、ACE、E′/G′、λ、tanδ、ω等声学振动参数可不作为指板选材的主要评估指标。

自然保护地工程项目建筑材料的科学选用

自然保护地建设离不开工程项目建设,在建筑的选材上,既要考虑材料的建筑力学特性,又要考虑材料应具有绿色低碳环保、生物友好、与自然环境协调相容等特性。本文在对比常用的建筑材料的基础上,重点阐述了高性能重组材料的性能特征以及其在自然保护地中的应用优势,以期为自然保护地的建设提供一种低碳材料和多元发展的可能。

我国板式家具先进制造技术研发与应用进展

随着科技进步及大数据与工业4.0在家具产业的渗透,我国板式家具产业无论在原材料研发、产品与工艺设计、制造技术与装备上,都发生了较大的变革。综述我国板式家具板件、专用装备、工艺及设计等先进制造技术,并对我国板式家具先进制造技术的研发与应用进行解析,以期促进板式家具产业发展。

基于人工神经网络模型的木材干燥应变模拟预测

【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。

预热温度对毛白杨压缩木材颜色及其回弹的影响

为探究预热温度对压缩木材的色饱和度差(ΔC*)、色相差(ΔH*)、总体色差(ΔE*)、吸湿率、厚度变化和回弹率的影响,以毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,将其封端、浸水和放置后置于热压机上进行预热12 min,预热温度分别为90、120、150、180℃和210℃,预热完成后在相同温度下压缩5 mm。结果表明:随着预热温度的升高,ΔC*、ΔH*和ΔE*逐渐增大,温度>150℃,三者急剧增大,说明150℃是材色变化的一个关键温度点。随着预热温度的升高,压缩木材的吸湿率、厚度变化和回弹率逐渐减小,温度>150℃,三者急剧减小,说明150℃也是压缩木材尺寸稳定性变化的一个关键温度点。此外,ΔE*和回弹率呈线性负相关,ΔE*越大,其对应的回弹率越小。

压缩杨木直接印刷漆膜附着力强化工艺研究

应用直接印刷技术处理压缩杨木,可增强杨木表面的装饰性。为解决印刷工艺中出现的漆膜附着力差的问题,试验探究了增强漆膜附着力的底漆改进工艺及白色底漆遮盖木纹工艺。结果表明:采用水性底漆和UV附着底漆相结合的工艺,同时在白色底漆遮盖木纹前,增加一道UV韧性底漆,可保证产品漆膜附着力等级不降低,按照GB/T 4893.4—2013《家具表面漆膜理化性能试验第4部分:附着力交叉切割测定法》检测,达到LY/T 1986—2011《直接印刷木地板》中规定的2级以上的技术要求。

杉木层状压缩的形成及其密度分布特征

实木层状压缩技术是以实体木材的定向定位压缩为目标,以最小的材积损耗,最大限度地提高木材力学性能的一种新型木材压缩方法。通过水热分布调控以及外力加载的协同作用,在调控压缩层的形成位置、厚度和多层压缩的基础上,分析压缩木材密度分布特征,研究层状压缩技术对于人工林杉木(Cunninghamia lanceolata)的适用性及其层状压缩形成的特点。结果表明:预热时间控制在0.5~30 min之间时,获得压缩层位置不同的层状压缩杉木。随着预热时间的增加,压缩层由表层逐渐向中心(厚度方向)移动,压缩层密度达到0.583 g/cm^(3)及以上;通过调控压缩量,获得压缩层厚度为3.00~8.07 mm的4种厚度的表层压缩杉木,压缩层密度提高率比木材整体密度提高率平均高28.7%;将表层压缩和中心层压缩工艺并用,实现形成3个压缩层的多层压缩。扫描电镜观察结果表明,无论压缩层形成于表层还是中心层,压缩层与未压缩层界线出现在早材区域或早晚材交界处,压缩层的早材细胞发生细胞壁屈曲变形,至细胞腔几乎完全消失,而晚材细胞壁及细胞腔仅发生微变形或不变形。依据压缩前后木材密度分布曲线及特征值计算结果,杉木压缩层部位的早材密度提高率最大值可以达到210.6%。

我国定制家居产业发展新特征及建议

随着物质生活水平提升和消费升级,我国定制家居产业发展呈现快速增长趋势,门、墙、柜一体化的整装大家居战略在装饰装修领域持续推进。现阶段,我国定制家居企业在快速发展的同时,面临新的市场挑战与机遇。本文依托定制家居上市公司数据,剖析了我国定制家居产业发展的新特征,阐明了定制家居产业存在的主要问题,提出了定制家居产业发展需要正确处理和解决的关键问题,为我国定制家居产业健康发展提供参考。

木制品表面装饰新产品和新技术

为了提高珍贵树种木材利用率和木制品的附加值,木制品表面通常需进行涂饰、装饰纸、薄木、聚氯乙烯(PVC)膜、聚丙烯(PP)膜贴面等表面装饰,以增加产品外观美感,提升产品质量和附加值。文章重点介绍了近年来国内装饰纸发展与木制品表面装饰新产品、新技术,并对木制品表面装饰技术的发展趋势进行了展望。

我国中小型家具企业发展的思考

我国家具发展迅速,产能产值均居世界前列,而我国家具行业准入门槛低,中小型企业在家具产业和消费者市场占有重要地位。随着物质水平提高和科技不断进步,加之后疫情时代对家具产业的不断冲击,我国中小型家具产业面临重大的挑战和变革。本文简要分析了我国中小型家具产业现状,指明了中小型家具产业绿色化、智能化、定制化、专业化和以中高端产品为主的高质量发展方向;从企业定位、产品、制造、营销、品牌及人才与创新方面,提出了中小型家具产业高质量发展路径。

“双碳”目标下人造板企业绿色工厂的创建

绿色工厂的创建是推动实现双碳目标的重要途径,是一项复杂的系统工程,评价指标包括单位产品碳排放量、碳足迹、环境污染等多项与碳达峰、碳中和息息相关的指标。在分析绿色工厂的政策背景和标准的基础上,按照国家标准GB/T 36132—2018《绿色工厂评价通则》的要求,结合人造板企业生产实际,提出人造板企业创建绿色工厂的要点和建议,推动人造板行业绿色发展。

木工圆锯片锯齿侧刃参数对锯切表面粗糙度的影响

【目的】分析锯齿侧刃参数对锯切表面粗糙度的影响,通过优化锯齿侧刃参数,解决圆锯锯切时进给速度提高与表面粗糙度增大之间的矛盾,为新型木工圆锯片设计提供参考和指导。【方法】提出微量零径向侧后角锯齿的概念,使用9种不同锯齿侧刃参数的圆锯片,以水曲柳和高密度纤维板为对象进行锯切试验,研究不同进给速度下径向侧后角和零径向侧后角段对锯切表面粗糙度的影响。【结果】随着进给速度增加,锯切表面粗糙度增大,径向侧后角减小,锯切表面粗糙度降低,无零径向侧后角段锯齿锯切形成的表面粗糙度均高于具有零径向侧后角段锯齿,特别是当零径向侧后角段由0 mm增加到0.5 mm时,锯切表面粗糙度下降最为明显。当零径向侧后角段大于0.5 mm时,侧刃的零径向侧后角段具有"以锯代刨"的作用,与零径向侧后角锯齿相比同样可起到改善锯切表面质量的作用。【结论】锯切表面粗糙度一定程度上取决于锯痕深度。在实际锯切过程中,仅有长度近似等于每齿进给量的锯齿侧刃部分参与切削,占侧刃总长度的很小一部分,微量零径向侧后角锯齿中零径向侧后角段长度比每齿进给量略大且越接近每齿进给量越理想。具有微量零径向侧后角段锯齿的圆锯片与零径向侧后角锯齿相比,同样可起到改善锯切表面质量的作用;在保持其他切削参数不变的情况下,微量零径向侧后角段锯齿还可以减小锯齿侧刃与锯路壁之间的摩擦。