江苏省人民政府 国家林业和草原局 林产化学与材料国际创新高地

高地简介2019年1月,江苏省人民政府、国家林业和草原局签署《江苏省人民政府国家林业和草原局关于共建“林产化学与材料国际创新高地”的协议》,决定依托中国林科院林产化学工业研究所和南京林业大学共建“林产化学与材料国际创新高地”,2019年2月于南京正式启动并举行揭牌仪式。

单宁酸增强水凝胶的制备及其性能

单宁酸(TA)作为一种典型的农林生物质多酚,具有抗菌、抗氧化、抗紫外、生物相容性好等优点。水凝胶是一种具有三维交联网络结构的湿软材料,但传统的水凝胶存在机械性能较差、不具备黏附性等问题,很大程度上限制了其应用。TA分子上的苯三酚和儿茶酚基团会以氢键、π-π相互作用、疏水相互作用等方式与聚合物形成物理交联,从而提升水凝胶的机械性能与黏附性。以甘氨酸(Gly)为原料合成聚合单体N-丙烯酰基-2-甘氨酸(ACG),引入TA作为物理交联剂,成功制备单宁酸增强聚甘氨酸水凝胶,并测试分析其力学、黏附、电导率以及应变传感性能。研究结果表明,TA的引入使水凝胶交联网络更加致密,其应力逐渐增大,韧性值、黏附能则是呈现先增大后减小的规律。当TA/ACG质量比为1∶100时,制备的单宁酸增强水凝胶综合性能最优,断裂拉伸应变达到162%,应力为196 kPa,韧性值为143 kJ/m^(3),电导率为1.48 mS/cm,对猪皮的黏附能达到17.68 kPa,且对不同基材具备黏附性能。因此,TA的引入有效增强了水凝胶网络,使其力学、黏附等性能均得到提升。将制备的单宁酸增强水凝胶组装成柔性电阻式传感器,该传感器对水凝胶的形变具有较好的灵敏度,实现了将手指、手肘等运动信号转变为稳定的电信号。本研究为开发绿色可持续、自黏附的生物基柔性电子传感器件提供了一种十分有前景的策略。

石墨烯改性沥青路用性能提升及其机理

为了探究石墨烯对沥青路用性能的提升及其机理,利用分散剂二甲基亚砜(DMSO)预处理石墨烯,提高其在沥青中的分散性,再采用DMSO预处理石墨烯(DG)添加到70#道路石油沥青(70#沥青)中制备DG改性沥青。通过常规物理性能试验、黏韧性试验、直接拉伸试验和原子力显微镜对70#沥青和DG改性沥青进行测试,评价DG对沥青路用性能增强效果,并从微观角度分析DG对沥青微观结构的影响,揭示DG对沥青路用性能提升机理。结果表明,加入的DG降低了沥青的针入度和延度,但是提高了沥青的软化点。由于DG具有较大的表面能,吸附了沥青中的轻组分而形成插层结构,致使DG改性沥青上部软化点值和下部软化点值存在差异。DG改性沥青具有较强的黏韧性和韧性,其黏韧性、黏弹性、韧性和韧性比均高于70#沥青,因为被插层后的DG抑制了沥青轻组分的流动,致使DG改性沥青具有较好的抗变形能力。DG的加入使得沥青变硬,降低DG改性沥青表面的粗糙度。由于DG的吸附作用和DG插层结构的限制作用增加了DG改性沥青微观表面蜂状结构数量,导致DG改性沥青表面具有数量更多且体积较小的蜂状结构。受到拉伸作用时,70#沥青中大体积的蜂状结构易产生应力集中,使其力学性能及抗变形能力降低,而DG改性沥青中小体积且数量较多的蜂状结构能够分散受力,提高了DG改性沥青的均匀受力,降低了其应力集中出现的可能,提升了DG改性沥青的路用性能和耐久性。

基于光谱遥感技术的作物营养诊断研究进展

营养元素在作物生长的各个阶段都具有重要作用,其含量的丰缺直接影响作物正常生理活动,如叶绿素、蛋白质的合成,根系的生长等。准确的作物营养诊断可以保证施肥量与作物本身营养需求量相匹配,保证作物的正常生长。随着无人机、直升机和卫星等遥感平台,多光谱和高光谱相机等光学传感器以及相关技术发展成熟之后,光谱遥感技术逐渐应用于农林业营养诊断。光谱遥感技术利用反射光谱数据估计叶片理化参数,是获取作物营养元素含量的一种有效手段,具有成本低、作业范围大、劳动量需求性低等优点。分析了物理与化学营养诊断技术的方法与手段,指出光谱遥感技术的先进性,归纳了光谱遥感技术的基本分析步骤,重点综述了近年来该技术在诊断作物氮、磷、钾等必需营养元素方面的具体应用和理论研究方面的不足,提出了微量元素含量检测的必要性,推动多营养元素光谱数据库建立、数字孪生技术应用和算法优化,以期提高作物大面积营养诊断的准确度和便利性。

角蛋白/聚乙二醇二缩水甘油醚协同改性脲醛树脂的性能

探究角蛋白和聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)协同改性对脲醛(UF)树脂理化性能的影响,从而改善UF树脂游离甲醛含量高、韧性不足的缺陷,减少传统石油基化学物质的使用及降低环境污染的风险。使用还原法从废弃羽毛中提取角蛋白,并与PEGDGE分别替代部分尿素与甲醛缩聚交联形成改性UF树脂,通过表征树脂基本理化性能,以及傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱、拉伸测试和热力学分析评价树脂官能团变化、相对分子质量分布、力学强度和热力学性能。结果表明:角蛋白和PEGDGE的协同改性使UF树脂的黏度提升37.1%;角蛋白中氨基、羧基和PEGDGE中的环氧基分别参与UF树脂的缩聚过程,形成化合键连接;角蛋白和PEGDGE协同改性使UF树脂的拉伸强度和断裂伸长率分别提升了24.6%和35.3%;TG分析表明,角蛋白和PEGDGE协同改性使UF树脂出现第4热解峰,表明生成的醚键或者PEGDGE本身链段的断裂,同时,改性UF树脂的残碳量也有所降低;DSC分析表明,PEGDGE的添加使改性UF树脂的ΔH_(1)相比于UF树脂的ΔH_(1)明显增加约79.4%,但角蛋白和PEGDGE的协同作用使改性UF树脂的ΔH_(1)相比于角蛋白改性UF树脂的ΔH_(1)明显降低43.4%。

少林寺初祖庵大殿铺作模型拟静力试验

现存初祖庵大殿建于宋代,为殿堂式木结构古建筑,其建筑形制及技术对研究我国传统建筑具有重要意义。以初祖庵大殿柱头落叶松铺作为研究对象,基于实地调查及数据测量并参考修缮资料,制作1∶1足尺模型,对铺作横向(X方向)和纵向(Y方向)在不同竖向荷载作用下进行水平低周反复荷载试验。依据试验现象和数据研究铺作传力机理,依据等效能量法将滞回曲线等效为双折线模型,得到了宋代铺作2个方向的破坏模式、刚度、变形和能量耗散等力学性能。结果表明:竖向荷载对铺作的抗震性能有很大影响,在铺作的弹性阶段,竖向荷载与铺作的力学性能呈现明显的正相关;随着竖向荷载增加,X方向铺作与Y方向铺作的侧向承载力和能量耗散逐渐增大;X方向铺作的各项力学性能优于Y方向铺作;不同方向铺作在不同竖向荷载作用下的能量耗散效率不同,在相同条件下X方向铺作的能量耗散效率优于Y方向铺作。破坏模式为构件之间以及榫与构件之间发生剪切及承压破坏,导致铺作松散。试验结果为初祖庵大殿后期的加固和监测提供了参考依据及科学指导。

温度对重组竹短期受压蠕变性能的影响

通过对重组竹受压试件进行短期蠕变试验,研究温度对重组竹受压试件蠕变特性及蠕变规律的影响。针对不同应力水平下温度对重组竹短期受压蠕变的影响,研究了在同一应力水平7.5%下,重组竹在5种不同温度下的24 h顺纹受压蠕变性能;进一步比较了重组竹在应力水平为7.5%,15%,30%且温度分别为25,50,75℃情况下的24 h顺纹短期受压蠕变特点。最后,采用Burgers模型对上述不同温度变量和不同应力水平变量下重组竹短期受压蠕变曲线进行拟合分析。结果表明:在重组竹顺纹受压蠕变中,温度和材料应力水平越高,瞬时弹性变形越大,重组竹蠕变应变总量越大,重组竹抵抗蠕变性能越弱,且较高温度和较高应力水平的同时作用会对重组竹构件产生不利影响;Burgers模型的拟合决定系数基本均在0.98以上,说明Burgers模型能够较准确地描述温度对重组竹短期受压蠕变曲线特性的影响。根据试验与拟合曲线特性可知,重组竹顺纹受压蠕变中弹性变形占80%以上,说明在不同温度下重组竹顺纹受压蠕变中弹性变形占主要部分,随着温度的升高,弹性变形有所下降,黏性变形逐渐增加。

饰面板用三聚氰胺甲醛树脂的改性

利用邻苯二甲酸二烯丙酯(diallyl phthalate,DAP)取代二乙二醇进行三聚氰胺甲醛树脂(melamine formaldehyde resin,MF)的改性,并用改性前后的MF树脂进行浸渍胶膜纸和饰面刨花板的制备。通过树脂基本性能测试、傅里叶红外光谱(FT-IR)和差式扫描量热(DSC)分析及饰面板材表面性能表征,得出以下研究结论:1)DAP的加入并未对MF树脂的外观性能、固体含量和化学结构产生明显影响,但增加了MF树脂的黏度,并提高了其固化温度;2)DAP的加入明显提高了MF树脂浸渍胶膜纸的抗拉强度,当DAP取代二乙二醇达到100%时,胶膜纸抗拉强度从3.00 MPa提高至5.33 MPa,提高幅度明显,但胶膜纸韧性有所下降,当DAP添加量为20%质量分数时,胶膜纸的韧性和抗拉强度均有所增加,抗拉强度提高幅度为133%;3)在未添加任何耐磨剂的前提下,DAP的加入明显改善了饰面板的耐磨性能,当DAP添加量为40%和60%时,磨耗值最低,从79.7 mg/(100 r)分别下降至61.4和62.3 mg/(100 r),且饰面板在测试350 r后表面无露底现象。DAP的加入对饰面板的耐冷热循环、耐水蒸气、耐剥离、耐污染和耐腐蚀等性能未产生影响。

不同降雨强度下植被护坡对边坡位移的影响

为研究不同降雨强度下植物根系对边坡土体位移的控制效果,采用PLAXIS 3D有限元软件对3种降雨强度下植物根系固土边坡进行数值模拟计算,结果表明:边坡未采用植物根系护坡时,降雨会导致边坡表层土体发生较大位移,土体位移增大范围包含整个坡面。边坡采用植物根系护坡时,能有效减少边坡表层土体位移,边坡土体位移增大范围比无根系防护边坡明显减小,主要分布在边坡坡面中上部。降雨强度为5,10和20 mm/h时,植物根系固土边坡土体最大位移相比无根系防护边坡减小幅度分别为89.8%,80.3%和71.8%,可见降雨条件下植物根系能够有效控制边坡土体位移,但随着降雨强度增大,植物根系对边坡表层土体位移的控制效果会有所减弱。对边坡进行稳定性分析可知,植物根系的存在能有效提高边坡浅层范围内土体的抗剪强度,从而使边坡表层土体塑性点数量减少;还能显著减小发生滑坡时的偏应变增量,并且缩小潜在滑动面的发生区域,提升边坡的稳定性。为了保证强降雨条件下边坡稳定性,提出了植物根系结合锚杆支护的综合护坡方式,该支护方式能够有效降低强降雨条件下边坡土体的位移,增强边坡稳定性。

基于NX的竹木拼花地板个性化定制

为快速响应市场上对竹木拼花地板个性化定制需求,地板企业需要一套有效的设计方法和一款高效的软件工具。在剖析生成拼花图案的加工工艺基础上,提出基于NX软件实现竹木拼花地板个性化定制,并利用NX/OPEN二次开发工具和NX的用户专用化配置功能开发了CAD/CAM高效集成系统。在CAD模块中建立了竹木地板的结构参数,实现了地板参数化建模。在拼花图案的设计中,首先利用草图绘制和图库导入功能实现了拼花图案几何轮廓的设计,其次经分割面功能处理后,利用贴图和颜色编辑器功能实现了拼花单元的个性化搭配,最后利用建立雕刻凹槽功能实现了装饰雕刻花纹的生成。同时也开发出一键导出拼花图案几何轮廓的二维图纸功能,以供激光下料的尺寸支持。在CAM模块中针对雕刻花纹工序的加工模板进行了配置,同时利用NX/Post Builder对Nc Studio系统进行了后处理器配置。另外将生成的G代码导入Nc Studio仿真免卡版中进行验证,并成功证明了所配置后处理器的有效性。该系统能快速实现竹木拼花地板个性化定制,满足市场上的个性化定制需求。

透明木材的研究进展

天然木材由于其本身的构造及化学组成原因,呈现出不透明性,而以纳米纤维素为骨架随后浸渍树脂,可制备出透明木材,兼具高透光和高雾度特性且力学性能优异。进一步在树脂中添加不同纳米粒子,还能使之具有发光性、磁性等功能化特性。透明木材在新一代环保建筑、光学器件等方面具有潜在的应用价值,是当前改性木材领域的研究热点。笔者综述了目前制备透明木材的有效方法,通过木质纳米纤维素骨架的制备、折射指数匹配的树脂浸渍、树脂的固化等工艺过程,达到高透光率和高雾度的实现。并对制备透明木材的现有方法进行了归纳和分析,为寻求快速、便捷、可工业化生产的制备方法提供新的研究思路,并为实现透明木材的工业化制造提供理论基础。同时,对透明木材应用前景进行了论述,系统介绍了其在节能建筑、光电子器件及家居材料方面的应用前景展望。最后,对未来透明木材的发展趋势进行了初步描述。

碳纤维表面改性及碳纤维增强落叶松集成材的胶合性能

通过碳纤维表面改性来提高碳纤维/间苯二酚胶黏剂之间的黏结界面性能,从而提高碳纤维(CF)增强落叶松集成材(简称为CF/落叶松集成材)的胶合性能和力学性能。分别以低压等离子体和常压等离子体的方法对碳纤维布(CF)进行表面改性,研究了碳纤维表面等离子体处理及处理时间对CF/落叶松集成材胶合界面性能的影响,以及这两种改性方法对碳纤维表面性能和CF/落叶松集成材力学性能的影响。主要研究结果如下:1)确定了本试验条件下等离子处理的最佳工艺,低压等离子体处理时间为1 min,常压等离子体处理时间为10 s时,CF/落叶松集成材胶合性能最佳,静曲强度和弹性模量分别提高。经过处理的碳纤维表面产生刻蚀,表面含氧官能团明显增加。2)通过比较低压和常压等离子体处理碳纤维的效果以及对复合材料性能的影响可知,低压处理效果更好,但是常压处理可以达到改性效果且具有经济性、实际可操作性和可工业化生产等优点。

纯水相体系超声雾化法制备荧光磁性纳米纤维素微球

以水溶性荧光Cd Te量子点和超顺磁性Fe3O4纳米粒子为负载物质,以羧基化纳米纤维素为载体,结合超声雾化冷冻成型、物理包埋和Ca^(2+)的交联固化制备了均一的荧光磁性纳米纤维素(NFCs)微球,制备过程绿色环保。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、光纤光谱仪、激光扫描共聚焦显微镜、振动样品磁强计等对微球的形貌结构、化学组分、荧光(PL)强度和磁性能进行了表征。结果表明,微球为由纳米纤丝互相缠绕形成的多孔球形结构,粒径约5μm。在水溶液中,NFCs表面羧基与Ca^(2+)产生静电交联,在微球内部形成稳定的三维网络结构,而Cd Te量子点和Fe3O4纳米粒子与纤维素分子上的羟基和羧基形成氢键作用,被有效固定在微球的三维网络结构中。负载两种纳米粒子后的微球同时具有超顺磁性和荧光性,且负载前后纳米粒子的晶型和纳米纤维素的分子结构不受影响。此外,微球的三维网络结构限制了量子点之间的聚集,同时球壳保护减少了外界环境对量子点的荧光发射的影响,荧光发射强度高且稳定。

扇形雾喷头磨损对微生物农药施药性能的影响

农林病虫害防治中,微生物农药因其具有不污染环境、防治作用持久、无残留、杀伤特异性强等优点,已逐渐成为研究热点和重要方向,但因利用率较低、施药技术落后、专业施药器械匮乏等原因限制了其在农林病虫害防治中的应用。笔者分析了扇形雾喷头球头结构与雾滴尺寸、雾滴沉积量和农药中的活体微生物存活率等微生物农药活性衡量指标的相关性。建立了喷头磨损测试系统,雾滴沉积量和微生物农药活性测试系统,利用三维测量仪和激光粒度仪等试验测试了扇形雾喷头球头结构尺寸与雾滴沉积量和农药中活体微生物的存活率的变化关系。采用SPSS软件通过线性回归分析方法量化分析微生物农药活性各性能指标与扇形雾喷头球头尺寸之间的相关性,建立了线性回归数学模型。分析认为:目前沿用的喷头失效评估方法不适用于微生物农药施药,为保持微生物农药活性,满足其使用要求,TP11002型扇形雾喷头磨损率应小于6.74%,球头短轴尺寸不能超过0.5 mm,TP8004扇形雾喷头磨损率应小于6.91%,球头短轴尺寸不能超过0.45 mm。结果表明,微生物农药活性不能仅以农药中的活体微生物存活率为衡量指标,应考虑到雾滴沉积量和活体微生物存活率的综合影响。扇形雾喷头球头结构尺寸与雾滴沉积量和活体微生物存活率存在线性关系,根据扇形雾喷头球头结构尺寸的变化判断微生物农药活性是可行的。本研究结果为微生物农药施药时对施药器械的失效评估和提高微生物农药防治效果提供了理论和技术支撑。

基于生命周期评价的井干式木结构建筑环境影响研究

分析了井干式木结构的环境影响,为木结构建筑企业的节能减排提供参考。基于生命周期评价方法,根据工厂搜集的基础数据清单,采用Ga Bi 6.0软件分析了1 m2井干式木结构产品物化过程(从原材料开采到产品出厂的生命周期)中的原材料消耗、能源消耗以及对环境的污染排放,并利用软件提供的CML2001方法和数据库评价了井干式木结构产品生命周期范围内造成的环境影响。结果表明:制造1 m2井干式木结构产品,全球变暖潜值、人体毒性、非生物资源耗竭、环境酸化、光化学臭氧生成潜力和富营养化的加权后结果依次为-7.54×10^(-8),7.19×10^(-8),1.79×10^(-8),1.51×10^(-8),9.94×10^(-9)和3.79×10^(-9)。其中,全球变暖潜值和人体毒性是墙体产品环境影响的主要类型,分别占环境影响总值的-174.0%和166.0%。木结构产品从原材料获取到产品出厂可分为原材料获取、预制和运输过程3个子系统,而预制过程为环境影响的主要阶段。除去原材料获取过程中木材固定大量CO2对环境的积极影响,在环境污染方面,人体毒性占总环境影响的166.0%,为污染的绝大部分,主要由原木加工、锯材干燥、地板加工和墙体加工等工艺产生的粉尘而导致。

木材细胞壁增强改性研究进展

物理化学改性能够提高木材物理力学性能,主要源于改性剂对木材细胞壁的物理化学作用。因此,从某种意义上讲,木材改性主要是指木材细胞壁的增强改性,通过物理化学等手段,可以有效促进改性剂进入细胞壁,从而增强细胞壁。而近年来先进分析技术在木材改性领域的应用,能够更直观更准确地对木材细胞壁性能变化及改性剂分布进行表征。然而,木材细胞壁增强改性研究仍然存在许多问题,需要更系统更深入的研究。主要从物理增强、化学增强以及纳米技术的应用等方面对木材细胞壁增强改性最新研究进展进行了总结,对存在的问题进行了分析,并对今后的研究方向与可能的突破进行了展望。

马尾松松花粉多糖提取工艺

为加快对马尾松松花粉多糖的开发利用,探究提取多糖的最佳工艺组合。试验以贵阳成熟马尾松林松花粉为研究对象,采用超声破壁技术及苯酚-硫酸法测定多糖含量,通过探究料液比、提取时间、提取温度、提取次数4个不同因素对马尾松松花粉多糖提取率的影响,并结合单因素和正交试验,得出松花粉多糖的最佳提取条件。结果表明:提取次数对马尾松松花粉多糖提取量的影响最大,其次为料液比和温度,二者对多糖提取量的影响相差不大,提取时间对多糖提取量的影响最小;马尾松松花粉多糖最佳的提取工艺组合为料液比1∶10(g∶m L)、提取时间2.0 h、提取温度85℃、提取3次,提取率为11.246 3 mg/g。因此,通过此工艺组合,可提高松花粉多糖的提取率,对马尾松松花粉的开发利用具有重要意义。

集材机可更换三角形履带跨越壕沟动力学仿真分析

林区道路崎岖,沟壑极多,壕沟是其中一种极限工况,跨越壕沟能力的高低反映了集材机通过性能的强弱。利用Solidworks和Recur Dyn软件对集材机虚拟样机及其可更换三角形履带行动装置进行建模,用Recur Dyn软件对集材机在不同预张紧力、速度及工作状态(空载、装车和集材)下的跨越壕沟能力进行动力学仿真分析。研究结果表明:以预张紧力为24 k N(车重50%)跨越壕沟时,集材机运行更为稳定;预张紧力过大(38.4 k N)或过小(14.4 k N)均会导致履带断链。集材机在跨越壕沟时,速度不应低于14 rad/s,适当地提高速度有助于集材机跨越更宽的壕沟,但速度越大对履带性能要求也越高。多功能集材机空载时跨越的壕沟宽度不应超过900mm,装车时不应超过800 mm,集材时不应超过1 100 mm。

数字图像相关技术表征木竹材干缩湿胀的适用条件

数字图像相关技术(DIC)是表征木竹材干缩湿胀的有效手段。传统DIC分析需对木竹材表面施加人工散斑点,近年来也有报道利用管胞、木纤维等天然孔隙作为自然散斑点进行DIC分析,但自然散斑与人工散斑表征木竹材干缩湿胀是否具有差异尚无定论,采用自然散斑对不同树种的干缩湿胀进行表征时的适用条件也尚不明确。因此,以人工林杨木、杉木和毛竹为研究对象,对比了2种散斑方式(自然散斑、人工散斑)DIC与实测法对干缩湿胀变形的表征差异,讨论了采用自然散斑进行干缩湿胀表征时的适用条件。研究结果表明,在水分解吸、吸着过程中,2种散斑方式对木竹材干缩、湿胀变形的表征存在差异,且该差异与树种、纹理方向、相对位置等因素有关。相较于人工散斑,自然散斑与实测结果无显著差异,即自然散斑更适合表征木竹材的干缩湿胀变形。管胞、木纤维、竹薄壁细胞以及维管束均可作为自然散斑点表征干缩湿胀变形。根据作为自然散斑点的细胞类型,调整DIC相应的像素点尺寸和步长:像素点尺寸需调整至该类型细胞(腔)尺寸的1/10~1/5;步长需调整至确保子集移动距离与该类型细胞(腔)尺寸相近。研究结果为准确利用DIC表征木竹材干缩湿胀变形提供了理论依据与实际参考。

面向板式家具数字化制造的拆单软件现状与发展分析

设计制造一体化是家具企业向数字化制造方向转型升级过程中的一个重要环节,通过将设计和制造过程紧密结合,能够实现更高效、更精确的产品设计和生产制造。板式家具企业在转型升级的过程中,存在设计端和制造端两端融合不畅的问题。拆单软件是板式家具企业实现设计制造一体化的有效工具,拆单技术能够促进设计与制造的有效融合。因此,首先对拆单的内涵及意义进行了分析,其次对拆单软件应具备的4层9种关键技术体系展开具体的研究后,分别对imos、造易、DSC 3款常见的拆单软件的拆单原理、拆单方法及应用现状进行了分析,最终从智能拆单、智能检验、数据驱动的智能化管理以及与其他工业软件的衔接或集成方面对拆单软件的技术发展趋势进行了探讨,以期拆单技术能够在数字化制造的推动下实现进一步的创新与突破,从而为我国家具行业带来更加快速、高效和可持续的发展。