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空气介质中热处理杉木压缩木材的蠕变

北京林业大学学报 2002年第2期24卷 52-58页

作者：王洁瑛赵广杰北京林业大学工学院

该研究采用空气介质中热处理 ,对径向压缩的杉木试材进行不同温度、不同时间的热处理 ,然后测定试材在绝干状态或吸湿解吸过程中的蠕变行为 .结论为 :①热处理杉木压缩木材在常温绝干状态下瞬时柔量和蠕变柔量 (8h内 )较小 ,在常温吸湿... 详细信息

该研究采用空气介质中热处理 ,对径向压缩的杉木试材进行不同温度、不同时间的热处理 ,然后测定试材在绝干状态或吸湿解吸过程中的蠕变行为 .结论为 :①热处理杉木压缩木材在常温绝干状态下瞬时柔量和蠕变柔量 (8h内 )较小 ,在常温吸湿解吸过程中瞬时柔量和蠕变柔量 (8h内吸湿结束时或 2 0h内解吸结束时 )较大 ,吸湿木材的瞬时柔量和 8h内吸湿结束时的蠕变柔量分别可达绝干木材瞬时柔量和 8h内蠕变柔量的 1.5倍、3～ 5倍 .②吸湿解吸过程中 ,热处理杉木压缩木材的蠕变行为不同于典型的木材机械吸湿蠕变 ,蠕变柔量没有表现出较大程度的增加 .③热处理对杉木压缩木材的蠕变行为有很大的影响 .热处理温度越高 (特别在 2 0 0 ,2 2 0℃ ) ,时间越长 ,相应的试材在绝干状态或吸湿解吸过程中的瞬时柔量越大 ,某一时刻的蠕变柔量越大 .杉木压缩木材在热处理过程中 ,木材细胞壁主成分发生降解反应是各柔量增大的主要原因 .④就热处理杉木压缩木材在绝干状态或吸湿解吸过程中的瞬时柔量、蠕变柔量与相应热处理条件下回复率 (RS)的关系而言 ,柔量越大 ,RS越小 .热处理温度的高低 ,如 2 0 0 ,2 2 0或 14 0℃ 。

关键词：杉木压缩木材热处理蠕变空气介质

水分解吸过程中杉木黏弹行为的经时变化规律及其频率依存性

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林业科学 2017年第8期53卷 155-162页

作者：詹天翼吕建雄张海洋蒋佳荔彭辉常建民南京林业大学材料科学与工程学院南京210037 中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091 北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】研究木材黏弹行为在水分解吸过程中的经时变化规律及其频率依存性,明确细胞壁不稳定化现象对木材松弛转变行为的影响机制。【方法】以含水率为22.2%(对应的温度和相对湿度为30℃和85%)的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(... 详细信息

【目的】研究木材黏弹行为在水分解吸过程中的经时变化规律及其频率依存性,明确细胞壁不稳定化现象对木材松弛转变行为的影响机制。【方法】以含水率为22.2%(对应的温度和相对湿度为30℃和85%)的杉木木材为研究对象,采用动态机械分析仪(DMA Q800)测定水分解吸过程中木材贮存模量E'和损耗模量E″的经时变化,并比较不同频率(1~50 Hz)之间黏弹行为变化的异同。在水分解吸过程中,共设置3个相对湿度水平(0%、30%和60%),任一相对湿度水平下的水分解吸过程分为降湿和恒湿2个阶段:在降湿阶段,相对湿度由85%以2%·min^(-1)分别降低至0%、30%或60%;在恒湿阶段,相对湿度在0%、30%或60%下恒定120 min。此外,选取6个平衡含水率水平(0.6%、3.2%、7.4%、13.1%、17.9%和22.2%)研究水分平衡状态下木材黏弹行为在不同频率之间的差异。【结果】在所有频率下,随着解吸时间延长,木材贮存模量增加,损耗模量减小。以1 Hz频率为例,选取降湿阶段和恒湿阶段结束为时间节点,贮存模量和损耗模量变化率(|ΔE'|和|ΔE″|)及其与含水率变化率的比值(|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|)随解吸时间的变化为:在降湿阶段结束时,|ΔE'|基本等于或大于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|基本等于或大于|ΔE″/ΔMC|;但在恒湿阶段结束时,|ΔE'|小于|ΔE″|,|ΔE'/ΔMC|小于|ΔE″/ΔMC|。在降湿和恒湿阶段,|ΔE'|、|ΔE″|、|ΔE'/ΔMC|和|ΔE″/ΔMC|均随相对湿度水平的减小而增大。在解吸过程中,贮存模量随频率的增加而增大,损耗模量随频率的增加先减小后增大;损耗模量极小值对应的特征频率出现在10~30 Hz范围内。特征频率随着解吸时间的延长向低频方向移动。在含水率相同时,解吸过程对应的理论特征频率要较水分平衡状态的高。在解吸过程中,木材黏弹行为的变化在不同频率间有所差异。以损耗模量在1 Hz和20 Hz频率下的比值(E″1Hz/E″20Hz)为例,随着解吸时间的延长,E″1Hz/E″20Hz先增大后减小;在解吸过程的任一时间节点处,E″1Hz/E″20Hz在相对湿度为0%时最大,60%时最小。根据E″1Hz/E″20Hz的变化量计算细胞壁不稳定化程度的残余率,对应于相对湿度0%、30%和60%,残余率分别为2.22%、0.48%和0.37%。【结论】随着解吸时间的延长,木材刚度增加,阻尼减小;刚度的变化主要与"分子间氢键重建"效应有关,而阻尼的变化则是"分子间氢键重建"效应和"自由体积"效应的叠加作用。随着解吸时间延长,吸着水分子和"吸着水-聚合物分子链"复合基团的取向运动难度增大,表现为α力学松弛过程(由半纤维素玻璃化转变引起)和β力学松弛过程(基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基回转取向运动的力学松弛过程与吸着水分子回转取向运动的力学松弛过程二者叠加而成)的转变向低频方向移动,但细胞壁不稳定化的存在使得聚合物分子链的取向运动难度减小。随着解吸时间延长,细胞壁的不稳定化程度逐渐减弱;根据损耗模量在1 Hz和20 Hz频率下的比值可以预测达到新的平衡含水率时细胞壁不稳定化程度的残余率。此外,理论残余不稳定化程度随着相对湿度水平的降低而增大。

关键词：杉木解吸黏弹行为频率依存性细胞壁不稳定化

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基于生长轮的杉木早材黏弹性

林业科学 2019年第12期55卷 93-100页

作者：李安鑫吕建雄蒋佳荔中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室

【目的】比较不同生长轮木材早材黏弹性,探讨全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角等因子与木材黏弹性之间的关系,从细胞水平理解木材黏弹行为的作用机制。【方法】以人工林杉木为研究对象,采用X射线剖面密度仪、ZEISS Imager A1显微镜、X... 详细信息

【目的】比较不同生长轮木材早材黏弹性,探讨全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角等因子与木材黏弹性之间的关系,从细胞水平理解木材黏弹行为的作用机制。【方法】以人工林杉木为研究对象,采用X射线剖面密度仪、ZEISS Imager A1显微镜、X射线衍射仪、动态力学分析仪(DMA 2980)分别测定第3、6生长轮(心材)以及第14、18生长轮(边材)早材的全干密度、管胞胞壁率、微纤丝角、弹性模量、贮存模量和损耗模量。【结果】 1) 边材(第14、18生长轮)的全干密度比心材(第3、6生长轮)略高,4个生长轮管胞胞壁率无明显差异,微纤丝角随树龄增加呈减小趋势。2) 早材的弹性模量、贮存模量和损耗模量均随树龄增加而增大,微纤丝角与弹性模量、贮存模量、损耗模量呈显著负相关关系。3) 在本研究测量温度范围内(-120~120 ℃),4个生长轮早材均出现2个力学松弛过程: 一是在10 ℃附近的α力学松弛过程,关于其分子运动归属目前尚无统一定论;二是在-40 ℃附近的β力学松弛过程,是基于木材细胞壁无定型区中伯醇羟基的回转取向运动引起的。不同生长轮之间的力学损耗峰温度几乎无差异。4) 随测量频率(1、2、5和10 Hz)增加,β力学松弛过程的损耗峰温度移向高温方向,α力学松弛过程的损耗峰温度并不随测量频率增加而改变,即无频率依存性。5) 与位于边材区域(第14、18生长轮)的早材相比,位于心材区域(第3、6生长轮)的早材发生力学松弛过程所需的表观活化能均较大,可能是由于杉木心材相较于边材有更多的抽提物,抽提物的沉积限制细胞壁中分子链段运动所致。【结论】微纤丝角是影响不同生长轮内早材刚度和阻尼的关键因子,心材与边材表观活化能的差异可能是抽提物沉积所致。

关键词：杉木生长轮早材全干密度管胞胞壁率微纤丝角黏弹性

环割对杉木和马尾松人工林土壤微生物群落结构的影响

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林业科学 2017年第6期53卷 77-84页

作者：贺同鑫孙建飞李艳鹏俞有志胡宝清王清奎广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室广西地表过程与智能模拟重点实验室南宁530001 中国科学院会同森林生态实验站会同418307

【目的】以期揭示环割对森林土壤微生物群落结构的影响。【方法】2012年6月在杉木和马尾松人工林中分别布置6个6 m×6 m样方,每个样方至少包含5棵树。杉木和马尾松平均树高分别为16.3和15.3 m,平均胸径分别为18.5和17.2 cm。每种林分随... 详细信息

【目的】以期揭示环割对森林土壤微生物群落结构的影响。【方法】2012年6月在杉木和马尾松人工林中分别布置6个6 m×6 m样方,每个样方至少包含5棵树。杉木和马尾松平均树高分别为16.3和15.3 m,平均胸径分别为18.5和17.2 cm。每种林分随机选择3个样方进行环割,即在树木胸径处去除10 cm宽的树皮和韧皮部,以阻断光合产物的地下碳分配,剩余3个为对照。环割1个月后测定土壤基本理化性质,环割1个月和1年后采用磷脂脂肪酸方法测定土壤微生物群落结构。【结果】杉木林环割1个月后土壤可溶性有机碳含量降低了18.3%(P杉木林环割1个月后总磷脂脂肪酸、细菌、真菌、真菌∶细菌和革兰氏阴性细菌含量分别降低了10.3%,10.9%,20.0%,10.1%和13.4%(P杉木林土壤中磷脂脂肪酸cy17∶0/16∶1ω7c显著升高(P0.05)。【结论】环割导致植物光合产物供应变化,进而改变了土壤碳的可利用性及养分有效性,降低了土壤微生物生物量,改变了微生物群落结构,且对真菌群落的影响要高于细菌群落,而且环割对微生物的影响具有树种差异性。

关键词：杉木马尾松人工林磷脂脂肪酸环割微生物群落结构

磷胁迫下外源乙烯对杉木幼苗生长及磷素利用的影响

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林业科学 2021年第7期57卷 43-50页

作者：陈敏赖华燕郑姗姗李明马祥庆吴鹏飞福建农林大学林学院国家林业和草原局杉木工程技术研究中心福州350002

【目的】验证磷胁迫下添加外源乙烯对杉木幼苗根系生长的促进作用,提高磷素利用率以适应逆境。【方法】选取福建漳平五一国有林场种子园的同一个半同胞家系杉木幼苗作为试验材料,设置不供磷(P_(0):0 mmol·L^(-1)KH_(2)PO_(4))和正常供... 详细信息

【目的】验证磷胁迫下添加外源乙烯对杉木幼苗根系生长的促进作用,提高磷素利用率以适应逆境。【方法】选取福建漳平五一国有林场种子园的同一个半同胞家系杉木幼苗作为试验材料,设置不供磷(P_(0):0 mmol·L^(-1)KH_(2)PO_(4))和正常供磷(P1:1 mmol·L^(-1)KH_(2)PO_(4))2个磷水平,在不同供磷水平下设计3个试剂处理(E+:添加200 mg·L^(-1)乙烯利;E-:添加5μmol·L^(-1)乙烯合成抑制剂CoCl_(2);CK:清水),处理30天后用顶空法收集并测定根系组织内乙烯含量,测定杉木幼苗苗高、地径、根系形态、磷素含量与根系皮层细胞溶解率等指标。【结果】1)磷胁迫和外源乙烯均会促进杉木幼苗根系内源乙烯的增加,且在不同供磷水平下E+处理的根系乙烯含量高于其他处理,随着内源乙烯含量的增加,杉木幼苗根系觅磷能力增强,地上部与根系磷素含量均明显增加,磷素利用率提高;2)磷胁迫下,E+处理的苗高增量均明显低于添加乙烯抑制剂处理(E-)和不添加处理(CK),而地径增量则反之;3)E+处理有利于杉木幼苗根长、根平均直径、根体积增量的增长,各指标与根系吸收土壤中有效磷呈正相关关系,促进了杉木幼苗根系对土壤中磷的吸收;4)磷胁迫下,E+处理增加了根系皮层细胞溶解率,且3个处理间达极显著水平,正常供磷环境下差异不显著。【结论】磷胁迫下添加外源乙烯处理的杉木根系乙烯含量与根系形态生长具显著相关关系,杉木地径、根长、根平均直径和根体积明显增加,杉木苗木的磷含量与根系乙烯含量增加,根系皮层细胞溶解率提高。

关键词：外源乙烯杉木磷胁迫苗木生长指标化学挥发物

修枝强度对杉木人工林无节材形成及质量的影响

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林业科学 2024年第6期60卷 50-59页

作者：阮颖超苏比·热西塔洪林熙李明范少辉冯随起陈志云马祥庆何宗明福建农林大学林学院福州350002 国家林业和草原局杉木工程技术研究中心福州350002 国际竹藤中心北京100102 福建省邵武卫闽国有林场邵武354006

【目的】研究不同修枝强度对杉木无节材形成及质量的影响,为确定杉木大径级无节良材培育的合理修枝强度提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,对4年生杉木人工林进行不同修枝强度试验(每年修枝至树干直径6、8、10和12 cm,直至树干修... 详细信息

【目的】研究不同修枝强度对杉木无节材形成及质量的影响,为确定杉木大径级无节良材培育的合理修枝强度提供科学依据。【方法】采用随机区组设计,对4年生杉木人工林进行不同修枝强度试验(每年修枝至树干直径6、8、10和12 cm,直至树干修枝净高度达7 m时停止修枝,未修枝木为对照)。在修枝22年后,调查林木生长情况;选取各修枝强度的平均标准木共计30株并砍倒,截取7 m以下树干运回实验室,测定树干饱满度;然后采用锯板法、旋切法切割树干,测定节疤的数量、长径和短径,并统计无节材积比例、无节单板数量比例和节疤体积比例。【结果】胸径和单株材积均有随修枝强度增加而显著下降的趋势,但修枝强度对树高无显著影响;修枝强度6 cm的胸径显著小于其余处理,单株材积显著小于修枝强度10 cm、12 cm和对照(CK);修枝强度8 cm的胸径显著小于修枝强度10 cm和12 cm,单株材积显著小于修枝强度12 cm。在1.3~4.0 m木段,修枝强度6 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm和12 cm;在4~7 m木段,修枝强度8 cm的饱满度显著高于修枝强度10 cm。锯板法的测定结果表明,节疤数量呈随修枝强度增加而显著降低的趋势,节疤长径和短径均随修枝强度增加而降低,修枝强度6 cm的节疤短径显著小于其余处理。旋切法的测定结果表明,节疤的数量、长径和短径均呈随修枝强度增加而显著降低的趋势。无节材积比例和无节单板数量比例均有随修枝强度增加显著提高的趋势,节疤体积比例有随修枝强度增加而显著降低的趋势。4个强度修枝的无节材积比例均显著提高(至少51.1%),无节单板数量比例均显著提高(至少33.25%)。锯板法和旋切法的测定结果一致表明,修枝强度6 cm和8 cm的节疤分布更少更小且无节材比例提升效果更明显,修枝效果排序为修枝强度6 cm>8 cm>10 cm>12 cm>CK。【结论】修枝强度的确定取决于经营目标。若要追求更大的胸径、树高和单株材积生长但对木材质量要求不高时,可选择修枝强度10 cm和12 cm;若要追求更大的树干饱满度、无节材积比例和无节单板数量比例,以及更低的节疤体积比例和更少及更小的节疤的数量、长径和短径,但对生长量要求不高时,可选择修枝强度6 cm和8 cm。

关键词：杉木修枝强度无节材旋切法锯板法

土壤残存草甘膦对杉木幼苗生理及养分吸收的影响

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林业科学 2017年第4期53卷 56-64页

作者：周垂帆林静雯李莹刘爱琴福建农林大学林学院国家林业局杉木工程技术研究中心福州350002

【目的】基于林地除草导致的草甘膦残留问题,通过杉木盆栽探究杉木对土壤残存草甘膦的形态学和生理学响应,分析土壤残存草甘膦对杉木养分吸收的影响机制,为林业生产中草甘膦的合理施用提供理论依据,为杉木人工林的可持续经营提供基础资... 详细信息

【目的】基于林地除草导致的草甘膦残留问题,通过杉木盆栽探究杉木对土壤残存草甘膦的形态学和生理学响应,分析土壤残存草甘膦对杉木养分吸收的影响机制,为林业生产中草甘膦的合理施用提供理论依据,为杉木人工林的可持续经营提供基础资料。【方法】参考土壤残存草甘膦含量在培养基质中添加不同浓度草甘膦(0、2、5、10、20、50 mg·kg^(-1)),通过盆栽试验,测定杉木对草甘膦的形态学和生理学响应,分析草甘膦对杉木养分吸收的影响机制。【结果】草甘膦对杉木幼苗的生长发育产生影响,在高浓度草甘膦处理下,杉木幼苗生物量增量显著低于对照,同时叶片出现黄化现象。不同浓度草甘膦处理下杉木幼苗叶片生理学指标表现为:随着草甘膦浓度增加,叶片相对电导率、MDA含量、SOD活性、POD活性、脯氨酸含量总体均呈上升趋势,可溶性蛋白呈下降趋势,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均先升后降,而莽草酸含量无显著变化。草甘膦对杉木根系和叶片元素的吸收和利用影响显著,随着草甘膦浓度增加,杉木幼苗根系Cu、Mg和Ca含量均呈上升趋势。杉木叶片Cu含量增加,Mn含量先上升后下降,Zn含量则呈先降后增。【结论】高浓度草甘膦对杉木生长有负面作用,造成杉木幼苗生理紊乱,引起其养分吸收失衡,最终导致杉木幼苗生长量和成活率降低,因此在林业除草过程中应合理控制草甘膦用量,且在抚育过程中喷施草甘膦应远离杉木根系,以减少根系对草甘膦的吸收,降低其不利影响。

关键词：杉木草甘膦生理响应养分吸收

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不同测试方法下杉木锯材抗弯性能指标的确定

建筑结构学报 2023年第11期44卷 198-207页

作者：付方伟武国芳任海青钟永中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

锯材力学性能指标的确定方法包括清材小试件和足尺试件两种测试方法。我国传统原木方木结构体系中木材的设计指标主要是基于清材小试件获得,而基于足尺试件确定设计指标的差异性相关研究有待深入。因此,选取774根目测分级杉木锯材,开展... 详细信息

锯材力学性能指标的确定方法包括清材小试件和足尺试件两种测试方法。我国传统原木方木结构体系中木材的设计指标主要是基于清材小试件获得,而基于足尺试件确定设计指标的差异性相关研究有待深入。因此,选取774根目测分级杉木锯材,开展足尺试件和清材小试件抗弯性能的力学测试、数理统计、可靠度分析和相互关系研究。研究结果表明:目测等级对足尺试件抗弯性能的影响大于其对清材小试件抗弯性能的影响;采用Lognormal分布能够较好地拟合抗弯强度尾部概率分布;清材小试件、足尺试件目测等级为Ⅰ_(c)、Ⅱ_(c)/Ⅲ_(c)、Ⅳ_(c)满足目标可靠度要求的抗弯承载力抗力分项系数分别为1.34、1.11、1.15、1.42;足尺试件目测等级为Ⅰ_(c)、Ⅱ_(c)/Ⅲ_(c)、Ⅳ_(c)的抗弯弹性模量平均值分别为清材小试件抗弯弹性模量平均值的1.16、1.13、1.08倍,抗弯强度设计值分别为清材小试件抗弯强度设计值的1.37、1.12、0.76倍。

关键词：锯材杉木清材小试件足尺试件目测等级抗弯性能可靠度

基于呼吸法的硅酸盐改性杉木工艺优化与耐火性能研究

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材料导报 2021年第10期35卷 10197-10204页

作者：李萍左迎峰王向军袁光明李贤军吴义强中南林业科技大学家具与艺术设计学院天盈(广东)木业科技有限公司中南林业科技大学材料科学与工程学院

本工作探讨了工艺参数对硅酸盐改性杉木浸渍效果的影响,以获得较优的杉木呼吸浸渍工艺,并探究了改性杉木的耐火性能,可为扩大杉木应用范围和提高产品附加值提供技术支撑。以硅酸盐为浸渍改性剂,采用呼吸法制得硅酸盐浸渍改性杉木。通过... 详细信息

本工作探讨了工艺参数对硅酸盐改性杉木浸渍效果的影响,以获得较优的杉木呼吸浸渍工艺,并探究了改性杉木的耐火性能,可为扩大杉木应用范围和提高产品附加值提供技术支撑。以硅酸盐为浸渍改性剂,采用呼吸法制得硅酸盐浸渍改性杉木。通过单因素实验法和响应曲面法对呼吸浸渍工艺进行了优化,并利用丁烷喷枪燃烧和锥形量热仪(CONE)对改性杉木的耐火性能进行了测试。响应曲面法分析表明,各工艺因素对硅酸盐改性杉木的增重率的影响大小依次为:浸渍压力>硅酸钠浓度>浸渍时间>呼吸次数,优化得到最佳浸渍工艺为硅酸钠溶液为31.60%(质量分数),浸渍时间为3.80 h,浸渍压力为0.7 MPa,呼吸次数为6次。燃烧实验发现,改性杉木燃烧火焰小。锥形量热分析表明改性杉木的热释放速率(HRR)、热释放总量(THR)、烟释放速率(SPR)和烟释放总量(TSP)都明显低于杉木素材,并且残余炭结构较完整。

关键词：杉木硅酸盐呼吸法耐火性能