时域核磁共振技术在木材科学研究领域的应用

时域核磁共振技术（TD-NMR）作为一种先进的表征手段,能快速、精准测量木材中自由水和吸着水的动态变化,也可以基于水分信息表征木材孔隙分布,因此已被广泛应用于木材科学研究领域。文中归纳了时域核磁共振技术用于测量木材含水率、水分性质、水分分布及木材孔隙分布的方法,并对主要研究结果进行综述,以期为相关领域的研究和应用提供理论参考。     

不同干燥方法对杉木人工林木材浸注性的影响

采用高频真空干燥、常规窑干和高温干燥3种方法对杉木人工林木材的心、边板材进行干燥处理,用毛细管上升法评价干燥后试样的浸注性能,用半薄切片法测定干燥试样具缘纹孔的闭塞率,最后用扫描电子显微镜观察干燥试样微观构造的变化,比较分析3种干燥方法对杉木人工林木材浸注性的影响机理.结果表明:对于杉木边材,经高频真空干燥后试样的浸注性显著高于常规干燥和高温干燥后试样的浸注性,后2种干燥方法对试样浸注性影响的差异并不显著;对于杉木心材,高频真空干燥与高温干燥后试样的浸注性存在显著差异,而高频真空干燥与常规干燥之间、高温干燥与常规干燥之间对试样浸注性的影响差异均不显著;3种干燥方法处理后,杉木边材的浸注性均显著高于心材的浸注性;具缘纹孔的闭塞率较低以及部分具缘纹孔周缘破裂是高频真空干燥后木材浸注性提高的主要原因.     

X射线扫描法和切片法测量干燥过程中杉木含水率分布的比较研究

以杉木Cunninghamia lanceolata人工林木材为研究对象,分别采用X射线扫描法和切片法研究了常规干燥过程中木材内含水率分布规律,以期检验X射线扫描法的测量精度,探讨采用X射线法动态检测干燥过程中木材内含水率分布的可行性。结果表明:在各个干燥阶段,X射线扫描法测得的厚度方向各层含水率测量值与用切片法得到的含水率测量值之间无显著差异（P＞0.05）,且两者之间相关的决定系数在0.90以上;在整个干燥阶段,切片法测量的每层含水率值大多低于利用X射线扫描法的测量值,在含水率较高阶段（55%,46%,34%）,两者之间的差值大于含水率较低阶段（26%,20%,12%,8%）。由此可见,采用X射线扫描法测量干燥过程中木材内含水率分布是切实可行的。图1表1参13     

木材动态粘弹性的含水率依存性

该文研究了不同含水率平衡态下杉木人工林木材的动态粘弹性质.测定的温度范围为-120~40℃,频率范围为0·5~10Hz.结果表明:①随着含水率增加,木材的贮存模量随温度升高而降低的程度增大.②在测定温度范围内观察到两个力学松弛过程,较高温度域的α力学松弛过程是由低分子量的半纤维素发生玻璃化转变引起的;低温域的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与吸着水分子的回转取向运动两者叠加而成.③力学松弛过程的损耗峰温度随着含水率的增加而降低,随着测量频率的增加而向高温方向移动.④力学松弛过程的表观活化能随着含水率的增加而减小.     

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。