速生杨木微观力学性能及其表面动态润湿性

论文摘要

本文作为国家自然科学基金资助项目“酶对木材和秸秆纤维细胞表面化学基团及细胞壁弹性模量的调控变化规律研究”(30671640)的重要部分,主要侧重于预压工艺对速生杨木的细胞壁微观力学性能和表面动态润湿性的影响研究。细胞壁微观力学性能方面的研究内容主要包括:运用原子力显微镜(AFM)和纳米压痕技术(Nanoindentation)表征速生杨木细胞壁的微观力学性能(硬度和弹性模量);分析热压工艺参数(主要为压缩比、热压温度和保压时间)对细胞壁微观力学性能的影响;运用原子力显微镜表征杨木细胞的基本尺寸(细胞壁厚、壁长等),并在此基础上,构建细胞结构模型,利用平面解析法建立基于纳米压痕技术的数学模型,以揭示外加载荷与细胞变形间的关系。速生杨木的表面动态润湿性的研究内容主要包括:建立木材表面动态润湿性能表征的模型公式,并利用模型公式研究常用的各种胶粘剂(如脲醛树脂、酚醛树脂等)对速生杨木不同年轮以及同一年轮内早晚材的润湿性能关系,以及在生产应用过程中热压工艺参数(压缩比、热压温度和保压时间等)对速生杨木的润湿性能的影响关系。本文的目的是想运用微观力学研究技术以及表面动态润湿理论对速生杨木压缩的机理与条件进行更深层次的研究,从微观水平上明确并完善关于速生杨木压缩技术的相关理论。研究成果具有一定的实际应用价值,可为速生杨木改良以及复合加工提供理论支持,对其他树种的加工与利用也具有参考价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 项目研究目的与主要内容
• 1.3 技术路线及创新点
• 1.4 论文结构及各章节主要内容
• 第二部分 文献综述
• 2.1 杨木特性及其加工利用
• 2.2 木材微观力学性能研究进展
• 2.2.1 木材微观力学模型
• 2.2.2 木材细胞模型
• 2.2.3 木材横向压缩性能
• 2.2.4 纳米压痕技术及其表征
• 2.3 润湿性能及木材动态润湿性能研究进展
• 2.3.1 润湿概念及其研究内容
• 2.3.2 接触角及其测量
• 2.3.3 木材及木质材料的浸润
• 2.3.4 木材及木质材料动态润湿性能
• 2.3.5 影响木材浸润性的因素
• 第三部分 预压缩速生杨木的微观力学性能
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料选择
• 3.1.2 预处理工艺
• 3.1.3 试件制备
• 3.1.4 纳米压痕技术
• 3.1.5 AFM 及其图像表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 有效压痕的确定及细胞壁弹模与硬度的评价
• 3.2.2 预处理工艺条件对细胞壁弹模与硬度的影响
• 3.3 本章小节
• 第四部分 基于纳米压痕技术的木材细胞壁力学模型
• 4.1 理论基础与细胞力学模型建立
• 4.1.1 已有事实
• 4.1.2 木材细胞模型与基本假设
• 4.1.3 木材细胞模型的应力-应变关系
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 模型细胞壁的基本尺寸测量
• 4.2.2 细胞壁的等效弹性模量确定
• 4.2.3 木材细胞模型的应力-应变关系
• 4.3 本章小结
• 第五部分 木质材料表面动态润湿性能表征
• 5.1 木材的动态润湿模型建立
• 5.1.1 已有的基本现象与事实
• 5.1.2 基本假设
• 5.1.3 建立方程
• 5.1.4 模型求解
• 5.2 模型应用与比较
• 5.2.1 试验材料及设备
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六部分 速生杨木的表面动态润湿性能
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验材料及设备
• 6.1.2 试验方法
• 6.1.3 接触角衰减系数K 的计算
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 不同胶粘剂对杨木表面润湿性能影响分析
• 6.2.2 不同年轮间及同一年轮内早晚材间表面润湿性能分析
• 6.2.3 预压工艺参数对表面润湿性能的影响分析
• 6.3 本章小结
• 第七部分 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 不足与今后工作展望
• 第八部分 参考文献
• 详细摘要