木材顺纹压缩率和PDR的变化规律与影响机制的研究

在现有技术条件下，木材只能进行单向弯曲，而且弯曲的曲率半径大，成功率低，限制了木制曲线型产品的开发和生产。木材经过处理后，利用木材的弹塑性特性进行顺纹压缩达到缩小木材长度，弯曲时可以获得更小的弯曲曲率半径和进行多维弯曲。该技术可以填补迄今为止，尚无相关研究报道的缺憾。因此，本研究以东北榆木（U. daviana var. japonica nakai）和水曲柳（F. mandshurica Rupr.）作为研究树种，在木材允许的顺纹压缩形变内，研究榆木、水曲柳幼龄材和成熟材顺纹压缩时木材弹塑性微观变化规律和成因；研究木材顺纹最大压缩率和PDR（木材顺纹压缩回弹永久变形率-Permanent Deformation Rate）变化规律以及影响机制，揭示木材顺纹压缩率和PDR变化规律及相关机理，进而实现最小弯曲曲率半径和多维弯曲。为拓宽木材应用领域，科学、合理地利用木材资源，实现木材的精深加工

本研究以东北榆木和水曲柳为研究对象，研究了木材顺纹压缩率和PDR变化规律与影响机制，完成了本项目研究计划的全部内容，取得了预期的研究成果，发表SCI论文2篇，A+类论文3篇，A类论文2篇，其他核心期刊2篇。本研究的主要研究成果如下：.（1）经过水热、微波、水热-微波、碱液和复配碱液处理后幼龄材的弹性模量、比例极限应力和最大应力均高于成熟材，木材顺纹压缩曲线分弹性阶段和弹塑性阶段，弹性区域呈直线变化，基本符合胡克定律；弹塑性阶段曲线呈现出一段平滑的曲线，本构关系是由两个部分构成，一是常数项（比例极限应力），二是应力-应变的线性关系表达式。.（2）五种软化处理后的榆木、水曲柳幼龄材PDR值均大于成熟材，但是幼龄材也具有较大的变异性；水热微波处理可以获得最大的PDR和最小的弯曲曲率半径；顺纹压缩后的幼龄材和成熟材平均密度均有所提高，微密度在试件长度方向的波动性降低；顺纹压缩前后木材的解剖性质没有显著性变化；经软化处理后，幼龄材和成熟材中半纤维素和木质素发生降解和缩聚，使纤维素分子链间空间变大，有利于纤维素分子链在顺纹压缩过程中滑移和卷曲，增加木材顺纹压缩PDR值，同时，也可以使纤维素非结晶区的分子链趋于有序，提高木材的相对结晶度；软化处理后，幼龄材微纤丝角小于成熟材，验证了幼龄材在顺纹压缩过程中具有较大弹性模量；幼龄材在顺纹压缩时能形成较大的PDR，在保压过程中重新形成的化学键成为提高后续弯曲性能的阻碍，幼龄材的最小弯曲曲率半径大于成熟材。.（3）根据不同软化处理试材顺纹压缩弹性模量及其对应近红外光谱数据，建立了近红外光谱与木材顺纹压缩弹性模量的预测模型，其校正模型与验证模型具有较好的相关性；根据弹性模量和木材弯曲曲率半径之间的线性关系，实现近红外光谱分析技术对木材顺纹压缩后弯曲最小弯曲曲率半径和多维弯曲的类型的预测。