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木材多尺度界面结构及其力学性能的研究进展

2021-04-07龙克莹林兰英

中国造纸学报 2021年1期
关键词:力学性能界面结构

龙克莹 王 东 林兰英,* 傅 峰

(1.中国林业科学研究院木材工业研究所,北京,100091;2.西北工业大学文化遗产研究院,陕西西安,710072)

木材是一种多尺度且高度各向异性的非均质天然高分子复合材料,其微观结构(如细胞形貌结构、细胞壁壁层结构、微纤丝取向、化学组分的分布和结合方式等)和微观力学性能对木材的宏观力学性能会产生重要的影响[1-3]。木材的多尺度结构主要包括:毫米级的生长轮结构、微米级的细胞多孔结构和细胞壁多层结构以及纳米级的高分子结构(见图1)。

木材界面指的是木材结构中紧密接触的两相之间结构与性能有显著变化的且具有一定厚度的过渡区域,起载荷传递和应力分散的作用,对木材的强度、韧性、稳定性和耐候性都有着重要的影响。木材结构具有典型的多尺度特征,其主要界面包括:早晚材之间的界面、各种基本组织(细胞)之间的界面、细胞壁内各层之间的界面以及三大化学组分(纤维素、半纤维素和木质素)之间的界面。木材多尺度界面结构对木材载荷传递和应力分散会产生重要的影响。因此,深入研究木材多尺度界面结构特性、界面结构力学性能的变化规律以及界面结构与力学性能之间的内在关系,将有助于木材的加工改性与高效利用。

1 早晚材间界面结构及其力学性能研究

木材的宏观结构表现在横截面是由形成层通过逐年分生形成同心圆状的生长轮结构组成的复合材料[4]。由于生长环境的变化,在生长季节早期形成腔大壁薄的细胞称为早材,在末期形成腔小壁厚的细胞称为晚材。……

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