楊木高強度微波膨化與重構機制研究

《楊木高強度微波膨化與重構機制研究》是李賢軍為項目負責人，中南林業科技大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：楊木高強度微波膨化與重構機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李賢軍
• 依託單位：中南林業科技大學

項目摘要

楊木材質鬆軟、強度和硬度低，通過採用高強度微波對楊木進行膨化與重構處理，可以從根本上改善楊木特性，實現速生楊木資源的高附加值利用。本項目以楊木為研究對象，採用納米壓痕儀、色譜質譜儀等現代測試手段表征楊木微觀力學和細胞壁化學特性，在分子和細胞水平上研究楊木的高強度微波膨化動力學特性，構建細胞自動機木材微波膨化數學模型，模擬與仿真楊木的微波膨化演變過程及臨界膨化條件，解析木材高強度微波膨化機制；採用自主研製的木材高強度微波膨化預處理專用設備，藉助圖像處理、光譜分析、螢光顯色等技術手段，探明楊木微波膨化和膨化楊木重構規律，表征微波膨化楊木和重構楊木複合材的主要理化特性，解析微波膨化楊木重構過程中的界面性質與重構機理，最終揭示楊木高強度微波膨化與重構機制，為速生楊木高附加值功能型複合材料製造技術的研究提供理論支撐。這一研究也將為解決嚴重製約我國人工林木材高質高效利用的技術難題實現重要理論突破。

結題摘要

針對我國楊木蓄積量大、材質鬆軟、強度和硬度低，難以實現高附加值利用的現狀，根據項目任務書要求，項目組系統開展了楊木微力學特性與細胞壁化學結構、楊木微波膨化動力學特性與膨化機制、楊木微波膨化規律及膨化楊木特性、微波膨化楊木重構規律及重構複合材特性研究。 項目在系統解析楊木介電特性變化規律的基礎上，構建了微波頻段楊木介電常數和損耗因素的量化數學模型，採用數字模擬與仿真技術、有限元分析方法，建立了楊木高強微波傳熱傳質模型，仿真了高強微波場中木材內微波場強、溫度和能量利用效率等的變化規律，揭示了楊木高強微波膨化機制，探明了楊木微波膨化預處理臨界條件，獲得了最佳化的微波諧振腔型、腔體參數和微波饋入方式等。基於細觀複合材料力學和有限元分析理論，研究了楊木的細觀微力學和流變特性，創建了楊木細胞壁微力學強度和流變數學模型，探明了速生楊木細胞壁微觀流變特性、細觀破壞過程和臨界預處理條件。揭示了速生楊木高強度微波膨化預處理基本規律，表征了微波膨化楊木的主要物理化學特性，獲得了最佳化的楊木高強微波膨化條件。採用真空-加壓浸漬、凝膠原位複合等技術手段和方法，製備了功能型楊木基複合材料，表征了功能複合材的主要物理化學性能，揭示微波膨化楊木重構中的界面特性與重構機制。 本項目揭示了楊木高強微波膨化與重構機制，能為高強微波膨化預處理設備研製和預處理技術的後續研發提供理論基礎和科學依據，也為我國速生材的高附加值利用提供了新的思路和手段。