《水·熱周期作用下木材的變形回響及吸附熱力學特性》是依託北京林業大學，由馬爾妮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水·熱周期作用下木材的變形回響及吸附熱力學特性
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：馬爾妮
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
溫、濕度變動環境中木材物性的研究是近年來木材物理學者關注的焦點問題。本項目以不同尺寸的杉木、楊木為研究對象，考察它們在水、熱周期作用下的變形回響和吸附熱力學特性，即通過濕度正弦變化、溫度正弦變化和溫濕正弦變化三種水熱條件，研究不同周期下木材在順、橫紋上尺寸變化的振幅、相位滯後、各向異性及殘餘應變等；同時，利用Clausius-Clapeyron公式計算微分吸著熱、自由能及微分吸著熵，分析木材中水分的吸著狀態，探討熱力學吸著滯後現象；最後，通過周期建立木材的變形回響與吸附熱力學量之間的聯繫，從水分子與木材實質分子相互作用的微觀角度解析木材在巨觀上表現出的吸著和變形行為。.本項目不但有助於解釋水、熱非平衡態下木材的一些特異現象，豐富乾縮濕脹機理及木材物理學理論；還可為木製品在加工、使用中尺寸穩定性的調控提供技術參數，更對最佳化水熱工藝參數，促進木材彎曲等非穩態加工技術的發展具有重要的現實意義。
結題摘要
木材是一種天然吸濕性材料，其水分吸著、乾縮濕脹等各種物理性質都會受到環境溫、濕度的影響。由於日常及季節性溫、濕度的變化，木材總是不斷地進行吸濕和解吸，與此同時，其尺寸也發生相應的變化。因此，溫、濕度變動環境中木材物性的研究是近年來木材物理學者關注的焦點問題。 本項目以不同尺寸的木材為研究對象，考察它們在水、熱周期作用下的水分吸著、變形回響和吸附熱力學特性，即通過濕度正弦變化、溫度正弦變化和溫濕正弦變化三種水熱條件，研究不同周期下木材含水率變化的振幅、相位滯後、吸濕滯後，以及橫紋尺寸變化的振幅、相位滯後、各向異性及殘餘應變等；同時，利用Clausius-Clapeyron公式計算微分吸著熱、自由能變化及微分吸著熵，分析木材中水分的吸著狀態，探討熱力學吸著滯後現象。研究主要發現：1、在水分周期作用下，隨著周期的延長，木材含水率及弦、徑向尺寸的振幅有所增加，相位滯後有所下降，溫度的升高具有相同的作用，而試材厚度的增加則產生相反的效果；木材弦向尺寸變化率與徑向尺寸變化率之比亦呈正弦趨勢，但始終小於靜態條件下的橫向各向異性；基於木材表面水分交換和內部水分擴散提出的動態吸著模型具有一定普適性，對於針、闊葉樹種及不同厚度的試材，均獲得了良好的模擬效果。2、溫度周期作用與水分周期作用不同之處在於，木材尺寸的回響在相位上與溫度變化反相滯後；此外，在熱周期作用的動態條件下，木材表現出膨脹滯後的行為和形變積累現象。3、在水、熱共同周期作用下，木材達到的含水率與尺寸變化率大於兩種獨立作用，但是明顯小於二者的疊加值；另一方面，木材水分與尺寸回響的振幅與水分、溫度單獨作用的疊加值相差不大。4、 微分吸著熱、自由能變化及微分吸著熵隨著含水率的增大而減小，隨著周期的增大而增大，隨著試材厚度的增大而減小；木材同時存在著水分吸濕滯後和熱力學吸著滯後現象，前者與試材厚度及溫度呈負相關，後者則與試材厚度及溫度呈正相關。 本項目不但有助於從水分子與木材實質分子相互作用的微觀角度解析木材在巨觀上表現出的吸著和變形行為，從而豐富乾縮濕脹機理乃至木材物理學的內涵和外延；還可為木製品在加工、使用中對其含水率和尺寸穩定性的調控提供技術參數，更對最佳化水熱工藝參數，促進木材彎曲、表面壓密等非穩態加工技術的發展具有重要的現實意義。
