林业工程学报 /oa 木陶瓷的研究进展及发展趋势 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001001 随着自然资源的消耗和环保意识的增强,人们不断寻找绿色资源的高质化利用方法,以木材(及其他生物质材料)为主要原材料、采用高温烧结制备的木陶瓷日益受到关注。这种新型的多孔炭材料不仅在一定程度上保存了生物质材料多层次孔隙结构特征,而且具有良好的热学、电磁学、摩擦学和电化学等特性,应用前景广阔。笔者从制备的原辅材料、胶黏剂、功能性添加剂、成型与烧结工艺、结构形态及应用前景等方面出发,详细介绍了国内外在木陶瓷方面所取得的最新成就,并从基本结构与微观形貌、孔隙大小与分布状态、力学性能与行为等方面对其理化性能进行了概括; 同时,就物相构成与微晶结构演变、金属离子掺杂机理与复合机制、结构增强机理与界面结构模型等基础理论进行探讨; 对吸波与电磁屏蔽特性、电化学与储能性能等功能进行比较与分析,并就材料、结构、制备工艺等对基本性能的影响进行了总结; 最后从基础理论的深化、制备方法的改进、基本性能的提升以及使用范围的扩展等方面为今后木陶瓷的研究提出一些建议,旨在进一步提升这种新型炭基多孔材料的性能,为其在高效储能、化工合成、电子电器、航空航天等领域得到更广泛的应用提供依据与参考。 2020年01月07 00:00 2020年01期 1 10 2982207 孙德林,计晓琴,王张恒,孙振宇,朱志红 纤维素基自愈合凝胶研究现状 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001002 纤维素是自然界丰富的天然有机高分子,具有价廉易得、环境友好、力学性能良好等优点,开发和利用空间非常广阔。传统水凝胶存在力学强度差、结构功能单一等问题,而引入纤维素及其衍生物是改善其性能的一种重要手段。因此通过物理或者化学方法对纤维素进行改性,制备具有自愈合性能的凝胶,受到科技工作者的广泛关注和研究。笔者以物理型和化学型自愈合凝胶为主线,综述了近年来采用纤维素制备自愈合材料的研究进展,为纤维素基自愈合凝胶的制备和应用提供参考。以纤维素基凝胶的自愈合机理进行分类,重点介绍了利用氢键、疏水相互作用、主-客体相互作用、金属配位作用和静电作用等物理作用,以及硼酸酯键、双硫键、酰腙键、烯胺键和Diels-Alder反应等化学作用构建的凝胶。分析了自愈合凝胶的设计思路,探讨了凝胶自愈合性能的影响因素,同时总结了基于纤维素制备的自愈合凝胶的结构特性及其在柔性电子、生物医疗、组织工程等方面的应用。最后,探讨了纤维素基自愈合凝胶所面临的问题,并展望了其研究前景。 2020年01月07 00:00 2020年01期 11 17 2886985 吴慧,李文焰,赵梦婵,卢生昌,黄六莲,陈礼辉 植物油基PVC增塑剂化学合成与应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001003 当前石油基增塑剂存在的诸多问题,尤其是邻苯类增塑剂被质疑具有持久性的生殖毒性,且在许多国家受到法规限制。而植物油脂作为精细化学品原料所具有来源广、产量大、可再生和价格低廉等诸多优势,已成为生物基增塑剂研究开发的焦点。综述了以植物油脂为主要原料通过不同的化学反应(环氧化、Diels-Alder反应、酯交换、氯代、酯化、缩聚、开环和双键加成等)对植物油脂结构中的不饱和双键、共轭双键、酯基、与酯基相连β碳上的氢、羟基和羧基进行改性,设计并合成出不同结构类型油脂基增塑剂,如环氧化植物油(环氧化脂肪酸酯)、C22-三酸酯、脂肪酸多酯、含硫脂肪酸酯、甘油酯、植物油聚酯型和阻燃型植物油基增塑剂等主要研究成果,包括合成工艺条件以及各类增塑剂对PVC制品的性能影响。与国外相比,我国油脂基增塑剂产品种类少、产量低,环氧类和氯代型油脂基增塑剂是比较成熟产品,开发其绿色的合成工艺是当下研究焦点。其他类型油脂基增塑剂除了要在结构设计、工艺开发上加大研究外,还需要加大在特定塑料制品中的应用研究。就国内情况而言,应重点开发量大价低的非食用油脂,以推动产业发展。 2020年01月07 00:00 2020年01期 18 28 1826055 冯国东<sup>1,2</sup>,马艳<sup>1</sup>,贾普友<sup>1</sup>,胡云<sup>1</sup>,胡立红<sup>1</sup>,周永红<sup>1,2*</sup> 不同织构形式硬质合金表面与木材径切面的摩擦性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001004 合理的微坑型微织构已被证明具有改善木材和硬质合金表面间的摩擦特性。采用微凹坑型织构、微凹槽织构和微网格型织构3种织构形式,在相同织构面积占有率条件下,通过摩擦特性试验与理论分析相结合,研究不同织构形式对木材表面摩擦系数的影响。研究表明:在相同织构面积占有率条件下,不同织构的类型和表面形貌对硬质合金试样与木材表面摩擦的摩擦系数有不同的影响,受摩擦长度、凹槽微织构宽度、微织构角度等织构参数的影响。当微织构与木材发生摩擦时,摩擦区域织构面积越大说明两者间实际接触面积越小,且面积越大,捕捉磨屑和硬质点的能力越强; 而主制动力越小,其产生的摩擦系数越小。在相同压力和织构面积占有率条件下,不同类型的织构试件与木材表面产生的摩擦系数均小于非织构(平面)型表面产生的摩擦系数。其中:微坑型织构产生的表面摩擦系数最小,为0.116; 凹槽型织构产生的表面摩擦系数最大,为0.182; 网格型织构随着织构角度的减小,其产生摩擦系数越小。 2020年01月07 00:00 2020年01期 29 33 3108464 李伟光<sup>1,3</sup>,许亚东<sup>2</sup>,冒旭东<sup>2</sup>,张占宽<sup>3*</sup> 基于杨木模板的二氧化钛制备及其甲醛降解性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001005 使用二氧化钛(TiO<sub>2</sub>)光催化降解甲醛,具有节能环保,清洁无毒的优点,同时TiO<sub>2</sub>光催化剂可有效降解室内其他污染物以及细菌等有害生物的污染,大大改善室内居住环境。为了提高TiO<sub>2</sub>的催化活性和制备结构优良的TiO<sub>2</sub>,以杨木为模板,通过采用水热预处理-前驱体浸渍-高温煅烧的工艺方法,进行木材模板TiO<sub>2</sub>的制备,以甲醛水溶液的降解性能为指标,对浸渍合成工艺进行优化,并结合SEM、XRD和氮吸附测试分析,对材料进行表征。研究结果表明:以杨木为模板制备的TiO<sub>2</sub>对甲醛水溶液具有一定的降解能力,优化前驱体浸渍液中钛酸丁酯:水:无水乙醇:冰乙酸=1:3:9:2(摩尔比),超声浸渍木材模板4 h,超声反应15 min的条件下制备的木材模板TiO<sub>2</sub>对甲醛水溶液的降解率最高; 在紫外光照下,杨木模板TiO<sub>2</sub>粒子受到激发光催化降解甲醛,在120 min内降解率达到12.61%,280 min内降解率达到15.17%; 杨木模板TiO<sub>2</sub>的晶型结构主要为锐钛矿和少量金红石相,平均晶粒尺寸为18.8 nm,较小的粒径度和多孔结构使得木材模板TiO<sub>2</sub>具有较强的紫外光吸收能力,进而提高了材料的紫外光降解能力。 2020年01月07 00:00 2020年01期 34 40 1886742 袁弟亮,刘玉<sup>*</sup>,王巍聪,高力娇,程进 等离子体改性热塑性树脂薄膜制备环保胶合板试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001006 为获得无甲醛释放的环保胶合板,将热塑性树脂薄膜(低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC))用作胶黏剂,并利用空气介质阻挡等离子体对热塑性树脂薄膜进行表面改性处理以提高薄膜与杨木单板的界面相容性,从而获得性能良好的环保胶合板。研究了等离子体处理对胶合板胶合性能的影响,并从等离子体处理对热塑性树脂薄膜表面化学组分及其对胶合板界面形貌的影响分析其胶合机理。结果表明:在等离子体处理功率为4.5 kW、处理时间为8 m/min的条件下处理热塑性树脂薄膜,胶合板的胶合强度得到显著提高,LLDPE /杨木胶合板的胶合强度从0.49 MPa增至0.81 MPa,PP/杨木胶合板的胶合强度从0.65 MPa提高到0.84 MPa,均达到Ⅱ类胶合板标准要求。其中用等离子体处理后PVC与杨木制备的胶合板能满足Ⅰ类胶合板的标准要求,胶合强度达到0.79 MPa。XPS分析表明,等离子体改性热塑性树脂薄膜的表面发生了氧化反应,引入了含氧官能团,提高了薄膜表面极性,有利于提高薄膜与杨木单板之间的相互作用,从而使得胶合板的界面胶合更为紧密,说明等离子体处理后树脂与杨木单板的相容性提高,树脂能在单板表面更好地附着。热塑性树脂薄膜与杨木单板制备的胶合板仅有极微量甲醛释放,其主要源于木材自身,远低于国家标准对人造板甲醛释放限量的要求。研究证明等离子体处理能明显改善热塑性树脂薄膜与杨木单板的界面相容性。 2020年01月07 00:00 2020年01期 41 47 3035059 于培静,张伟,陈敏智,周晓燕<sup>*</sup> 单板饰面黄麻毡/PF复合材料的性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001007 使用酚醛树脂(PF)浸渍黄麻毡,再通过热压方式制备成复合材料,在热压的同时将单板覆盖到黄麻毡/PF复合材料表面。对制备的复合材料进行了弯曲性能、冲击性能和表面胶合强度测试。结果表明,随着麻纤维含量的提高(与树脂质量比为1:9,2:8,3:7,4:6),复合材料的弯曲性能和冲击性能也随之提高。纤维与树脂质量比为4:6的黄麻毡/PF复合材料弯曲、冲击性能最好。与未饰面材料相比,经单板饰面后的复合材料弯曲和冲击性能得到大幅度提高(纤维与树脂质量比为4:6的饰面黄麻毡/PF复合材料的弯曲模量为8 GPa,弯曲强度为70 MPa,冲击韧性为8.9 kJ/m<sup>2</sup>)。饰面黄麻毡/PF复合材料的表面胶合强度随纤维含量的增加而下降,但都大于0.6 MPa,满足国家标准的要求。浸渍剥离长度均小于25 mm,也达到国家标准要求。通过扫描电子显微镜观察发现,树脂未完全进入麻纤维细胞腔,这有利于提高复合材料的冲击性能,同时降低材料密度; 树脂填充于纤维束之间,结合紧密。利用来源充足、价格低廉的黄麻毡可以制备出性能良好的复合材料,经单板贴面不仅提高了复合材料的力学性能,而且能够起到装饰作用,研究结果为生物质纤维的利用提供了新途径。 2020年01月07 00:00 2020年01期 48 52 2456297 张镭,张爱红,王伟宏<sup>*</sup> 角钢-集成材L形组合柱的受压性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001008 为提高装配式木结构中异形柱的力学性能,设计了一种用热压等边角钢和SPF集成材为原料,环氧树脂胶黏剂连接制作的角钢-集成材L形组合柱,作为框架结构或框架剪力墙结构的角柱。以角钢边宽度对L形柱正截面承载力的影响进行了轴压试验研究,并进行ANSYS有限元模拟,以判断模拟预测的准确性。结果表明:角钢-集成材L形组合柱相对于同截面面积的木柱而言承载能力上升37.0%~51.4%,刚度上升36.5%~72.8%,同时L形柱有良好的延性; 适当增加L形柱中的角钢边宽度可以使承载能力有效提高,但是其短边处的集成材易产生破裂,增加试件的脆性破坏; 集成材之间的环氧树脂胶合界面在破坏前后都性能良好,在材料弹性阶段钢材和木材有效共同受力,承载力计算时需要考虑钢材的塑形增强作用; ANSYS有限元模拟的角钢-集成材L形组合柱弹性模量结果和试验结果一致,误差在10%以内,模拟结果基本可靠。研究成果对于预测角钢-集成材L形组合柱在实际预制装配时的安全可靠性提供了理论依据。 2020年01月07 00:00 2020年01期 53 60 4132294 李威<sup>1</sup>,高颖<sup>1</sup>,孟鑫淼<sup>2*</sup>,胡祺斌<sup>1</sup>,邱雅琴<sup>1</sup> 杨木屑木聚糖碱法提取及其制备低聚木糖的工艺研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001009 为充分利用杨树资源,以杨木加工废弃物杨木屑为原料,研究碱法提取木聚糖的工艺条件,并采取酶法制备低聚木糖。以质量分数为1%的稀硫酸预处理可以有效提高杨木屑木聚糖的得率,较对照组提高了2倍。对比3种碱液(NaOH、KOH和NaHCO<sub>3</sub>)提取杨木屑木聚糖的得率,以NaOH提取的木聚糖得率最大。通过单因素和正交试验优化NaOH提取杨木屑木聚糖的条件,结果显示碱液质量分数10%,固液比1:10(g:mL),温度120 ℃下提取3 h所得的木聚糖得率可达到20.7%,且四因素对提取得率的影响显著程度依次为提取温度&gt;碱液质量分数&gt;提取时间&gt;固液比。碱法提取杨木屑木聚糖酸水解后产物由88.69%D-木糖、4.76%纤维二糖和6.62%葡萄糖组成且不含有阿拉伯糖,说明碱法提取的杨木屑木聚糖支链上主要连有木糖。以碱法提取杨木屑木聚糖为底物,优化了来源于嗜热菌Dictyoglomus thermophilum的重组木聚糖酶XynB-DT的酶解适宜条件:在温度70 ℃,pH 6.0, 酶用量3.00 U/mL,反应时间12 h后,杨木屑木聚糖水解产物中以木二糖和木三糖为主,并含有少量木四糖,降解率达86.2%。研究结果为杨木屑木聚糖的高值化利用奠定了基础。 2020年01月07 00:00 2020年01期 61 68 3975463 童欣怡<sup>1</sup>,李琦<sup>1,2</sup>,陈文倩<sup>1</sup>,赵林果<sup>1,2*</sup> 光催化提高黑荆树单宁与甲醛反应能力研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001010 为提高黑荆树单宁与甲醛反应能力,以纳米TiO<sub>2</sub>为催化剂对黑荆树单宁进行紫外光催化降解。以降解物的甲醛结合量为指标,分析催化剂用量对黑荆树单宁降解产物甲醛反应能力的影响。采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)测定黑荆树单宁和具有最大甲醛结合量黑荆树单宁降解产物的分子量和聚合度。采用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)对黑荆树单宁及具有最大甲醛结合量黑荆树单宁降解产物的官能团进行表征。结果表明,催化剂用量对降解物甲醛结合量的影响较大,当紫外光功率为400 W、溶液初始质量浓度为60 g/L、反应温度为(35&#177;5)℃、纳米TiO<sub>2</sub>添加量为4%(质量分数,以黑荆树单宁质量计)、降解时间为10 h时,降解物的甲醛结合量达到最大值(1.13 g/g),超过了苯酚和间苯二酚的甲醛结合量(0.89 g/g和0.94 g/g),有替代苯酚和间苯二酚与甲醛反应制备木材用胶黏剂的潜能。MALDI-TOF MS分析表明,黑荆树单宁的聚合度和分子量均有明显地下降趋势,降解物分子量分布集中于低分子量部分。FT-IR分析表明,单宁结构中连接棓酰基的醚键、棓儿茶素的苯环骨架、芳醚键、单元间C—C连接键均被破坏。以上结果表明,可通过紫外光催化降解调控黑荆树单宁的化学组成并降低其聚合度和分子量,获得的降解物具有良好的甲醛反应能力。 2020年01月07 00:00 2020年01期 69 74 1696366 陆丽晨,董梦琪,杨涛,顾钰,韩书广<sup>*</sup> FeCl2处理麻栎木材化学变色工艺及变色机理研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001011 通过化学试剂与木材中木质素、抽提物等成分发生反应,可以改变木材的颜色,从而达到对木材表面修饰的目的。以氯化亚铁(FeCl<sub>2</sub>)为变色剂,通过浸渍的方式获得了变色麻栎(Quercus acutissima)单板。利用正交试验研究了亚铁离子的质量分数、处理温度、处理时间以及干燥温度对麻栎单板变色的影响,获得了最佳处理工艺; 利用色差仪对麻栎表面的色度系数进行了测试,并通过紫外漫反射光谱和红外光谱对麻栎变色的原因进行了探究。实验结果表明:经氯化亚铁溶液处理后,麻栎单板表面变为蓝黑色,颜色均匀,纹理清晰; 影响麻栎单板变色的各因素主次顺序为氯化亚铁质量分数&gt;干燥温度&gt;处理温度&gt;处理时间。氯化亚铁对麻栎进行化学变色处理的优化工艺参数为:氯化亚铁质量分数为1.0%、处理时间为10 min、处理温度为80 ℃、干燥温度为40 ℃。碱抽提可以去除麻栎单板表面大部分可以与铁离子发生变色反应的木质素或酚类物质,碱抽提后的麻栎不再发生明显的变色反应; 麻栎与铁离子的变色反应,主要发生在木材的酚羟基和芳香环取代基上,木材中的酚类物质与铁离子络合反应是其变色的主要原因。 2020年01月07 00:00 2020年01期 75 80 1435350 曹惠敏, 王文斌, 孙伟圣<sup>*</sup>, 孙芳利, 贾世芳, 刘静怡 微囊型甲醛捕捉剂对薄木饰面人造板甲醛释放量的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001012 随着薄木饰面板在家具、装修领域中的使用量越来越大,人造板的游离甲醛释放问题也愈发引起人们关注,现有的甲醛捕捉剂一般只能在短期内发挥效果,而对人造板甲醛的长期释放控制效果并不理想。为解决人造板甲醛释放的长期性问题,以尿素为芯材、乙基纤维素为壁材制备微囊型甲醛捕捉剂,探讨不同乳化剂及芯壁比制备的微囊型甲醛捕捉剂对饰面人造板甲醛控释效果的影响。结果表明,当乳化剂为十二烷基硫酸钠、芯壁比为3:1,乳化剂用量1%、壁材质量分数3%、搅拌速度1 000 r/min时,制备出的微胶囊芯材负载效果最好,负载量达到36.24%、负载效率为8.05%。采用该微胶囊以2%的质量比与脲醛树脂胶黏剂混配进行饰面板贴面热压时,得到的薄木贴面板的甲醛释放量相比未处理饰面板降低了37.9%。经过20 d后,微胶囊对其饰面板甲醛的释放仍表现出一定的控制效果,饰面板的甲醛释放量为0.99 mg/L,仅为未处理饰面板的56.9%。说明用微囊型甲醛捕捉剂对饰面人造板进行处理不仅能够对饰面板中的甲醛进行控释,而且在长期的放置、使用过程中也能够持续发挥作用,从而达到降低室内空气中甲醛浓度的目的。 2020年01月07 00:00 2020年01期 81 87 5349678 秦香,刘玉<sup>*</sup>,许艺馨,吴淋,黄克俭,黄佳琪,王巍聪 黄麻纤维织物增强乙烯酯复合材料的制备与力学性能(英文) /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001013 织物增强聚合物(TRP)因其具有优异的机械性能而被广泛应用于汽车、建筑等领域。传统TRP材料通常以玻璃纤维、碳纤维作为增强体,由于成本高及不可降解等问题限制了发展和应用。本研究采用可生物降解的天然黄麻纤维为增强体,以乙烯酯为基体树脂,采用模压工艺制备双层黄麻织物增强乙烯酯树脂复合材料。考察经纱和纬纱的取向对复合材料密度、孔隙率及力学性能的影响。通过调整黄麻织物的纱线角度(0°,30°,45°,60°和90°),研究经纬纱角度对复合材料性能的影响,采用的模压成型工艺是80 ℃、7 MPa条件下压制2.5 h。为了考察模压温度的影响,将纱线角度为60°的试样在40 ℃的低温条件下(其余条件不变)压制成型。结果表明:与纯乙烯酯相比,黄麻纤维具有一定的增强作用,复合材料的弯曲强度和冲击强度分别提高24.77%和39.83%,拉伸性能降低30.52%。扫描电子显微镜结果显示,复合材料力学强度的提高与纱线间的孔隙分布有关。在研究范围内,经纬纱定向对复合材料的冲击强度影响比较显著。低温(40 ℃)条件下,制备的定向角为60°时的黄麻纤维增强乙烯基酯复合材料的各项力学性能达到最佳。 2020年01月07 00:00 2020年01期 88 96 4152466 小可<sup>1</sup>,薛昊<sup>1</sup>,程万里<sup>1</sup>,韩广萍<sup>1*</sup>,王戈<sup>2</sup>,程海涛<sup>2</sup> 热致液晶共聚酯增强竹塑复合材料的力学和热性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001014 与热塑性聚合物相比,热致液晶聚合物(TLCP)具有更低的黏度和更高的结晶度,以及更好的力学性能,有望用于增强竹塑复合材料(BPC)。利用不同质量分数的热致液晶聚合物(对羟基苯甲酸/2-羟基-6-萘甲酸共聚酯,HBA/HNA)作为增强相,马来酸酐接枝聚丙烯作为界面相容剂,通过熔融共混增强等规聚丙烯(PP),并以增强PP作为基体制备了竹粉质量分数为55%的BPC。通过力学测试、动态力学分析、差热分析、X射线衍射、蠕变分析、热重分析和热机械分析等方法,研究了HBA/HNA对BPC力学性能、结晶行为、蠕变行为和热稳定性的影响。结果显示,当HBA/HNA质量分数为PP质量的3%时,BPC的冲击强度和弯曲强度分别提高了35%和10%,而过高的HBA/HNA质量分数会降低增强效果。HBA/HNA未改变PP基体的晶型,但显著提高了PP的结晶温度、结晶速率和结晶度。刚性HBA/HNA限制了PP基体分子链的运动、滑移和取向,从而提高了30 ℃时BPC的抗蠕变能力。HBA/HNA的加入降低了BPC在30~60 ℃时厚度方向上的线性热膨胀系数和热膨胀率,提高了BPC的热稳定性。因此,通过HBA/HNA改性PP是提升BPC性能的有效方法。 2020年01月07 00:00 2020年01期 97 103 1574101 谭伟,郝笑龙,王清文,欧荣贤<sup>*</sup> 热处理对竹炭远红外发射率的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001015 竹炭是一种优良的可再生生物质碳材料,具有独特的孔隙结构和吸附性能,常用于制备各种功能复合材料,而竹炭因其优异的远红外反射性能被广泛应用于保暖织物和健康保健等领域。通过元素分析、FT-IR、BET和XRD等表征方法分析了热处理后竹炭的性能特征,并研究了竹炭远红外发射率的影响因素。结果表明:对竹炭进行热处理后,随着温度的上升,竹炭红外发射率呈现先维持相对稳定阶段而后上升的趋势,然后保持在较高值的现象。对竹炭进行表征后发现:当热处理温度低于600 ℃时,竹炭固定碳等组分相对稳定,其红外发射率保持稳定且无显著变化; 在温度600~800 ℃时,其红外发射率与温度则呈线性正相关; 当温度超过800 ℃时,竹炭红外发射率保持在较高值; 比表面积试验表明800 ℃热处理时比表面积达到最大值,竹炭远红外发射率与其比表面积呈正相关,而与其平均孔径则呈负相关; XRD结果表明竹炭的结晶度会影响其远红外发射率,但关联性较弱。由此可知,竹炭热处理可以提高其远红外发射率,热处理以800 ℃为宜,远红外发射率性达到0.95,且竹炭远红外发射率主要受其固定碳质量分数影响,此外还受比表面积和孔径的影响。 2020年01月07 00:00 2020年01期 104 108 1482663 钟金环,刘文芳,赵磊,张文标<sup>*</sup>,李文珠 竹炭陶的制备及其气体吸附和调湿性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001016 基于开发和利用生物质竹炭材料,以竹炭粉、凹凸棒、硅藻土等为原料,制备竹炭陶瓷复合材料,从而避免传统炭吸附材料易碎和粉尘污染的缺点。首先,将原料通过陶瓷造粒工艺制备成直径为2~5 mm的小球; 然后,在N<sub>2</sub>气氛中1 250 ℃下烧结为竹炭陶小球,并对其结构和吸附性能进行了研究。XRD测试结果表明,竹炭陶瓷复合材料在烧结前后并未改变竹炭陶晶体结构。原料的SEM测试结果表明,竹炭粉在微观结构上存在1 μm 左右的大孔,其中硅藻土的微观形貌为多孔圆盘状结构,圆盘的直径分布在20~50 μm,孔道直径在0.1~1.2 μm; 竹炭陶的SEM测试结果表明,断面结构疏松多孔,经过复合和烧结后,仍然保持了原有的孔道结构,保障了竹炭陶的吸附性能。BET法测试结果表明,竹炭陶的比表面积达到118.54 m<sup>2</sup>/g。吸附性能测试表明,竹炭陶对水分吸附率达到22.0%,对甲醛、氨气及硫化氢等有害气体的吸附率分别达到87.7%,94.6%和96.3%。实验结果表明,竹炭陶具有良好的吸湿和气体吸附性能,是一种良好的空气净化材料,在室内环境和水处理等方面具有广阔的应用前景。 2020年01月07 00:00 2020年01期 109 113 2792074 韦冬芳<sup>1</sup>,韦仲华<sup>1</sup>,金城凤鹤<sup>1</sup>,王义安<sup>2</sup>,林华<sup>2*</sup>,PEN Sytharith<sup>3</sup> 变容式多腔森林消防泵的内部流场仿真分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001017 在森林消防以水灭火装备领域,传统离心式消防泵输水距离近、扬程低,而基于三角转子发动机设计的容积泵较少,国内外在相关容积泵的研究上也很匮乏。容积式泵作为新的结构形式泵,具有体积小、输送距离远、扬程高等特点。对基于三角转子发动机进行设计的森林消防泵进行了内部流场仿真分析。建立该消防泵的三维模型,运用UDF编程实现该消防泵三维动网格仿真,选取双方程模型RNG k-ε湍流模型。进水口设为标准大气压,进水口边界条件设置为press-inlet,出水口边界条件设为press-outlet,并在该泵流场内部设置相关参数监测点、监测面,对该森林消防泵进行内部流场模拟,分析其内部流动特性。研究了森林消防泵在进出口管径相同的情况下,不同转速对该森林消防泵内部流场的影响,以及对泵的流速、流量、扬程等性能参数的影响,分别对不同转速下泵的压力场、速度场进行分析可知,在出入口管径不变的工况下,随着转速的提高,泵的出口压力、出口流量均有明显提升。在整个吸水排水过程中,进水排水流畅无滞留现象,泵的工作状态良好。选取流量和扬程作为评价泵性能优劣的指标,并对相关参数进行数值分析可知,提高转速可以提高泵的流量和扬程。当转速为5 000 r/min时,最大出口流量为0.012 7 m<sup>3</sup>/s,最大出口扬程可达494.65 m。本研究成果对变容式多腔森林消防泵的设计具有一定的参考意义。 2020年01月07 00:00 2020年01期 114 121 2883096 汪东<sup>1</sup>,周博<sup>2</sup> 基于流固耦合的环模成型机关键部件疲劳寿命分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001018 环模成型机是生物质燃料的主要加工设备,由于环模在生产过程中容易发生疲劳破坏,因此对其进行应力及疲劳分析具有重要意义。利用流固耦合分析法对以沙柳细枝颗粒为生产原料的环模成型机进行综合分析,通过简化压辊与环模模型,在保证结果精度的前提下缩短了仿真分析所需要的时间,采用的湍流模型能够更准确地反映出物料在成型过程中的流动特性。将流体域和固体域的结果进行耦合分析,得到了压辊和环模部件的最大变形量分别为0.608和0.600 mm,最大应力分别为30.50和90.05 MPa,均发生在压辊与环模的最小间隙处。分析得出压辊与环模的疲劳寿命云图,结果显示,在生物质成型过程中,环模在靠近模孔位置处由于应力集中更容易发生疲劳破坏,其最小寿命为3.12&#215;10<sup>6</sup>次。最后通过与传统应力分析方法得到的环模疲劳寿命结果进行比较,运用流固耦合分析法得到的环模疲劳寿命分析结果更加符合实际的磨损和疲劳情况,验证了运用流固耦合对环模压辊进行应力分析以及疲劳分析方法的可行性,同时为环模的研发提供了理论支持和方法借鉴。 2020年01月07 00:00 2020年01期 122 128 3681477 李震,王鹏,刘彭,高雨航,王宏强 苗木喷雾机风送系统优化设计及气流场试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001019 针对国内多风管苗木喷雾机风送距离短、机型体积与载重量大的问题,对苗木喷雾机风送系统中的多出口装置结构进行优化模拟和试验验证。设计了多排八出口、多排六出口和双排八出口3种多出口装置,采用模拟和试验相结合的方法,得出多出口装置型式对出口风速和风压的影响规律。结果表明:试验与模拟风速数据大致相似,3种装置出口风速试验值和模拟值的拟合优度分别为0.596 6,0.968 8,0.696 3,验证数值模拟方法的可行性; 多排六出口装置出口风压最高,平均风压为662 Pa,各出口风压与风速变化趋势基本一致; 多排六出口装置出口风速比八出口高,出口风速范围在29.52~34.85 m/s,各出口风速均匀性更好; 在风机3 000 r/min转速下,风管出口风速在喷雾距离0~1.5 m范围内衰减较快,在5 m处风速衰减到1.5 m/s左右; 在相同风管高度间隔时,风速边界随风管出口数量增多而增大,与出口风速无关; 风送系统外流场在4 m距离内风场垂直面的雾滴沉积分布均匀性较好,5 m距离以上均匀性较差。综合考虑喷雾机整机尺寸和承载能力,多排六出口风送系统更合理,气流射程和雾滴沉积分布能满足5 m的作业要求。 2020年01月07 00:00 2020年01期 129 138 5237259 王杰,茹煜<sup>*</sup>,周宏平,王水金,倪佳胜,张超 基于激光雷达探测的变量喷雾控制系统设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001020 变量对靶喷雾系统能够提高药液利用率,减少药液浪费。笔者确定了激光雷达探测的变量喷雾控制系统硬件结构; 研究了变量喷雾控制算法,通过采集信息计算靶标冠层体积,利用冠层体积计算对应喷嘴的PWM占空比,进而控制对应喷嘴的流速,其次分析了系统的延时,给出了系统5个部分响应时间的计算方法,实现系统延时补偿,确保了系统的实时性; 设计了激光雷达探测的变量喷雾控制系统:上位机采用MFC多线程编程,实现靶标采集、树冠体积计算、PWM生成以及延时补偿,其具有一定的人机交互功能; 下位机采用C51编程,用于接收上位机PWM指令,控制电磁阀启闭。体积计算试验验证了不同的速度和检测距离下系统靶标体积计算相对误差在10%以内,其计算方法具有一定的适用性。电磁阀控制参数与响应时间试验获取了系统PWM与喷嘴流速之间的关系参数以及电磁阀响应时间,结果表明PWM与流速之间呈线性关系,电磁阀的机构响应滞后于电信号响应约20 ms。 2020年01月07 00:00 2020年01期 139 147 2454554 束义平,李秋洁,周宏平<sup>*</sup>,陶冉,许林云 基于有限元的多级Y型银杏树模态分析与试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001021 机械振动采收是林果采收目前最有效的方式,研究林果树的固有动力学特性能够为果树在振动采收过程中激振器激振参数的选择提供依据。利用移动二维激光扫描技术获取多级Y型银杏树的点云数据,通过点云数据的处理重建树木的三维模型并采用Creo进行实体化处理,使用ANSYS对银杏树进行有限元分析并与测试结果进行对比验证。结果表明:主干和分枝之间存在一定的运动独立性,随着侧枝的分级细化会出现除主干谐振频率点以外更多的谐振频率。在有限元分析条件下银杏树的各阶谐振频率均成对出现,在同一阶模态中,仅有一个或几个树枝能够同时出现显著的振动现象,并且最大变形位置均出现在树枝末梢,以某个特定频率对银杏树进行激振并不能引起所有树枝的振动。有限元分析与试验测试结果之间的最大相对误差在低于15 Hz的低频区和高于15 Hz的高频区分别为10.40%和6.75%,有限元方法可以有效地分析果树的动力学特性。 2020年01月07 00:00 2020年01期 148 155 3579230 林欢<sup>1</sup>,许林云<sup>2*</sup>,宣言<sup>2</sup>,周杰<sup>2</sup>,刘冠华<sup>2</sup>,陈青<sup>2</sup> 基于无人机航测数据的森林郁闭度和蓄积量估测 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001022 蓄积量是评价森林资源质量或状况的重要指标,为了解决实测郁闭度和蓄积量费时费力以及无法充分利用航测原始数据生成各项数据的问题,以无人机航测数据的点云数据和正射影像为研究数据,利用冠层高度模型提取高程,通过一元线性回归分析估测平均树高和平均胸径模型; 使用改进形态学分水岭方法提取树冠个数; 通过主成分回归建立郁闭度模型; 结合提取与估测的GIS因子,用偏最小二乘法建立蓄积量模型。结果表明:平均树高模型精度为97.34%、平均胸径模型精度为91.27%,改进分水岭提取树冠精度为80.03%,郁闭度模型精度为83.18%,蓄积量模型精度可达88.43%。蓄积量模型的所有特征因子均是通过遥感方法从无人机原始航测数据中提取而来,充分利用了无人机航测数据。实验建立的树高、胸径和郁闭度模型可以有效地估测森林平均树高、胸径及郁闭度,改进后的分水岭算法减少了过分割,蓄积量模型能够有效估测蓄积量,提高了蓄积量提取效率,节省了大量的人力物力。 2020年01月07 00:00 2020年01期 156 163 4448126 苏迪,高心丹<sup>*</sup> 基于CT扫描技术的沥青混合料虚拟劈裂试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001023 为了研究不同类型沥青混合料的抗拉性能,采用Burgers模型表征沥青砂浆的黏弹性能,通过Computer Tomography(CT)扫描技术和有限元方法建立了基于沥青混合料细观结构特征的虚拟劈裂试验模型,并通过室内实测结果进行模型准确性验证。以劈裂劲度模量、拉应力最大值、拉应力平均值、拉应力方差以及应力集中性参数作为评价指标,分析了各细观结构因素对不同类型沥青混合料抗拉性能的影响。结果表明:分别从定性和定量方面证实了建立的沥青混合料虚拟劈裂试验模型具有较好的准确性; 与AC-20混合料相比,AC-13混合料表现出更优的抗裂性能和应力分散能力; 级配和集料分布特征均对沥青混合料抗裂性能造成影响; 采用橡胶沥青或者SBS改性沥青可以显著增强沥青砂浆抗变形能力和沥青混合料抗拉性能; 空隙的存在导致在一定程度上降低了沥青混合料的抗裂性能。因此,在进行虚拟仿真分析时必须准确地表征沥青混合料非均质的细观结构特征,才能有效地反映其宏观力学特性。 2020年01月07 00:00 2020年01期 164 170 2863828 李强<sup>1,2</sup>,张卓宇<sup>1</sup>,罗桑<sup>3</sup>,关永胜<sup>4</sup> 微生物固化垃圾焚烧灰渣强度试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001024 垃圾焚烧灰渣(底渣和飞灰)是生活垃圾焚烧发电后的残余固体废弃物,对其进行固化处理和资源化利用是减少该类固体废弃物占用填埋场资源的重要途径。笔者利用微生物诱导碳酸钙沉积固化细粒底渣和飞灰,通过微生物注浆试验研究菌液浓度、胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣胶结CaCO<sub>3</sub>生成量及强度的影响。结果表明,底渣和飞灰都具有一定的水硬性,其水硬固化体的无侧限抗压强度分别为174.46和381.73 kPa。底渣经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体分别提高了35.8%~120.0%,飞灰经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体则分别提高了9.5%~48.8%。随胶结溶液浓度的增大,微生物固化底渣和飞灰中的CaCO<sub>3</sub>生成量和无侧限抗压强度提高,但试样的可注性降低。稀释比1:50、菌液比1:100的菌液更利于底渣和飞灰胶结强度的提高,未稀释菌液固化效果差。与微生物固化天然砂土和粉土相比,微生物固化底渣和飞灰的无侧限抗压强度随CaCO<sub>3</sub>含量增加的增幅较缓,微生物固化垃圾焚烧灰渣的胶结效率略低。试验结果证明,微生物固化能有效改善垃圾焚烧灰渣强度的特性,微生物诱导碳酸钙沉积技术在垃圾焚烧灰渣固化处理方面具有一定的发展潜力。 2020年01月07 00:00 2020年01期 171 177 1799420 邵光辉<sup>1</sup>,陈相宇<sup>1</sup>,崔小相<sup>2</sup> 变色油墨对杉木表面水性底漆性能影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001025 变色油墨是指在温度升高或降低时,所印刷的图文信息能够根据不同的温度而表现出不同颜色效果的油墨。以杉木板为基材,以木器水性底漆为漆基,添加变色油墨制成感温可逆变色水性涂料,对漆膜的光学性能、力学性能、耐液性能进行测试,并对其微观结构和红外光谱进行分析,探究杉木表面水性底漆漆膜综合性能最佳的变色油墨含量。研究结果表明:变色油墨含量(质量分数)为15%时漆膜变色性能较佳,且颗粒分布均匀,团聚较少; 变色油墨含量20%的漆膜光泽度最高; 变色油墨含量对漆膜附着力无影响,对漆膜抗冲击力影响不大,对漆膜耐液等级无影响; 变色油墨含量对漆膜成分无影响。试验结果表明,变色油墨含量为15%时杉木表面水性底漆漆膜综合性能最佳。变色漆膜的变色机理为甲基红受热释放电子,双酚A接受电子发生颜色变化,待温度降至30 ℃左右后又恢复到初始颜色,但仍然具有变色功能,并且可反复变色。 2020年01月07 00:00 2020年01期 178 181 1415003 闫小星,常意娟,钱星雨 不同结点形式下黄荆木重组材T型构件的抗拔力与有限元分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202001026 黄荆(Vitex negundo L.)分布广泛,再生能力强,来源丰富,材质致密,性能优良,将其开发利用对生物质资源的充分利用具有重要意义。以黄荆为原料制备黄荆木重组材,测试黄荆木重组材家具结点强度并与有限元分析结果进行对比,为今后黄荆木重组材家具设计提供理论基础和数据参考。试验测定3种典型家具结点形式(双圆榫接合、三合一连接件接合、自攻螺钉接合)的T型构件抗拔力,并运用ABAQUS有限元软件对黄荆木重组材T型构件拉力进行分析。结果表明,不同T型构件的抗拔力排序为自攻螺钉接合&gt;双圆榫接合&gt;三合一连接件接合; ABAQUS有限元分析得出了类似的拉力大小排序。此外,将黄荆木重组材T型构件试验与有限元分析结果进行线性回归分析发现,线性回归方程为y=0.854 8x+131.2,R<sup>2</sup>=0.848 7。运用有限元分析代替试验,避免了传统试验中大量试验材料的浪费,同时,有限元法可以为家具设计提供理论基础和数据参考。 2020年01月07 00:00 2020年01期 182 187 3153108 奚茜,杨洋,张仲凤<sup>*</sup>