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[硕士论文] 郑泽宇
林业信息技术 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:应力波无损检测技术对于林木保护有着重要的意义。由于传统木材横截面成像难以获得在径切面上木材缺陷的形状、大小和位置,为了更好的反映树木内部的缺陷情况。本文对木材径切面内部缺陷成像的方法进行研究。
  1、基于应力波在木材径切面上的传播规律,提出一种木材径切面上应力波传播速度修正方法,用于筛选经过缺陷部位的路径,并将应力波的传播速度转换成径切面上的预估点的值,结合反距离加权插值方法提出一种速度修正插值方法(VCI)实现对木材径切面的二维成像,成像结果可以较好的反映树木内部的缺陷情况。
  2、提出一种基于路径分组插值法的木材径切面缺陷成像方法(GI),利用分组方法对应力波的传播路径进行分组,将分组内的应力波路径根据速度大小进行缺陷的判定。将缺陷路径使用特殊点进行标注,使用改进后的插值方法进行木材径切面的插值成像,实现木材径切面的缺陷成像。
  3、使用应力波无损检测仪器对实验样本进行样本数据采集,并利用MFC平台对算法进行编写实现木材径切面缺陷成像。对5个不同形状的树木缺陷进行数据采集,同时比较了VCI、GI与IDW算法的成像效果。GI与VCI插值方法要好于IDW方法的结果,具有更好的缺陷重建效果,可以真实的反映树木内部的缺陷情况。同时从定量角度分别分析了三种方法。最后引入混淆矩阵的概念对三种方法进行定量分析,结果表明VCI和GI方法均要好于IDW方法,其中VCI方法的成像结果在平均准确度、精确度、查全率的表现最好。
[硕士论文] 袁琛
机械工程 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:竹子作为一种天然的生物复合材料,从微观到宏观形成了多层次的分级结构。同时,竹材又是一种可再生、可降解的天然复合材料,它具有生长快、产量高、高性能等特点。目前,研究竹材的方法一般将竹材视为均质各向同性材料,但未从微细观结构层次进行分析,必然使其研究结果与实际结构差异较大。本文将竹材视为维管束和基体组成的单向复合材料,采用宏细观力学相结合的方法,运用ABAQUS有限元软件和有限元相关理论,研究了毛竹的细观结构和宏观层面的力学性能之间的关系。主要研究结论如下:
  1.根据对竹材拉伸实验结果的分析,运用复合材料混合定律对竹材细观力学参数的进行预测。通过分析维管束的分布特征及梁单元理论的运用,用Python语言编写建立拉伸模型的脚本,接入ABAQUS建立有限元拉伸模型并对其进行分析,得出维管束参数与实验预测数据吻合良好;
  2.视纤维及其周围基体为纤维束,作为建立微观层面的RVE代表性体积单元,并根据维管束的形态特征,创建GUI用户交互界面,通过改变维管束中纤维束个数和参数,建立维管束细观力学模型;
  3.以维管束作为RVE代表性体积单元,根据试件中间截面建立宏观拉伸力学模型并进行有限元分析,得到拉伸模型的相关参数与拉伸实验进行对比分析,间接验证了维管束力学参数的可靠性。
[硕士论文] 周涵婷
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:近年,木材无损检测技术和数字图像处理技术得到了迅速的发展。计算机断层扫描技术(CT)作为一种先进的木材无损检测手段,具有图像准确、清晰、无叠加、图像空间分辨率高,能直接进行数字化处理等优点。因此,CT检测技术目前已被广泛应用于的木材无损检测领域。
  本文以冷杉、杉木和红松三种树种圆盘为试样,在不同温度(15℃、-5℃和-20℃)下对试样进行CT断层扫描,获取了系列CT二维断层图像。在此基础上,将CT技术与数字图像处理相结合开展研究,内容包括:原木断层图像中CT值分布规律的研究;原木断层图像的伪彩色处理研究;原木断层图像的三维重建研究。通过研究,期望为不同温度下(尤其低温时)辨识原木及活立木内部结构变化(包括水分状态等)提供新的思路和技术手段,为后续研究奠定基础。主要研究工作如下:
  (1)通过在原木CT图像上拾取不同方向上特征点的CT值,归纳原木CT图像上CT值的变化规律,分析温度与原木截面上的CT值的相关关系并探讨CT值随温度产生的变化及其原因。从而定量的反映出不同温度下木材内部的变化情况,为后续研究温度对木材内部水分的状态和含量变化提供依据。
  (2)基于直观的CT图像分析理念,采用灰度级-彩色变换方法,分别应用彩虹码和热金属码两种编码方法直观地对比分析不同温度下增强后的原木CT图像,并对两种方法的增强效果进行评价。评价结果表明,伪彩色增强显著提高图像的视觉分辨率,减少视觉的直观判断误差,为研究不同温度下木材内部结构、各相组分的变化情况提供一个新的思路。
  (3)运用三维重建技术对原木CT图像进行重构,能够准确获取木材内部的各种信息。本文利用MIMICS软件实现原木的三维模型重建,对比分析不同温度下原木各区间的三维模型和模型内部不同视角的彩色剖面图的变化,探讨不同温度下原木内部结构的变化,为以后进一步研究温度对原木内部结构和水分分布等物理性质的变化打下了良好的基础。同时,通过分割原木的心、边材,建立了相应的三维模型。该方法简单易用,三维重建效果较好,运算速度快,能进一步的应用于木材的合理利用和虚拟锯切。
[硕士论文] 李楠
林业信息技术 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:木材鉴定工作对木材科学和产业发展具有重要意义。目前材种鉴定工作工序繁琐,易受图像分割技术以及特征提取算法等因素影响,识别结果无法满足快速、准确地鉴定大批量木材的要求。近年来,深度学习技术在图像识别领域的重大突破,其被广泛应用在很多领域,且取得了不错的应用效果。因此,本文基于深度卷积神经网络技术,以木材扫描电镜图像为研究对象,对木材的分类任务进行研究。
  针对小样本木材扫描电镜图像数据集分类问题构造了一种轻量级卷积神经网络模型——WSEMNet(Wood scanning electron microscopy network)。其中,木材显微图像数据集收集于日本森林综合研究所,经过图像预处理之后共计1210张图像,包含10个树种。WSEMNet结构中使用了两层Inception V1模块提高网络中参数的利用效率,并在激活函数之后使用Batch Normalization方法对网络结构进行优化,从而提高训练收敛速度,减少模型训练时间。初始模型在木材扫描电镜图像数据集(WSEMDatast)上进行训练,从而获得最终的分类模型。最后,使用测试集的图像作为网络的输入来验证模型的分类效果,将得到的分类结果与已知的标签进行对比,得到测试集的准确率。
  实验结果表明:(1)通过在木材扫描电镜显微图像数据集(WSEMDataset)上对10种木材进行分类测试,WSEMNet的平均识别率达到99.15%,GoogLeNet和AlexNet模型的平均识别率分别是58.49%和75.47%。(2)基于相同的迭代次数,WSEMNet模型与全尺寸的GoogLeNet模型相比,其训练时间减少了25%。(3)在ReLU激活函数之后使用BN层有助于提升网络模型的整体效果。(4)与传统的“特征+分类器”方法相比,WSEMNet模型对小样本木材扫描电镜图像数据集进行分类,能够在更少的训练时间内实现更高的识别率,具有更好的鲁棒性。
[硕士论文] 宋丽
林产化学加工工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:竹醋液是竹炭加工过程中的副产品。未经处理的竹醋液(竹醋原液)含有竹焦油和苯并芘等对农作物或人体有害的物质。蒸馏法是去除竹醋液中苯并芘等有害成分的有效方法,因此,竹醋蒸馏液的应用前景更加广阔。竹醋液具有农药增效、抑菌等生物活性,据报道,竹醋液对印楝素杀虫活性具有增效作用,尚不清楚竹醋液对印楝素的光解是否产生影响,从而影响了药效。为回答上述科学问题,本研究以竹醋蒸馏液为研究对象,研究了竹醋蒸馏液对印楝素和噻虫嗪的光解影响,利用液相色谱-飞行时间质谱(LC-Q-TOF-MS)技术,建立了印楝素和噻虫嗪农药的检测方法,利用吹扫捕集-热脱附-气相色谱质谱(P&T-TD-GC-MS)技术,比较了竹醋原液和竹醋蒸馏液的化学组成,评价了竹醋蒸馏液中主要成分苯酚、愈创木酚对印楝素A光解的影响。旨在为竹醋蒸馏液在农药光稳定剂应用奠定基础。主要研究结果如下:
  (1)建立了LC-Q-TOF-MS测定印楝素A和噻虫嗪的检测条件。采用反相C18色谱柱(150×2.1 mm i.d.,1.8μm),以乙腈-水为流动相,梯度洗脱,流速为0.25 mL/min,柱温为30℃,进样量2μL,印楝素A和噻虫嗪的检测波长分别为215nm和254 nm。
  (2)建立了在线固相萃取(Online-SPE)结合LC-Q-TOF-MS测定印楝提取物中5种印楝素的方法。印楝样品经70%乙腈提取,采用反相C18色谱柱(150×2.1 mm i.d.,3.5μm),以乙腈-水为流动相,梯度洗脱。优化后方法的回收率(82.0~102.8%),线性(R2≥0.9991),精密度(0.83~4.83%)和检测限(0.34~0.76 ng/mL)满足定量分析要求,该方法简便可靠,成功用于印楝种子和叶子提取物中印楝素的测定。
  (3)竹醋蒸馏液对植物源农药印楝素A光解的影响。在高压汞灯照射下,竹醋蒸馏液对印楝素A表现出显著的光猝灭效果,其中,印楝素A在纯水中的光解半衰期为4.47min,当印楝素A与稀释30倍的竹醋蒸馏液混合后,其光解半衰期为10.83 min,半衰期延长了2.42倍。在玻片表面,竹醋蒸馏液与印楝素A混合后,印楝素A的光解半衰期延长至4.13 min,是空白对照的1.4倍。总之,竹醋蒸馏液在水中和玻片表面均能抑制印楝素A的光解,且印楝素A的光解半衰期与竹醋蒸馏液浓度呈剂量-效应关系。
  (4)竹醋蒸馏液对化学农药噻虫嗪光解的影响。在高压汞灯照射下,噻虫嗪在稀释30倍的竹醋蒸馏液中的光解半衰期为7.37 min,与未加竹醋蒸馏液的对照相比,光解半衰期延长了6.5倍。在氙灯照射下,噻虫嗪在稀释30倍竹醋蒸馏液中的光解半衰期为3.38h,与未加竹醋的对照相比,光解半衰期延长了1.7倍。因此,在水溶液中,竹醋蒸馏液能提高噻虫嗪的光稳定性。
  (5)竹醋蒸馏液挥发性成分分析。采用吹扫捕集-热脱附-气相色谱质谱法,比较分析了竹醋原液及竹醋蒸馏液的挥发性组分。结果表明,竹醋原液中检出挥发性成分的数量为24种,竹醋蒸馏液中检出挥发性成分的数量为26种。2种竹醋液中相对含量≥2%的共有成分为:乙酸甲酯、乙酸、糠醛、苯酚、愈创木酚。
  (6)竹醋蒸馏液光猝灭机理探讨。利用GC-MS方法,分析比较了竹醋蒸馏液照光前后的化学组分变化,结果表明,竹醋蒸馏液中的酚类物质在数量和相对含量上产生了明显的减少。进一步开展竹醋蒸馏液的主要成分苯酚和愈创木酚对印楝素A光解的影响,结果发现,苯酚和愈创木酚均对印楝素A的光解产生光猝灭作用,因此,确认了竹醋蒸馏液中酚类物质是产生抑制农药光解作用的主要成分。
  综上所述,本研究建立了印楝素等农药的检测方法,首次发现了竹醋蒸馏液具有抑制印楝素和噻虫嗪等农药光解的作用;明确了竹醋蒸馏中苯酚、愈创木酚等酚类化合物是光猝灭作用的主要活性成分,竹醋蒸馏液有望作为光稳定剂应用在农药制剂中,为竹醋蒸馏液的高附加值利用提供研究基础。
[博士论文] 仇洪波
木基复合材料科学与工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:我国具有丰富的人工林资源,人工林木材生长周期短,但存在材质松软、硬度小、强度低、易于变形等问题。化学改性处理可以提高木材的力学强度、尺寸稳定性和耐久性,拓展速生材的应用范围,提高其附加值。目前,传统的有机溶剂型改性剂在使用过程中会挥发有害气体,对环境和人体健康造成损害,并且很难渗透到细胞壁内,改性效果不太理想。水溶性改性剂可以避免使用有机溶剂,同时改性剂为极性单体,更容易渗透到细胞壁内,目前关于水溶性单体改性木材的研究还很少,有待深入研究。
  本论文以速生杨木为研究对象,分别采用马来酸酐、甘油复合处理,水溶性乙烯基单体处理和有机/无机协同处理三种方式改性木材,主要研究了不同因素对改性材尺寸稳定性(ASE)、吸水率、流失率、力学性能和热稳定性的影响。分析了改性剂在木材细胞壁内的分布规律以及与细胞壁成分的反应机理。阐明了水溶性单体对速生杨木的增强机制。主要结论如下:
  (1)马来酸酐(MA)和甘油复合改性可以显著改善木材的尺寸稳定性,但是会降低木材的静曲强度和弹性模量。结果表明,各因素对改性材ASE的影响排序为:酯化反应温度>酯化反应时间>预处理反应温度>预处理反应时间> MA浓度。马来酸酐和甘油复合改性木材的ASE值可达到91.05%,但改性材的静曲强度(MOR)和弹性模量(MOE)明显低于素材,分别降低62.53%和22.56%;红外光谱分析和扫描电镜观察证实,改性剂渗透并固着在细胞壁内。
  (2)以甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)和N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)为改性剂对速生杨木进行改性,可以提高改性材的尺寸稳定性和力学性能。结果研究表明,改性剂的配比、改性剂浓度和引发剂均会对改性材的物理力学性能产生影响。木材改性的较优工艺条件为HEMA/NMA比例80∶20、改性剂浓度40%、氯化钙/双氧水(CaCl2-H2O2)为引发剂。在此条件下制备的木材ASE、MOR和MOE分别提高60.77%、20.19%和38%;扫描电镜-能谱连用仪分析表明,改性材的细胞壁厚度增加40.73%,改性剂主要分布在细胞壁内,填充细胞壁空隙。
  (3)采用有机/无机协同作用改性木材,可以进一步提高改性材的物理力学性能和热稳定性。结果表明,不含有二氧化硅的改性材吸水率为79.25%,当二氧化硅添加量为5%时,改性材的吸水率为61.84%。与不添加二氧化硅的改性材相比,5%二氧化硅添加量的改性材静曲强度和弹性模量分别提高6.27%和10.5%;改性材的热稳定性均低于素材,随着二氧化硅添加量的增加,改性材的热稳定性提高;扫描电镜-能谱连用仪分析表明,当二氧化硅含量5%时,改性后木材的细胞壁厚度增加46.77%,细胞壁内Si元素增多,说明改性剂渗透并固着到木材细胞壁内。当二氧化硅含量7%时,改性剂在细胞腔内沉淀固化并且填充细胞腔。
  (4) HEMA/NMA与细胞壁组分的接枝机理研究表明:通过FT-IR和NMR核磁证实了水溶性乙烯基单体与细胞壁组分发生接枝共聚;引发剂从D-纤维二糖C2位置的-OH中夺取氢原子形成自由基,D-纤维二糖自由基引发水溶性乙烯基单体接枝共聚形成大分子聚合物;木质素在引发剂作用下形成自由基,引发水溶性乙烯基单体接枝共聚;对木质素活性位点的研究表明,水溶性乙烯基单体主要与木质素中的酚羟基接枝共聚。
[硕士论文] 艾娟娟
土壤学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:为推进林业废弃物资源化利用,优化珍贵用材树种育苗实践,本试验以西南桦和柚木为试验对象,以木纤维、锯末、椰糠和沤制树皮等林业废弃物为主要基质原料,配制成16种不同配方基质,通过对苗木生长形态指标、生物量指标和生理指标的测定及分析来研究不同基质和施肥配方对西南桦和柚木生长状况的影响,最终筛选出最适合两树种的苗期基质配方和施肥配方,为林业废弃物资源化利用及两珍贵树种育苗提供理论数据和技术支撑,研究结果如下:
  1、基质配方筛选试验:以木纤维、锯末、椰糠和沤制树皮为主要基质原料,分别与辅料草炭、黄心土、珍珠岩、蛭石和火烧土以不同的体积比混合配制成16种不同配方基质,并以西南桦和柚木常用基质黄心土为主料的配方T1[V(黄心土)∶V(锯末)∶V(火烧土)=6∶3∶1]作为对照,结合基质的理化特征综合分析两种苗木在不同基质中的生长状况,筛选出适合西南桦生长的最佳基质配方为T11[V(椰糠)∶V(木纤维)∶V(草炭)=3∶4∶3],其中T12[V(椰糠)∶V(木纤维)∶V(草炭)=3∶3∶4]育苗效果也较好,但考虑到本研究目的是为了减少草炭使用量,因此,仅将T11作为西南桦最佳育苗基质配方。筛选出适合柚木幼苗生长的配方有三个T10[V(木纤维)∶V(草炭)∶V(珍珠岩)=5∶3∶1]、T11和T12,其中育苗效果最好的为T12,T11次之,但同样考虑到减少草炭的用量,因此,筛选出最适合柚木幼苗生长的配方亦为T11,T10作为备选基质。
  2、施肥配方筛选试验:在以T11[V(椰糠)∶V(木纤维)∶V(草炭)=3∶4∶3]为栽培基质的基础上,综合分析不同施肥配方对西南桦和柚木苗木生长状况的影响,研究结果表明:(1)N、P、K配方施肥两苗木生长效果好于单因素施肥;(2)通过单因素施肥得出氮肥对两苗木生长效果影响最显著,其中N1(氮0.3 g)西南桦长势较好,N4(氮1.2 g)、N5(氮1.5 g)柚木长势较好;每株施氮0.3g以上时,西南桦幼苗随着氮肥施入的增加,苗木生长反而会受到抑制;(3)通过三因素五水平二次回归通用旋转设计不同施肥配方试验,建立施肥配方与苗木质量指数回归模型,计算得出最佳施肥配方,西南桦最佳施肥配方为0.6 g氮,0.9g磷,0.6 g钾;柚木最佳施肥配方为0.25 g氮,1.80 g磷,1.20 g钾。
[硕士论文] 徐佳
高分子化学与物理 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是一种绿色环保的聚合物,其制品在医学材料、农用生产、交通工具、电子电器、日常生活用品等领域都有广泛的应用。木材是一种天然多孔结构的高分子材料,存在热稳定性差、易燃烧等缺陷。目前,有机物改性木材以酚醛树脂,脲醛树脂等研究较多。然而,他们会释放含有醛类的物质,对于人们的生存环境有很大的危害。本研究合成了六种无毒环保的聚酯,并用六种聚酯分别改性辐射松木材,制备了聚硬脂酸丁二醇酯改性木材(PBSt/wood)、聚棕榈酸丁二醇酯改性木材(PBP/wood)、聚甘油硬脂酸酯改性木材(PGS/wood)、聚甘油棕榈酸酯改性木材(PGP/wood)、聚丁二酸丁二醇酯改性木材(PBS/wood)和高温聚丁二酸丁二醇酯改性木材(HPBS/wood)。红外(IR)分析证实合成的六种聚酯均生成了酯基的C=O伸缩振动峰,证实六种聚酯制备成功;六种聚酯改性木材的IR谱图都出现聚酯的C=O伸缩振动峰,且改性后木材的内部被聚酯填满,证实聚酯改性木材制备成功。其中,HPBS/wood的热稳定性最好,PGS/wood的疏水性效果最好。
  根据六种聚酯改性木材的热稳定性强弱,本论文重点研究了热稳定性最好的PBS/wood和HPBS/wood的结晶度、疏水性和燃烧性能。PBS/wood和HPBS/wood的XRD谱图中均有PBS的特征衍射峰;与HPBS相对比,HPBS/wood最大降解速率温度提高了10℃。锥形量热分析表明,与未改性辐射松原木对比,HPBS/wood的热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)和烟生成速率(SPR)均明显降低,展现了明显的阻燃和抑烟效果,但是PBS/wood的热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)明显增加。
  HPBS/wood的最大降解速率温度大于HPBS,其原因可能是HPBS与木材发生了化学反应。采用氯仿提取PBS/wood和HPBS/wood木材中的物理填充的PBS和HPBS,得到EPBS/wood和EHPBS/wood木材复合材料。EHPBS/wood的C4(O-C=O)成分的出现,且EHPBS/wood的红外谱图中C=O伸缩振动谱带由1712cm-1转移到1736cm-1,以及在1036cm-1处的C-H吸收峰被分成1059cm-1和1022cm-1的两个吸收带,以上XPS和IR分析共同证实了HPBS与木材的一部分羟基之间发生了键合作用。
  为了提高PBS/wood和HPBS/wood改性木材的热降解成炭率、阻燃和抑烟效率,制备了硼酸/聚丁二酸丁二醇酯复合改性木材,探究了其结晶度、内部形貌、热稳定性和燃烧性能。与未改性木材相比,B-PBS/wood和B-HPBS/wood的最大降解速率温度分别提高了27℃和23℃,改性后木材的残炭量也明显提高;锥形量热分析可知,与未改性辐射松对比,B-PBS/wood的热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)、烟生成速率(SPR)和CO生成速率(COP)明显降低;与PBS/wood相比,B-PBS/wood的HRR和THR也均显著降低;与HPBS/wood对比,B-HPBS/wood的COP明显降低,表明硼酸/丁二酸丁二醇酯改性木材复合材有较好的阻燃和抑烟效果。
[硕士论文] 程思
木材科学与技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:木材是绿色环保的可再生资源,因其良好的性质被广泛应用于建筑、家具、室内装潢等方面。但因为木材本身结构的原因,使得木材易受液体污染,改善木材表面润湿性可以有效防止液体对木材表面的污染。同时,随着空气污染越来越严重,室内空气环境质量越来越受到人们的重视,而将具有光催化活性的物质负载于木材表面,可以使木材能够光催化降解液相污染物和气相污染物,具备净化空气的新功能。SiO2和TiO2具有稳定性高、安全无毒、价廉等优点,较多的应用于木材表面润湿性改良,而TiO2更是具有强氧化性,将其负载于木材表面可以赋予木材光催化活性。为了获得高疏水性和可见光下高光催化活性的改良木材,本论文先制备了负载硅钛复合膜的木材,探讨了影响复合膜结构与性能的因素,并根据正交实验结果得出最优工艺;之后利用Bi2O3对木材表面硅钛复合膜进行光催化改性,探讨了Bi掺杂量对复合膜结构和性能的影响;最后利用十八烷基三氯硅烷(OTS)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对负载Bi2O3掺杂硅钛复合膜的木材进行疏水改性,探讨了OTS和PDMS改善复合膜表面润湿性的机理。主要研究结果如下:
  (1)硝酸和乙烯基三乙氧基硅烷的用量对木材表面硅钛复合膜的化学基团影响较大;硝酸是影响复合膜中TiO2是否结晶的主要原因,能促进TiO2由无定形转变为锐钛矿型;而SiO2会促进TiO2由锐钛矿相到金红石相的转变,并且会降低锐钛矿相TiO2的晶粒尺寸,促进金红石相TiO2的生长;木材表面负载硅钛复合膜后由亲水性变为了疏水性,不同干燥温度对疏水性的影响最大;木材表面硅钛复合膜的光催化活性受硝酸用量和乙烯基三乙氧基硅烷的用量的影响最大,罗丹明B脱色率分别为61.4%和94.7%;
  (2)木材表面负载硅钛复合膜的最优制备工艺为钛醇比1∶5,钛硅比1∶0.2,钛酸比1∶0.5,钛水比1∶1,干燥温度100℃,据此制备得到的改良试材接触角达125.9°,紫外光下180min内对罗丹明B的脱色率达到94%;
  (3)BiCl3经反应后生成Bi2O3,Bi2O3的掺杂能够抑制TiO2由锐钛矿型到金红石型的相变,同时抑制TiO2晶体的生长,影响TiO2的结晶度;Bi2O3掺杂能够促进复合膜的吸收波长红移至可见光范围中,使其在可见光下具有光催化活性,在降解罗丹明B和气体甲醛的反应中光催化活性变化规律相同,当n(Ti)∶n(Bi)=1∶0.015时,负载Bi2O3掺杂硅钛复合膜的木材试样具有最佳的光催化活性和最高的反应速率,反应过程符合一级动力学反应;Bi2O3掺杂会降低复合膜的表面疏水性,接触角随Bi掺杂量的增加而下降;
  (4)OTS和PDMS通过增加木材表面Bi2O3掺杂硅钛复合膜的表面粗糙度,降低其表面自由能的共同作用来提高它的疏水性,OTS疏水改性的整体效果优于PDMS;疏水改性处理对木材表面Bi2O3掺杂硅钛复合膜的光催化活性影响较小,可见光下对罗丹明B和甲醛的降解率仍在90%以上。
[博士论文] 倪海明
林业工程自动化 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:三维重建技术的不断发展,使得对木材表面形貌的三维重建研究也迅速发展起来。虽然应用X射线计算机断层扫描(CT)技术能够对原木的内部结构进行精确的三维重建,但对于结构复杂的木材表面形貌,其重建结果欠佳。另外,X射线对人体的辐射伤害也较大,在实验室外使用很难做好辐射防护,难以实现对活立木树干表面形貌的扫描和三维重建。地面三维激光扫描技术的产生和测量精度的不断提高,使得使用高精度的地面三维激光扫描仪在野外实现对活立木树干表面形貌的精确三维重建成为可能。对树干表面形貌的精准三维重建研究,对进一步精确计算树木胸径、材积、生长量等参数,研究活立木生长状况随季节、气候、人工干预等因素影响的变化情况,研究森林的树种组成结构,监测和评估名树古木的健康状况,以及建立活立木精准三维重建图像数据库和名树古木三维数字化档案具有十分重要的意义。
  为了实现对树干表面形貌的全方位的精准三维重建,采用三个Gocator2080三维智能激光扫描仪以等边三角形对称安装的方式,设计了一种由高精度平移升降装置(包括高精度平移台和双层开口环抱式三维激光扫描仪安装架两部分)、辅助升降车和中控设备三大部分组成的多激光扫描仪硬件系统。
  为了去除原始采集的树干表面形貌三维激光点云数据的噪声点,引入当前处理数据点与邻域数据点之间的距离与两数据点法向夹角余弦值的乘积作为特征保持权重因子,对传统的双边滤波三维点云数据滤波去噪方法进行了改进。分别使用传统双边滤波去噪算法和改进后的双边滤波去噪方法对红松树干表面形貌三维激光点云数据进行了去噪和平滑处理。实验结果证明与传统的点云数据双边滤波去噪算法相比,采用当前处理数据点与邻域数据点之间的距离与两数据点法向夹角余弦值的乘积作为特征保持权重因子改进后的双边滤波算法能够更有效地去除三维点云数据中的噪声点,在去除已有噪声数据点的同时,不会引入新的噪声数据点,能够更好地保持三维点云数据模型的表面尖锐特征。
  为了在对树干表面形貌三维激光点云数据进行精简的同时,尽可能地保留树干表面形貌的尖锐特征点。分别使用目前针对散乱点云数据处理效果较好的基于包围盒的二次曲面点云精简算法和基于包围盒的法向量估计点云数据精简算法对红松树干表面形貌三维激光点云数据进行了精简处理。实验结果证明,在尖锐特征区域基于包围盒的法向量估计点云数据精简方法对特征数据点的保留程度较基于包围盒的二次曲面点云数据精简算法略有提高。考虑到点云数据尖锐特征的保留程度会直接影响后期对多片点云数据进行配准的准确性,确定在进一步的研究中选用基于包围盒的法向量估计点云数据精简算法来对树干表面形貌三维点云数据进行精简处理。
  采用七参数法通过设计一个四球标定靶对多激光扫描仪硬件系统的双层开口环抱式架体上安装的三个坐标相互独立的Gocator2080三维激光扫描仪的坐标进行机械标定。基于经七参数法机械标定的多激光扫描仪硬件系统所采集的三片点云数据在空间位置上已经接近精确的匹配位置,在对其中两片点云数据进行ICP匹配之前,预先设定点云匹配的旋转角度阈值θx0,θy0和θz0,使用基于局部几何特征改进的迭代最近邻ICP点云匹配算法对三片点云数据进行配准,使用经典的Delaunay三角网格化方法对红松树干表面形貌进行三维重建。从重建图像中能够清晰的分辨出腐朽、节子、裂纹、凹陷等木材表面缺陷,几乎看不出拼接痕迹。对旋转角度阈值的设定,减少了迭代计算的时间,避免了由于两片点云重叠区域比重过小和迭代计算在局部极小值处收敛而引起的匹配失败。
  提出了一种结合“表面平面转换”、灰度共生矩阵和SOM神经网络识别方法的基于树干表面形貌三维激光扫描点云数据的树种分类识别方法。为了证明这种树种识别方法的有效性,本课题从中国北方常见的红松、白桦、李子、水曲柳和榆树五个树种中选取了树木胸径20cm~40cm之间的300个样品组成了一对由测试集和训练集组成的数据库。并用这对测试集和训练集以及它们的子集进行了大量树种分类识别实验。实验结果表明,所提出的结合“表面平面转换”、灰度共生矩阵和SOM神经网络的基于树干表面形貌三维激光扫描点云数据的树种识别方法能够正确的进行树种分类识别。树干表面平整程度、纹理倾斜角度和胸径尺寸是影响识别准确性的三个主要因素。缩小识别样品数据库中样品的胸径范围,能够大大提高树种识别的准确率。
  使用三维激光扫描仪对树干表面形貌的精准三维重建及树种识别研究,为进一步精确计算树干胸径、材积、生长量等参数,研究森林的树种组成结构,监测和评估名树古木的健康状况,最终实现活立木精准三维重建图像数据库和名树古木三维数字化档案的建立提供了可靠的技术基础。
[硕士论文] 黎韦水
木材科学与技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:目前,无论是市场上的木材商、生产商,还是植物学、木材学的专家都对降香黄檀和东京黄檀是否为同一树种存在巨大争议。为了寻找降香黄檀和东京黄檀在木材解剖构造和木材抽提物化学成分上的差异与联系,本文以三种产地的降香黄檀和三种产地的东京黄檀为主要试验材料,采用木材解剖技术分别对其宏观、微观木材解剖结构分析,找出其在宏观和微观上的差异与联系。同时分别选取其心材、过渡材及边材进行木材抽提物化学成分研究。探究不同的抽提工艺对降香黄檀和东京黄檀木材抽提物抽提率的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪、GC-MS、液质联用等分析技术对比分析降香黄檀和东京黄檀木材抽提物成分。本文主要结论如下:
  (1)木材构造对比:不同产地降香黄檀和东京黄檀宏观、微观构造特征和木射线结构参数差异不显著。不同产地的降香黄檀和东京黄檀管孔、轴向薄壁组织的类型、材色、花纹、气味等存在无规律性差异,心材、过渡区和边材的木射线类型、种类和高度也存在无规律性差异,这些差异可能与产地有关,不一定为树种间差异。
  (2)降香黄檀和东京黄檀木材抽提物抽提最佳工艺为选用索氏抽提器,加入苯醇2∶1的提取溶剂,抽提8h。此时可获得较高的降香黄檀和东京黄檀木材抽提物的抽提率,心材抽提物抽提率最高可达16.23%。
  (3)不同产地降香黄檀和东京黄檀心材、过渡区和边材的一维、二阶红外光谱峰形相似度较高,差异性不显著。在一定程度上说明降香黄檀和东京黄檀所含抽提物的类型基本一致。故在一维、二阶红外光谱上很难将两个树种进行区分。
  (4)根据不同产地降香黄檀和东京黄檀心材、过渡区和边材抽提物气质联用的分析得到它们所含有的化合物种类和相对含量具有一定的差异,但差异无规律性。鉴定出的主要化合物有橙花叔醇、红没药醇、反式-橙花叔醇、6,7-环氧蛇麻烯、磷酸三丁酯、美迪紫檀素、3,4-二甲氧基苯乙烯、刺芒柄花素、柚皮素等。
  (5)根据不同产地降香黄檀和东京黄檀木材抽提物超高液相色谱质谱联用仪分析得到它们的总离子流图高度相似,因此化合物种类和含量基本一致。运用主成分分析法对总离子流图进行对比分析,得到不同产地降香黄檀和东京黄檀的心材、过渡区和边材均不能构成一簇,差异无规律性。可能与产地有关,不一定为树种间差异。
  降香黄檀和东京黄檀在木材构造、抽提物化学成分等存在一定差异,但这种差异不明显,作者认为降香黄檀和东京黄檀为同一树种。
[硕士论文] 孙禹
控制理论与控制工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:木材含水率(Moisture Content,MC)作为木材能否长期稳定使用的工艺参数,同时又作为衡量干燥质量的标杆,是检验干燥过程好坏的重要指标。在木材含水率检测中,电测法因其方便性及高效性而被广泛应用于木材干燥实际生产中,但由于木材的含水率在纤维饱和点附近因木材物理特性会发生改变,驱使木材含水率呈现一种非线性的变化趋势,导致在此点附近的含水率测量会出现偏差,甚至是大幅度的失真。一旦数据发生偏差就可能导致干燥过程中出现失误,面对经济价值较高的木材时,如果出现失误不仅损失原材料,同时也浪费了加工时间,严重影响了生产的质量和效率。由此可以看出,加强对木材纤维饱和点附近含水率的检测是一项十分必要的工作。
  为了预测木材纤维饱和点附近的含水率数值,首选柞木和杨木作为研究对象,依据其干燥基准分别对其进行干燥过程实验,并采集分析影响木材含水率的实验参数(干球温度,湿球温度,材芯温度,风机速度等)。然后分别利用BP神经网络、蚁群算法和改进的蚁群算法进行参数优化和木材含水率的预测研究,将预测结果与称重法所得的实际含水率数值做对比,分析预测误差及算法运行时间,从而讨论三种算法对木材含水率的预测效果。
  文中主要选取的分类预测算法-蚁群分类算法Ant-Miner是一种可以和经典的分类算法相媲美的分类技术,它基于群智能中的蚁群算法。然而,Ant-Miner没有充分利用蚁群的思想,并且它的启发式策略包含有局部信息。与蚁群算法不同,Ant-Miner的启发式函数值随着算法的运行而不断发生变化,增加了算法的计算复杂度。为了提高Ant-Miner处理数据的效率,采用了一种改进的蚁群分类算法mAnt-Miner+。该算法借鉴了mAnt-Miner的多蚂蚁构建蚁群的思想,并使用了一种新的启发式策略。通过木材含水率预测的仿真结果表明,mAnt-Miner+在不影响预测精度和规则简单性的情况下,提高了运行效率,与Ant-Miner相比降低了预测的误差,提高了算法的预测精度,具有较高的工程实用价值。
[博士论文] 周贤武
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:前人研究表明C3H(香豆酰莽草酸/奎宁酸羟化酶)和HCT(莽草酸/奎宁酸羟基肉桂酰转移酶)基因的下调会降低木质素并引起其单体含量的变化,但是化学组分改变对转基因杨木构造和物理力学性能的影响以及两个基因的影响效果差异仍不清晰。本论文以银腺杨无性系84K(Populus alba×P.glandulosa cv'84k')非转基因、C3H RNAi转基因和HCT RNAi转基因一年生植株为研究对象,利用光学显微镜测量、氮气吸附法(NAD)、X射线衍射法(XRD)、乙酰溴法、二维核磁共振法(2D HSQC NMR)和纳米压痕技术等材料结构与性能表征方法,重点研究转C3H和HCT基因杨木微观构造、化学组分、细胞壁密度和细胞壁力学性能变化规律,揭示C3H基因和HCT基因下调杨木细胞壁结构(包括构造特征和化学组分)变化对其性能的影响机制,并对两个基因对构造和性能的影响效果进行对比分析,为转C3H基因杨木和转HCT基因杨木性质的早期评价提供基础数据。
  本论文试验条件下得出的主要结论如下:
  (1)转基因杨木生长特征和单位面积导管数量。转C3H基因和转HCT基因杨木的树木生长均受到了抑制,主要表现为转C3H基因杨木和转HCT基因杨木直径分别减小9.6%和8.3%,差异显著(P<0.05)。转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的单位面积导管数量分别减少了6.5%和5.2%,差异显著(P<0.05)。
  (2)转基因杨木胞壁率和孔隙结构。非转基因杨木,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的胞壁率分别为40.27%,45.10%和43.71%,转C3H基因杨木增大12.0%,转HCT基因杨木增大8.5%,差异显著(P<0.05)。非转基因杨木,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木BET比表面积分别为0.6266 m2·g-1,1.7247 m2·g-1和0.7141 m2·g-1,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的BET比表面积较非转基因植株均显著增加(P<0.05)。
  (3)转基因杨木纤维素结晶结构。转C3H基因和转HCT基因杨木纤维素结晶度均显著增加(P<0.05),分别增加18.5%和16.1%。转C3H基因和转HCT基因杨木纤维素微晶宽也显著增大(P<0.05),分别增大7.5%和6.4%。
  (4)转基因杨木化学组分。采用傅立叶红外光谱法初步分析发现转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的特征峰高比值I1507/I1382,I1507/I895显著减小(P<0.05),表明其木质素含量降低。进一步采用乙酰溴法对转基因杨木木质素含量进行重点分析,得出转C3H基因杨木和转HCT杨木木质素含量均发生了极显著的降低(P<0.01),其中转C3H基因杨木木质素含量由21.11%降至14.80%,转HCT基因杨木木质素含量则由21.11%降至16.82%。最后采用单糖组分分析法分析主要化学组分含量,除了发现转C3H基因杨木和转HCT基因杨木木质素含量均降低外,转HCT基因杨木的木糖含量增加,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的甘露糖含量均降低了17.2%,转C3H基因杨木的半乳糖含量增加,而转HCT基因杨木其含量降低,转C3H基因杨木的葡萄糖含量下降而纤维素含量增加,以上变化均在P<0.05水平差异显著。
  (5)转基因杨木木质素结构和单体比例。在非转基因杨木、转C3H基因杨木和转HCT基因杨木木质素中均包含β-O-4'、β-β'、β-1'、β-5'、对-羟基肉桂醇末端基、紫丁香基单元、愈创木基单元、对-羟苯基单元、对-羟基苯甲酯结构和阿魏酸酯结构。在C3H基因和HCT基因下调的转C3H基因杨木和转HCT基因杨木中与G单元相连的β-O-4相对量减少。转C3H基因杨木S单体和H单体含量增加、G单体含量降低、S/G值增加,而转HCT基因杨木S单体含量降低、G单体含量增加、S/G值减小。
  (6)转基因杨木细胞壁基本密度和纳米压痕力学性能。非转基因杨木、转C3H基因杨木和转HCT基因杨木细胞壁基本密度分别为0.688 g·cm-3,0.579 g·cm-3和0.650 g·cm-3,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木的木材细胞壁基本密度均显著减小(P<0.05)。未被树脂渗透的非转基因杨木、转C3H基因杨木和转HCT基因杨木木纤维纵向弹性模量分别为16.04 GPa,16.99 GPa和17.18 GPa; C3H基因和HCT基因下调的两种杨木木纤维次生壁纵向弹性模量分别增大5.9%和7.1%,差异显著(P<0.05)。未被树脂渗透的非转基因杨木、转C3H基因杨木和转HCT基因杨木木纤维次生壁纵向硬度分别为0.528 GPa,0.474 GPa和0.527 GPa,转C3H基因杨木和转HCT基因杨木木材木纤维次生壁纵向硬度均减小,其中转C3H杨木降低较显著(P<0.05)。
  (7)杨木细胞壁结构对细胞壁基本密度和力学性能的影响。转C3H基因杨木和转HCT基因杨木细胞壁基本密度减小的主要原因是细胞壁孔隙结构的增加和木质素含量的降低,相关系数分别为-0.9614和0.9295。转C3H基因杨木和转HCT基因杨木细胞壁纵向弹性模量随着纤维素结晶度、微晶宽和综纤维素含量的增加而增加,相关系数分别为0.9624、0.9566和0.9207。一年生杨木细胞壁硬度与BET比表面积密切负相关,相关系数为-0.9714,而与细胞壁基本密度密切正相关,相关系数达到0.9446,转C3H基因和转HCT基因杨木细胞壁硬度的降低主要是由BET比表面积的增大和细胞壁基本密度的减小引起的。
  (8)转C3H基因杨木和转HCT基因杨木性能对比。转C3H基因杨木较转HCT基因杨木胞壁率大、比表面积可及性大、纤维素含量高、木质素含量降低多、S/G值大,预示着在后期成材的利用中,转C3H转基因杨木较转HCT基因杨木可能更适合用于制取纤维素材料和生物质能源。
[硕士论文] 李永博
木材科学与技术 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:速生木材树脂浸渍改性是木材改变物理力学性质的一种方法,经过改性后的木材能够提高密度、力学指标、尺寸稳定性等,使速生木材得到更广阔的应用。但树脂进入木材与木材发生反应,必然会导致木材表面润湿性和表面能的变化,同时带来游离甲醛和VOCs的污染。
  本文通过研究低分子量脲醛树脂和异氰酸酯浸渍强化材接触角和表面能,分析两种树脂浸渍对速生杨木表面性质的影响。通过对两种强化材饰面,研究增重率和表面胶合强度的关系,同时分析两种杨木强化材贴面后游离甲醛与VOCs的释放规律。采用水性木器漆、硝基漆和聚氨酯漆对30%增重率的杨木强化材涂饰,向三种漆中加入不同质量的纳米TiO2和纳米ZnO,检测漆膜质量和涂饰后试件VOCs释放量的变化。
  主要结论如下:
  (1)两种树脂浸渍杨木均提高了杨木的润湿性。脲醛树脂杨木强化材的表面自由能随着增重率的增加而增加,非极性分量与极性分量均增加趋势。随着增重率的增加,异氰酸酯杨木强化材表面自由能呈下降趋势,非极性分量与极性分量均减小。
  (2)脲醛树脂强化材贴面后表面结合强度增重率增加先增加后下降,在增重率为20%时表面结合强度最高。异氰酸酯强化材贴面后的表面结合强度随着增重率增加持续下降,在增重率为70%时表面胶合强度最低。使用30%增重率下的异氰酸酯强化材作为基材研究不同施胶量对表面结合强度的影响,结果表明:施胶量100g/m2时胶合强度最高,达到了1.448MPa。
  (3)贴面后两种强化材游离甲醛释放量均先增加后降低,脲醛树脂浸渍强化材游离甲醛释放量高于异氰酸酯浸渍强化材。饰面后的VOCs以芳香烃类、烷烃类和脂类为主,还含有少量的醛酮类、烯烃类和其他物质。
  (4)纳米氧化物的添加增强了三种涂料的硬度、耐磨性、附着力。在水性木器漆、硝基漆和聚氨酯漆中各加入两种不同梯度的氧化物,试件的TVOC释放量均有下降。加入二氧化钛后水性漆在添加量为0.05%时释放量最低、硝基漆中以添加量为0.3%时的TVOC释放量为最低,聚氨酯漆在添加量为0.1%时释放量最低,加入氧化锌后三种漆均以0.05%添加量时释放量最低。
[博士论文] 宋军卫
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:森林文化价值作为森林生态系统服务价值的重要组成部分,近年来被人们愈加重视,但由于非物质化的特点,其衡量方法一直是学界难点。本文在明晰森林文化价值边界和对现有森林文化价值评估的方法进行汇总分析的基础上,以时间和空间作为主要变量提出森林文化币的概念,在非货币化尺度上探讨森林文化价值的衡量标准,提出森林文化资本的概念,将不同类别的森林文化价值资源拟合为森林文化资本,以森林文化币为价值尺度对森林文化价值进行评估。
  初步建立森林文化价值的理论框架,对森林文化价值的定义、内涵及主要构成进行阐述。认为森林文化价值是伴随着人类产生而产生的,并在人类与森林的互动共生和社会发展中不断积累而成,主要是指森林以特有的性质为人提供非物质化的服务,其内容可划分为以下几个方面:
  (1)森林美学价值是审美主体和审美客体相互作用产生,从层次上可划分为感官层次、意象层次和意境层次,从内容上可分为色彩美、声音美、形态美和意韵美;
  (2)森林休闲游憩价值主要指人们利用闲暇时间在森林中进行娱乐休闲活动,其主要功能有疗养恢复、促进个人发展和社交;
  (3)森林康养价值主要指森林通过特有的生态环境从生理和心理上提升人的健康水平;
  (4)森林科教价值基于森林的科教资源通过现场解说、场馆展示、标牌展板、主题活动、科普实践等方式开展各类教育活动及为科学研究提供研究对象和研习基地;
  (5)森林历史价值,基于森林存在、古树名木、人类活动遗址、文化古迹等载体和符号展现人类历史价值;
  (6)森林宗教艺术价值,通过揭示森林和宗教、艺术及民俗的密切联系说明森林对人精神世界的影响。
  构建森林文化币核算模型,将森林文化价值的核算转换成森林文化资本核算。根据森林文化价值的特点构建了森林文化币流量基础核算模型、在森林文化力条件下的森林文化币流量拓展模型及在承载容量约束下的森林文化币流量核算模型。其中基础模型主要基于人们在单位面积上实际时间消费为依据,在森林文化力条件下的森林文化币流量拓展模型是在基础模型基础上引入了森林文化力指标体系,通过建立起8个一级指标18个二级指标的森林文化力评价体系,采用AHP方法确定指标权重,依据国家相关标准和现有文献确定评分标准实现对森林文化力的计算,将计算结果作为修正系数来消除由于区域、层次、质量等因素造成的文化价值评估误差;在此基础上,考虑到承载容量对森林文化价值的感知的影响,建立起以空间容量、生态容量和经济发展容量为基础的森林文化时间承载容量核算模型,对超载部分进行衰减处理从而使计算更具准确性。
  以香山公园为案例点进行森林文化币实证研究,综合运用网络问卷、实地调研、文献查询等方式获取相关数据,累计回收有效问卷375份,对游憩者的人口学统计数据、森林文化价值偏好和动机、森林文化价值感受度等方面进行调查并通过相关软件进行数据处理。经计算香山公园的日最高承载力为13182人,森林文化资源时间承载容量115474.4万分钟,森林文化力指数0.86,森林文化币基础流量模型下森林文化价值量为638.04万森林文化币,在森林文化力条件下的拓展模型下,其森林文化价值量为1186.75万森林文化币,加入承载容量约束条件后森林文化价值量调整为1182.32万森林文化币。
[博士论文] 徐明
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:论文以国外木质结构材管理制度为背景,对我国结构材使用和管理现状进行分析,分析了对我国结构材产品实施认证的必要性和可行性、适应性,研究了我国结构材产品认证制度、认证风险及企业应对策略,并基于均衡博奕模型和成本效益模型对结构材产品认证质量及成本效益进行探讨。主要结论如下:
  (一)相比较木结构产业发达国家的结构材管理制度,我国结构管理制度存在资源配套有待完善、标准体系有待健全、使用管理有待统一、产品认证制度有待开展等问题。从国际接轨、产业发展、规范市场、安全保障四个方面看我国实施结构材产品认证十分必要,从认证制度、本土化发展、技术依据、实施时机四个方面看我国实施结构材产品认证可行。
  (二)推行结构材产品认证制度适应我国政策体制、适应木结构产业发展。通过SWOT分析得到,我国开展结构材产品认证制度,需要建立结构材产品认证准入机制,大力宣传产品认证信用保证功能。根据结构材在木结构中不同用途,结合我国结构材生产企业现状,采取先后不同时段实施认证制度的策略。由于结构材产品质量关系到木结构居住安全和寿命,要采取强制性产品认证制度。
  (三)我国目前初步构建了结构材标准体系,为结构材产品认证提供了技术依据,但依然存在结构材标准不完善,标准技术不统一,标准化进程不协调等问题。在我国认证制度下,建立了结构材产品认证、检查和检测机构、认证活动行为、认证人员等基本制度,并对结构材产品认证实施规则进行研究,明确结构材认证单元、依据及相关要素。根据结构材产品特点,总结了结构材产品认证制度特殊性要求。在结构材产品认证制度实施过程中,我国应采取政府出台准入机制、建立政府、行业和企业积极合作机制、推动结构材产品认证国际互认、提升认证信用功能等策略。
  (四)结构材产品认证的风险主要分为认证制度风险因素和生产企业风险因素两类,通过风险管理分析,明确了各类风险的影响等级、发生概率、严重等级。在Borda序值分析中产品质量一致性风险在所有风险中最为严重,在认证制度风险中认证行为风险等级最高,要加强这两类风险的管理。
  (五)通过均衡理论模型分析,政府监管对结构材产品认证质量提升具有重要作用,采取处罚机制、质量曝光等手段能够有效降低结构材企业和认证机构勾结进行虚假认证,促使双方博弈过程中提升认证质量。通过成本效益模型分析,结构材产品认证要更注重长期效益,政府部门、行业组织应积极推动结构材产品认证的社会效益,企业在开展产品认证时要关注盈利平衡点,提高抗风险能力,进行有效产量控制。
  (六)我国结构材企业在产品认证制度实施过程中,要密切关注产业信息,以主动积极的态度应对,建立企业质量管理体系提升管理水平。在应对结构材产品认证制度时,企业要加强设备设施、技术人员、工厂质量保证能力等要素建设,确保工厂设备设施、技术水平和管理体系满足认证实施规则要求。
[硕士论文] 龙军
木材科学与技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:巨尾桉(Eucalyptus grandis x E.urophylla)是广西人工林大面积种植的桉树树种之一,具有优良的特性,进一步研究巨尾桉木材性质与胶合特性及其相互关系,对于提升木材及其胶合产品质量具有重要的意义。本试验对巨尾桉木材的纤维形态指标、部分木材力学强度指标及不同组坯和不同表面粗糙度木材单板的胶合强度进行研究,并表征胶合界面化学性质的变化,探讨材性、表面处理及组坯方式与胶合性能之间的关系机制,研究结果如下:
  (1)3年生、5年生、7年生巨尾桉木材纤维长度平均值分别为824.50μm、878.40μm、911.00μm;纤维宽度平均值分别为17.36μm、17.93μm、17.56μm;纤维长宽比平均值分别为47.38、49.44、52.59;纤维双壁厚平均值分别为6.87μm、7.10μm、7.48μm;纤维腔径平均值分别为10.49μm、10.82μm、10.08μm;纤维壁腔比平均值分别为0.696、0.692、0.82;
  (2)3年生、5年生、7年生巨尾桉木材的顺纹抗压强度平均值分别为48.83MPa、57.48MPa、60.16MPa;抗弯强度平均值分别为88.79MPa、99.62MPa、105.98MPa;抗弯弹性模量平均值分别为8888.26MPa、10300.79MPa、11324.64MPa;冲击韧性平均值分别为31.30kJ/m2、40.38kJ/m2、44.73kJ/m2;单板胶合强度平均值分别为0.98MPa、1.04MPa、1.11MPa,其单板的胶合强度以及上述指标都随着树龄的增加而增加;
  (3)巨尾桉木材单板松面润湿性中,320目最差,36目最好;单板紧面的表面润湿性中,未处理组最差,36目最好;目数、面*目数交互作用的情况下对巨尾桉木材单板表面初始接触角、平衡接触角都具有显著性影响,而面对单板表面初始接触角、平衡接触角的影响都不显著;单板松面初始接触角的均值大于紧面,紧面平衡接触角的均值大于松面;
  (4)巨尾桉木材单板松面、紧面的横纹与顺纹的Ra、Ry、Rz值都随着砂纸目数的增大逐渐减小;方差分析结果中,面、目数都对Ra、Ry、Rz值具有显著性影响,而面*目数交互作用对3个值的影响都不显著;不同表面多重检验结果中,松面顺纹与横纹的Ra、Ry、Rz的均值都大于紧面;且三个因素的排序都满足:36目处理组>未处理组>100目>320目>600目>1000目>1500目;
  (5)三层胶合板湿板胶合强度中,1500目处理组最大,36目处理组最小;干板胶合强度中,100目处理组最大,36目处理组最小;紧面×紧面组坯的湿板胶合强度中,未处理组最大,320目处理组最小;不同表面处理对紧面×紧面、紧面×松面、松面×松面三种组坯方式以及三层胶合板的干、湿态胶合强度都有显著性影响;两层胶合板胶合强度综合分析中,组坯、目数、组坯*目数交互作用3种情况下对湿态与干态胶合强度都具有显著性影响;湿态胶合强度中,均值大小为:紧面×紧面>紧面×松面>松面×松面;干态胶合强度中,均值大小为:紧面×紧面<紧面×松面<松面×松面;
  (6)不同树龄桉木之间的成分含量差异不大,热压胶合过程中,脲醛树脂与单板表面的纤维素、半纤维素、木质素都发生化学反应,形成胶合作用。木质素特征峰强弱受压力影响较明显,不同表面处理对桉木表面官能团影响不大,但是与未处理组相比,波数在3338cm-1附近的羟基吸收振动峰发生向左偏移;在波数3447cm-1附近,320目处理组特征峰最强。
[博士论文] 吕黄飞
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:微波真空干燥作为一种新型的干燥技术,在食品、材料、化工等领域已有广泛的应用,具有良好的应用价值。筒状结构的圆竹,具有优良的力学结构和美学特征,其在家具和建筑等诸多领域的应用,具有重要现实意义。本文以红竹(Phyllostachys iridescensC.Y.Yao& S.Y.Chen)圆竹材为研究对象,研究其微波真空干燥特性,并总结了其干燥的一般规律,阐述了颜色、干缩及开裂的特性,建立了含水率变化的数学模型,为进一步发展工业化圆竹材微波真空干燥技术及应用提供了科学依据。本研究的主要结论如下:
  (1)研发了可在线称重的圆竹材微波真空干燥设备,该设备实现了样品含水率即时监控的要求。
  (2)初步研究了圆竹材微波真空干燥的规律。研究表明:随着微波功率、干燥温度及真空度的增加,圆竹材干燥速率增大,当干燥样品的初始含水率较高时,干燥速率较大;不同纹理方向对水分移动速率有明显的影响,关系为:未封端样品>端面>竹黄面>竹青面>竹隔;方差分析表明,微波功率,干燥温度,真空度及初始含水率对干燥速率有显著影响;研究表明,圆竹材微波真空干燥具有较高的干燥效率,比传统干燥具有更好的干燥效果。
  (3)系统研究了干燥条件对材色变化的影响。结果表明,干燥处理后圆竹材由绿色变为黄色,且颜色分布比较均匀。随着功率的增加,L*a*b*表色系数值都呈现增大的趋势;干燥温度的升高,颜色变化越明显,明度L*的变化范围是46.35-56.02,红绿色品指数a*的变化范围是-2.45-4.57,由绿色向红色区间移动,黄蓝色品指数b*的变化范围是25.83-29.28,由蓝色区间向黄色区间移动;真空度越高,颜色变化越明显,明度L*的变化范围是46.35-54.34,红绿色品指数a*的变化范围是-2.45-5.73,由绿色向红色区间移动,黄蓝色品指数b*的变化范围是25.83-27.84,由蓝色区间向黄色区间移动。总体色差△E*随干燥条件的升高逐渐增加,说明颜色的差异性增大。
  (4)系统研究了干燥条件对干缩率的影响。结果表明,随着微波功率、干燥温度及真空度的增加,样品干缩率逐渐增大,其中上部干缩率大于底部干缩率。方差分析表明功率、温度及真空度对干缩率影响显著。对比试验表明,传统干燥方法干缩率大于微波真空干缩率。
  (5)根据干燥后样品开裂的情况可知,圆竹材微波真空干燥,可在较大程度上避免开裂的发生,且实现在较短时间内达到较低的含水率。根据本试验中样品开裂的种类主要是端裂、中裂和贯穿裂,且主要发生在干燥条件比较剧烈的试验中。
  (6)采用物理法和X射线层析成像技术相结合的方法,建立含水率-CT值拟合模型:M=0.2148×CT值+83.96,并通过试验验证了该模型的可靠性和准确性,应用该模型测量不同干燥阶段圆竹材径向和轴向含水率的分布和迁移。
  (7)通过与普通干燥方法的对比研究,说明了微波真空干燥方法的优点,是圆竹材工业化干燥的有效途径。
[博士论文] 王飞
木材科学与技术 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国南方重要的速生林树种之一,因其材质轻软、易变形、易燃烧等天然特性,较难直接用于实木家具等高附加值产品开发。本文研制了以苯酚-三聚氰胺-尿素-甲醛(PMUF)树脂为主剂、硼化物为助剂的低成本、高渗透、高活性改性剂,通过递进式逐级渗透处理工艺实现杉木均匀浸渍,提高了杉木的尺寸稳定性和力学强度,实现阻燃、防腐等功能。研究结果对于实现杉木的高效增值利用具有重要理论价值和现实意义,论文的主要结论如下:
  (1)通过在三聚氰胺脲醛树脂反应中期添加5%苯酚,在85℃条件下合成PMUF树脂,主要成分为羟甲基脲和羟甲基苯酚及其低聚物,平均分子量为399.1 g/mol。将PMUF树脂溶液与4%硼砂和2%硼酸复配,制备稳定的树脂型多效改性剂。递进式逐级渗透处理材的增重率和密度高于真空加压处理材,纵向密度分布趋向均匀。
  (2)随着树脂固体质量分数的增加,树脂改性材和复配改性材的绝干密度、抗胀率、抗弯强度和抗弯弹性模量逐渐增大,吸水率、冲击韧性逐渐减小;硼化物的加入会进一步提高树脂改性材的绝干密度、抗弯弹性模量,但降低其抗胀率、抗弯强度和冲击韧性。
  (3)随着树脂固体质量分数的增加,树脂改性材和复配改性材的氧指数呈现先升高后略下降趋势,点燃时间和第二放热峰值出现时间不断延迟,总烟释放量逐渐降低,而总热释放量逐渐升高。此外,树脂改性材的第一放热峰值低于素材而第二放热峰值高于素材,复配改性材的两个放热峰值均降低。
  (4)耐光老化性从大到小排序:树脂改性材>复配改性材>素材,并且树脂改性材和复配改性材的耐光老化性均随着树脂固体质量分数的增加而提高;当树脂固体质量分数为20%时,复配改性材的质量损失率为11%~13%,达到耐腐Ⅱ级,并且PMUF树脂可以显著提高硼化物的抗流失性。
  (5)杉木的大部分管胞和纹孔被树脂聚合物填充覆盖,而硼化物干扰了树脂固化;复配改性材的细胞壁模量和硬度分别比素材提高92.5%和63.8%,证明改性剂能够进入杉木的细胞壁;树脂改性材和复配改性材结晶度均提高,说明改性剂可以进入到木材纤维素的无定形区。树脂改性材与复配改性材的综纤维素和酸不溶木素含量与素材相比均降低,而表面N元素含量以及氧碳比(O/C)明显增加;傅里叶红外光谱和核磁共振波谱均未发现木材和改性剂之外的新峰。
  (6)改性材的热分解速率比素材降低明显,热稳定性提高。硼化物与树脂的加入均能促使木材提前分解炭化,但树脂改性对木材最终残炭量影响不明显,而硼酸硼砂对木材热解具有促进成炭的作用。热裂解-气相色谱/质谱结果表明树脂改性材生成了更多的呋喃类化合物、环戊烯酮和多种烯、酸类化合物,而硼化物能够抑制木材中挥发性酚类化合物的产生。
[硕士论文] 徐军
木基复合材料科学与工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:21世纪的今天,环保与创新印刻了新时代的主题。竹材作为第二大木质资源,对推动绿色经济、发展绿色产业沉淀了巨大的潜能及利用空间。竹材以其优质的天然性及可再生性正在逐步推动“竹代木”时代前进。当下中国,正朝着美丽中国、乡村振兴的长河涌动,为推动全竹高效利用,振兴竹产区经济发展,竹材防护、改性成为了竹材加工利用最重要的技术环节。它所涵盖的防霉防腐、阻燃及染色都涉及到竹材的渗透性问题,渗透性的好坏也将直接影响竹材防护及改性的效果,及竹产品的附加值。本文以毛竹为试验材料,研究其在真空冻干技术下的渗透工艺,并从宏观及微观构造、孔隙特征等方面对其渗透性变化进行表征,进而揭示真空冻干后竹材渗透性改善的机理。
  本文主要从以下三个方面对真空冻干竹材进行研究:首先,对竹材真空冻干技术及工艺进行了研究,分析冻结速率、冷凝温度、含水率三因素对竹材力学强度及吸湿性能的影响,确定竹材真空冻干技术的最佳工艺;其次,对冻干竹材进行微观结构的观察,分析真空冻干处理后竹材微观结构的变化,运用压汞法探究孔隙结构与渗透性之间的相关性;最后,通过对竹材浸渍处理,在体式显微镜、SEM-EDS电镜能谱及光学显微镜下观察试剂分布及渗透曲线,对真空冻干竹材渗透性的促进作用进行量化表征及研究。
  通过研究可以得出以下结论:
  (1)竹材真空冷冻干燥改善渗透性最优工艺为:预冻结速率1.2℃/min、竹材含水率的范围为85%~115%、冷凝温度-45℃。
  (2)扫描电镜观察结果显示,真空冻干没有对竹材整体形态产生影响,主要变化集中在维管束区域,导管壁出现裂缝,管壁上出现部分塌陷,胞壁细胞壁上有效纹孔增多,孔径增大;压汞法对孔隙特征的分析结果显示,经真空冷冻干燥处理后竹材的比表面积、中孔直径及孔隙率均有明显提升。孔总面积提升了27.6%(由73.6 cm2/g增加到93.9 cm2/g),中孔孔径由原来的44.3 nm增大了2.2倍,孔径达到了101.5 nm,孔隙率增大至73.48%(原竹:48.54%)。
  (3)体视显微镜及光学显微镜对浸染竹材观察结果显示,竹材内染液由管壁筛管朝薄壁组织、纤维组织延伸的迹象明显,可以初步判断竹材内流体渗透方向依次为导管、薄壁组织及纤维,薄壁组织渗透效果要优于纤维组织;通过对薄壁组织内甲苯胺蓝渗透的局部观察发现,染液在薄壁细胞间的流通由胞间层为先,然后通过细胞壁流入细胞腔,可以推测,胞间层的孔径要大于薄壁上出现了孔隙。
  (4) SEM-EDS分析结果显示,竹材原有成分间,即导管、纤维、薄壁组织之间的渗透性存在明显差异。处理材与未处理材之间Cu元素分布在两个时间段的差异分别为54.5%与854%之多。真空冻干处理后竹材,Cu元素在单位时间内约有7.5%的提高。通过Cu元素面扫描分布与竹材原有元素面分布相关性判断更好的表征了真空冻干对竹材渗透性的促进作用,且对原竹原用结构成分未产生明显影响。
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