林业科学

作者：贺颖奇1,王鲁飞2,张亚梅1,*,余养伦1,于文吉1

单位：1. 中国林业科学研究院木材工业研究所　北京 1000912. 山东晟昌新材料有限公司　临沂 276000

关键词：速生杨木,定向重组,压缩率,硬度,重组木

基金：山东省重点研发计划“多场景绿色宜居技术集成应用和示范应用”（2021SFGC0201）。

目的: 以速生人工林杨木为试验材料，利用定向重组技术制备高硬度重组木，揭示压缩率对杨木重组木表面硬度的影响规律，为杨木表面改性及其重组木制备工艺优化提供可靠的方法和科学依据。方法: 利用定向重组技术制备压缩率50%、55%和59%共3种杨木重组木，选取杨木、红榉和俄罗斯柞木为对照样，采用万能力学试验机测定3种木材和3种不同压缩率杨木重组木样品表面的金氏硬度；应用超景深三维显微镜（UDTM）、场发射扫描电镜（SEM）观察样品表面的宏观和微观形貌以及样品金氏硬度测试过程中破坏面的宏观和微观形貌；运用压汞法（MIP）测试样品孔隙率；使用激光共聚焦显微镜（LSCM）和透射电子显微镜（TEM）表征酚醛树脂在重组木中的分布情况。结果: 杨木重组木的金氏硬度随压缩率增大而增大，与杨木相比，压缩率59%杨木重组木的金氏硬度增加12.63倍，其硬度高于俄罗斯柞木和红榉。金氏硬度测试过程中的应力-应变曲线显示，压缩率越大，重组木的比例极限应力越大。场发射扫描电镜（SEM）和超景深三维显微镜（UDTM）观察可知，杨木原木的破坏面呈韧性断裂，制备的重组木随压缩率增大其破坏模式逐渐变为脆性断裂。压汞法（MIP）测试样品孔隙率可知，定向重组可显著降低杨木的孔隙率，压缩率越大，重组木的孔隙率越低。激光共聚焦显微镜（LSCM）和透射电子显微镜（TEM）观察可知，随压缩率增大，酚醛树脂沿胶层带分布的宽度和深度逐渐增加，且渗透到导管、木射线和纤维细胞的细胞腔中。通过纳米压痕测试重组木细胞壁力学性能，当重组木压缩率为55%、施胶量为15%时，其细胞壁硬度和弹性模量相较原木分别提高54.65%和20.14%。重组木表面硬度增大主要是因为杨木经定向重组后，其导管和木纤维细胞被压缩密实，孔隙率降低，单位体积内的细胞实质密度增加，细胞之间的结合面积增大，连接更紧密；同时，引入的酚醛树脂不仅将压缩的细胞结构固定，而且通过形成的胶钉可提高细胞之间的连接强度，浸入细胞壁的酚醛树脂还能够增强其硬度和弹性模量，从而赋予重组木表面较高的硬度。结论: 定向重组技术可有效解决速生人工林杨木木材材质软、表面硬度低的问题，且可通过控制压缩率调控重组木硬度，以满足不同应用场景对材料硬度的需求。

来源：2024年第9期

《林业科学》期刊编辑部

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