云杉木材钢琴共振板振动特性

主要针对钢琴用云杉木材进行了吸湿性及尺寸稳定性研究,通过高温热处理及二次干燥两种工艺分别对木材进行了处理,试验结果表明:两种工艺处理方法可以有效降低木材的吸湿性,提高木材的尺寸稳定性,同时,在温度140℃、时间8h的条件下进行的高温热处理,云杉木材吸湿性最低、尺寸稳定性最好。

为探明木材密度对气候变化的响应,以祁连山中部下限青海云杉为研究对象,利用silviscan-3测定了青海云杉的木材密度,根据树木年轮气候学的标准方法建立了年轮密度、早材密度、晚材密度、最大密度、最小密度年表,分析了各个木材密度年表与月平均温度、最高温度、最低温度和月降雨量的关系。结果发现:木材密度与温度正相关,与降雨量负相关。年轮密度和早材密度与6、7、8、9月月均温度显著正相关,与6、7、9月月均最高温度显著正相关,与上年10月和当年7、9月月均最低温度显著正相关;最小密度与6、7、8月月均温度显著正相关,与6、7月月均最高温度显著正相关,与7月月均最低温度显著正相关;晚材密度和最大密度与温度不相关。年轮密度与3月月降雨量显著负相关,早材密度和最小密度与6月月降雨量显著负相关,晚材密度和最大密度与降雨量不相关,即晚材密度对气候的敏感性弱于早材密度。这表明温度对青海云杉木材密度有直接影响,降雨量有间接影响,夏季温度是影响青海云杉木材密度的主要气候因子。

本文利用百度试验法研究了柳杉的木材干燥特性,结果表明:柳杉属易干木材,干燥速度2级,较快;初期开裂、截面变形、扭曲变形等缺陷均较轻,均为2级;无内裂,体积干缩系数中。参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件制定了25～30mm厚柳杉木材干燥基准。

以生产中使用的实际尺寸乐器音板用云杉属木材为研究对象,应用基于打击音的快速傅里叶变换分析的振动方法测定远东红皮云杉、长白鱼鳞云杉、西藏林芝云杉、美国西加云杉声学振动特性。采用综合坐标法与综合评分法对不同树种的长度l≤1400mm样本空间、l>1400mm样本空间及不同树种分别组成样本空间进行综合振动性能分析,得出此次试验样本的综合振动性能优劣顺序基本为:西藏林芝云杉>长白鱼鳞云杉>远东红皮云杉>美国西加云杉,而且这2种综合分析方法的结果具有显著相关性。结果表明:可应用本研究方法评价乐器音板用木材的综合振动性能。

水杉木材受伤树脂道的观察

以12年生中山杉和落羽杉胸高处木材为研究对象,利用纤维测定仪测定其管胞长度、宽度,采用图像分析仪测定其管胞壁厚、壁腔比和各种组织比量,利用双因素方差分析方法分析树种因素、距髓心生长轮数对管胞形态和组织比量等特征的影响。中山杉木材的管胞长度、宽度、长宽比均值分别为2737.84μm、44.84μm和60.86,落羽杉木材的管胞长度、宽度、长宽比的均值分别为2698.52μm、43.44μm和61.51;中山杉木材的早材和晚材管胞弦向壁厚均值分别为5.91μm和7.57μm,落羽杉木材的早材和晚材管胞弦向壁厚均值分别为5.89μm和6.54μm;中山杉早材和晚材管胞壁腔比均值分别为0.15和0.35,落羽杉的早材和晚材壁腔比均值与中山杉的一致。双因素方差分析的结果表明:除了中山杉晚材的管胞壁厚显著大于落羽杉晚材的管胞壁厚之外,这两个树种其它管胞形态特征、各种组织比量的差异在0.05水平不显著,该结果表明这两种木材的解剖特征很接近;中山杉、落羽杉幼龄木材除了管胞早材的壁腔比、薄壁细胞组织比量在不同生长轮之间的差异在0.05水平不显著之外,测试的其它特征在不同生长轮之间的差异在0.05水平具有显著性。中山杉、落羽杉木材的解剖特征的径向变异具有相同的规律:管胞长度、管胞宽度、弦向壁厚、管胞组织比量从髓心向树皮都有逐渐增加的趋势,而射线组织比量从髓心向树皮有逐渐降低的趋势,薄壁细胞比量较小,径向变异也较小、没有明显的规律。

用9种食用菌对云杉的降解作用进行了研究,在变色圈试验中发现,只有金针菇优先降解纤维素,其余8种均优先降解木质素。降解试验中显示,菌落直径与变色圈比值(d1/d2)的大小与降解率没有相关性。结合两部分试验可知:菌株的降解能力与选择性无关。杏鲍菇对木质素和纤维素的降解能力均较强,为降解云杉的优势菌株。

采用不同质量分数的低分子量三聚氰胺-脲醛树脂(muf),及其与硼酸、硼砂复配的改性液,分别对柳杉木材进行浸渍处理。结果表明:树脂溶液和复配改性液均对木材具有良好的渗透性,且木材增重率随改性液质量分数的增大而增加,两种改性液均能有效提高柳杉的物理、力学和阻燃性能。

通过热重(tg)和差热分析(dta),考察经不同浓度的muf及其与硼酸、硼砂复配的改性液处理后柳杉木材的热分解过程,结果表明:muf对木材具有一定的催化成炭作用,复配硼酸、硼砂后其催化成炭作用得到进一步的加强;muf促进了木材燃烧时的氧化分解,但复配硼酸、硼砂后,氧化分解反应得到明显抑制,放热量降低,剩炭率提高。

以4云杉属树种的8块实际立式钢琴共振板为研究对象(每一树种均为2块共振板),测定了粘贴肋木前的共振板、粘贴肋木后的音板及制成钢琴后音板的振动传播响应时间,比较分析了粘贴肋木前共振板与粘贴肋木后音板的振动传播速率的变化;并分析了制成钢琴后音板的顺纹理与横纹理方向振动传播速率的差异。结果表明:①对于加肋木后的音板,其声振动横向传播速率较未加肋木有明显提高,速率提高程度在1倍左右。②制成钢琴后音板的顺纹理与横纹理方向的振动传播速率相差较少,除远东红皮云杉第1号音板外,其它音板的顺纹理与横纹理方向振动传播速率比值均分布在1.04～1.27之间。说明由于肋木的存在,在很大程度上降低了音板顺纹理与横纹理方向之间振动传播速率的差异,使音板受到来自琴弦振动的激励后,可在尽量短的时间内使整个音板均匀振动起来。

以钢琴音板用西加云杉锯材试件为研究对象,依据梁的纵向、横向弯曲原理及其动力学理论,采用振动频率法和声学频率法,测量该批试材在自由支承状态下的基频值,得到杨氏弹性模量值,并对其性能进行评价。

用毛细管气相色谱法对日本柳杉木材边材炭化得到的木醋液中的37种成分进行定性和定量分析。结果表明,醇类、酮类、羧酸类、呋喃类、苯酚类及愈创苯酚类是其主要成分。用溶剂萃取-硅胶柱层析法进一步分离处理木醋液,纯化出炭化过程中产生的手性脱水内醚糖-左旋葡聚糖(lga,1,6-脱水-β-d-葡萄糖),但其不能被毛细管气相色谱法检测出。从150ml木醋液中可分离纯化出60.5mglga。另外,对木醋液中主要成分的生成路线也进行了分析和讨论。

采用傅里叶变换红外光谱(ftir)、紫外-可见光谱(uv-visible)、傅里叶变换拉曼光谱(ft-raman)以及核磁共振(1hnmr)分析技术对云杉木质素被二氧化氯氧化前后的结构变化进行了研究。当木质素被二氧化氯氧化时,其骨架结构中的芳香环基团被有效地氧化开环。红外光谱显示木质素中的愈疮木基特征峰强度显著降低,紫丁香基苯基以及对羟基苯基特征吸收峰完全消失,在被氧化后的木质素中出现co共轭羰基伸缩振动特征峰。紫外光谱显示木质素在被氧化后位于280nm处的紫外吸收显著降低。1h核磁共振波谱显示,木质素中连接在芳香环侧链的甲氧基数量被氧化后出现显著的降低,同时与苯环相连的脂肪族侧链在后也相应地减少。研究结果说明二氧化氯能有效地氧化木质素中的芳香环,并将其氧化为带有co基因的粘康酸及其酯类物质或带有醌型基团的物质。

为分析木塑复合板的振动特性,采用ansys软件分别构建了完好和含有不同大小孔洞缺陷木塑复合板的有限元模型,运用模态分析方法获取了其前8阶固有频率和位移模态,计算了其曲率模态,分析了孔洞对木塑复合板固有频率、位移和曲率模态等振动特性的影响。结果表明:利用ansys能够有效分析木塑复合板的固有频率、模态振型等;孔洞缺陷对木塑复合板的固有频率和曲率模态有显著影响,而对位移模态影响不明显。与完好时相比,含孔洞木塑复合板固有频率会降低,且随孔洞直径的增大,各阶固有频率的降低幅度在加大。此外,孔洞缺陷处曲率模态曲线会产生"突变"。

对中山杉302和落羽杉两种木材的部分物理力学性质进行了测试比较分析。结果表明:中山杉302木材的基本密度、气干密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的平均值均比落羽杉高,而弦向全干干缩率、体积全干干缩率、弦向气干干缩率、体积气干干缩率均比落羽杉低;其差异都在0.05水平显著。中山杉与落羽杉树干上段(3.3～5.3m)木材的基本密度、气干密度、抗弯强度和抗弯弹性模量均低于下段(1.3～3.3m);两种木材的气干密度与弦向气干干缩率、体积气干干缩率呈显著的正相关,与抗弯强度、顺纹抗压强度呈正相关,与抗弯弹性模量呈负相关。

水杉木材DNA提取及条形码分子鉴定

通过对水杉不同年限及不同部位的木材dna提取及片段扩增实验,结果显示改良后的ctab(十六烷基三甲基溴化铵)法、sds(sodiumdodecylsulfate)法及高盐低ph法均可以用于水杉木材dna的提取,经过纯化后的木材dna可以进行片段扩增.在提取木材dna过程中,边材比心材更适合,所提取的dna数量和质量更有保障;试验显示水杉木材dna分子大多为23kbp.运用dna条形码筛选分析、序列特征分析、遗传距离秩和检验、barcodinggap检验,进行木材dna分子系列物种鉴定,结果表明序列its2、trnl-f比较适合其dna条形码技术要求,可以作为水杉木材鉴定序列.

通过安排1次正交试验和1次单因素试验,分析砂光参数对云杉木材表面粗糙度的影响,结果表明:砂带粒度对云杉木材表面粗糙度有显著影响,进给速度和砂光量的影响不显著;第1次砂光用砂带粒度150目,进给速度7m/min,砂光量0.6mm,可获得最小的表面粗糙度,其最终表面粗糙度ra为2.51μm;把上述理论优方案中的进给速度改为9m/min,可提高生产效率,获得工程优化方案,其表面粗糙度ra为2.59μm。第2次单因素试验用砂带粒度240目,进给速度9m/min,砂光量0.2mm,可获得工程优化方案,其最终表面粗糙度ra为2.31μm。

采用plato水热-常压过热蒸汽联合热处理工艺对云杉木材进行热处理,对不同温度水平处理前后云杉木材的顺纹抗压强度进行了测试。结果表明,未处理云杉木材的顺纹抗压强度为65.75mpa,经130、145及160℃水热-常压过热蒸汽热处理后云杉木材的顺纹抗压强度分别为70.86、68.07和64.15mpa,并运用化学成分分析法对热处理工艺对云杉木材顺纹抗压强度的影响进行了分析。

用毛细管气相色谱法对日本柳杉木材边材炭化得到的木醋液中的37种成分进行定性和定量分析.结果表明,醇类、酮类、羧酸类、呋喃类、苯酚类及愈创苯酚类是其主要成分.用溶剂萃取-硅胶柱层析法进一步分离处理木醋液,纯化出炭化过程中产生的手性脱水内醚糖-左旋葡聚糖(lga,1,6-脱水-β-d-葡萄糖),但其不能被毛细管气相色谱法检测出.从150ml木醋液中可分离纯化出60.5mglga.另外,对木醋液中主要成分的生成路线也进行了分析和讨论.

对20和30年生的柳杉木材物理力学性质进行了测定和分析,测定指标主要包括密度、干缩性、湿胀性、吸水性、顺纹抗压强度、横纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和冲击韧性。结果表明,柳杉木材的基本密度、气干密度、全干密度、生材密度分别为0.4080、0.5030、0.4640和1.0020g/cm3,属小级别;其差异干缩为1.6880,中等级别;顺纹抗压强度为43.200mpa,横纹径向和弦向全部抗压强度分别为0.408和0.565mpa,抗弯强度和抗弯弹性模量分别为88.200和9505.0mpa,冲击韧性为41.000kj/m2,除横纹抗压强度较低外,其余力学强度指标均属低级别;木材综合品质系数为3221×105pa,品质系数较高,属高等级材。

对油杉keteleeriafortunei木材的物理与力学性质进行测定与比较,结果表明,油杉木材的气干密度为0.576g·cm~(-3),全干密度为0.544g·cm~(-3),属中密度木材。油杉木材的气干径向、弦向和体积干缩系数分别为4.408%、3.272%和7.892%,气干差异干缩为1.347,油杉木材具有不易开裂和变形的特征。油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度分别为92.701、57.217mpa,端面、弦面和径面硬度分别为4635.9、3420.8和3606.8n,其抗弯强度、顺纹抗压强度和硬度均属中等。50年生油杉木材的物理力学性质优于22年生马尾松pinusmassoniana、湿地松pinuselliottii和28年生杉木cunninghamialanceolata、秃杉taiwaniacryptomerioides。