-
题名毛竹径向梯度结构对吸湿的影响Ⅱ:吸湿-湿胀行为
- 1
-
-
作者
万晨琪
周梦佳
马尔妮
-
机构
北京林业大学材料科学与技术学院
-
出处
《北京林业大学学报》
北大核心
2025年第11期167-174,共8页
-
基金
国家重点研发计划课题(2023YFD2200501)。
-
文摘
【目的】竹材的吸湿性及其引发的湿胀变形是限制其高附加值利用的关键,然而基于径向梯度结构的吸湿-湿胀机制尚未被阐明。为此,本研究以毛竹为对象,比较不同相对湿度(RH)条件下竹青侧至竹黄侧在吸湿平衡态和吸湿过程中的水分-变形响应行为,旨在揭示竹壁径向梯度结构对吸湿-湿胀行为的影响。【方法】将毛竹沿竹壁径向划分为竹青侧、竹中部与竹黄侧3个部分,基于纤维体积分数量化梯度结构。在11%、33%、57%、84%和97%这5个相对湿度下,测定各部位在吸湿过程和平衡态的含水率与尺寸变化。进一步采用Hailwood-Horrobin(H-H)理论解析吸着等温线,并运用Parallel Exponential Kinetics(PEK)模型表征吸湿动力学过程,对比分析不同部位吸湿-湿胀行为的差异与规律。【结果】毛竹在径向具有梯度结构,纤维体积分数从竹青侧(34.13±0.84)%到竹黄侧(15.87±0.12)%呈递减趋势。在本研究条件下的吸湿平衡态,平衡含水率(EMC)表现出竹青侧<竹中部<竹黄侧的梯度特征,而湿胀率均呈现竹青侧>竹中部>竹黄侧的相反趋势,当RH>57%时,这种差异更为显著。在吸湿过程中,当RH≤57%时,竹黄侧在吸湿初期的吸湿速率显著高于竹青侧,相应地,湿胀响应也更快;而当RH>57%时,不同位置在吸湿初期的吸湿速率趋于一致,竹青侧则始终表现出了最大的湿胀率。【结论】毛竹的吸湿-湿胀关系随着吸湿过程的进行而发生阶段性转变,此转变源于由竹黄侧至竹青侧递增的纤维体积分数,它决定了竹黄侧到竹青侧由“强吸湿、快湿胀响应”向“弱吸湿、高湿胀潜力”过渡的特性。本研究揭示了毛竹梯度结构对吸湿-湿胀耦合行为的主导机制,研究结果不仅有助于竹材尺寸稳定化改性的进一步探索,也可为新型功能梯度竹复合材料的结构优化设计提供有效策略。
-
关键词
毛竹
水分-变形响应
径向梯度结构
纤维体积分数
平衡含水率(EMC)
Hailwood-Horrobin(H-H)理论
parallel
exponential
kinetics(pek)模型
功能梯度材料
尺寸稳定性
-
Keywords
moso bamboo(Phyllostachys edulis)
moisture deformation response
radial gradient structure
fiber volume fraction
equilibrium moisture content(EMC)
Hailwood-Horrobin(H-H)theory
parallel exponential kinetics(pek)model
functionally gradient material
dimensional stability
-
分类号
S781.33
[农业科学—木材科学与技术]
S781.62
[农业科学—木材科学与技术]
-
