木材物理學(xué)專論

內(nèi)容概要

本書主要包括五部分的內(nèi)容：第1 章作為木材物理學(xué)的基礎(chǔ)部分，
講述了木材的細(xì)胞壁與空隙構(gòu)造方面的知識；第2 章討論了木材中的
水分，包括木材中水分的類型、木材的水分吸著熱力學(xué)量、水分吸著
理論及水分吸著動力學(xué)等方面的內(nèi)容；第3 章進(jìn)一步介紹了木材的干
縮濕脹性質(zhì)，包括干縮濕脹的影響因素、特征、干縮濕脹各向異性的
模型和機(jī)理等方面的內(nèi)容；第4 章討論了木材的粘彈性，包括木材的
蠕變、應(yīng)力松弛、粘彈性的力學(xué)模型和動態(tài)粘彈性等方面的內(nèi)容；第5
章介紹了木材的介電性，包括木材的介電參數(shù)、介電松弛及其研究方法、
介電松弛與水分等方面的內(nèi)容。書中各章節(jié)不但講解了相關(guān)的基礎(chǔ)理
論，還介紹了包括編者本人在內(nèi)的最新研究成果。本書除了用于木材
科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的研究生教材外，也可作為木材科學(xué)與技術(shù)及其相關(guān)
領(lǐng)域科學(xué)工作者的參考用書。

作者簡介

　　馬爾妮，女，漢族。2004年7月本科畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專業(yè)，2004年9月至2007年7月于北京林業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科攻讀碩士學(xué)位，2010年9月博士畢業(yè)于日本島根大學(xué)木材加工學(xué)科。2010年10月至今于北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院從事木材物理方面的研究與教學(xué)工作。在《WoodandFiberScience》、《WoodResearch》等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表相關(guān)論文10余篇，其中SCI收錄5篇、EI收錄1篇。　　趙廣杰，男，滿族。1978年7月本科畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)，1989年3月碩士畢業(yè)予日本京都大學(xué)，1995年3月博士畢業(yè)于日本鳥取大學(xué)，現(xiàn)任北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科帶頭人，多年從事木材物理方面的研究與教學(xué)工作。主持完成了國家自然科學(xué)基金、國家攻關(guān)、948、863等數(shù)十項(xiàng)課題研究；在《Holzforschung》、《WoodandFiberScience》等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文70余篇，其中SCI收錄14篇、El收錄7篇；出版專著4部，獲得國家教委科學(xué)技術(shù)二等獎1項(xiàng)，北京市科學(xué)技術(shù)二等獎1項(xiàng)；獲得國家發(fā)明專利5項(xiàng)。

書籍目錄

目 錄
前 言
第1 章 木材的細(xì)胞壁與空隙構(gòu)造……………………………………（1）
1.1 木材的細(xì)胞壁構(gòu)造… ……………………………………………（1）
1.1.1 微纖絲…………………………………………………………（1）
1.1.2 壁層結(jié)構(gòu)………………………………………………………（2）
1.2 木材的空隙構(gòu)造… ………………………………………………（3）
1.2.1 木材中空隙的分類……………………………………………（3）
1.2.2 木材的空隙效應(yīng)………………………………………………（4）
1.2.3 木材中空隙的多樣性…………………………………………（5）
1.2.4 木材中空隙的測定方法………………………………………（6）
1.2.5 木材細(xì)胞壁中的空隙構(gòu)造……………………………………（6）
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………（9）
第2 章 木材中的水分……………………………………………… （12）
2.1 木材中水分的類型… ………………………………………… （12）
2.2 木材的水分吸著熱力學(xué)量… ………………………………… （13）
2.3 木材的水分吸著理論… ……………………………………… （15）
2.3.1 Dent 水分吸著理論… …………………………………… （15）
2.3.2 BET 水分吸著理論………………………………………… （24）
2.3.3 Hailwood-Horrobin 水分吸著理論… …………………… （27）
2.4 木材的水分吸著動力學(xué)… …………………………………… （32）
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… （35）
第3 章 木材的干縮濕脹…………………………………………… （37）
3.1 木材干縮濕脹的基本概念、特征及影響因素… …………… （37）
3.2 木材干縮濕脹的理論模型… ………………………………… （39）
3.2.1 Barber 和Meylan 的早期理論模型… …………………… （39）
3.2.2 Barber 的改進(jìn)理論模型… ……………………………… （43）
3.2.3 Barrett 等的雙細(xì)胞壁理論模型… ……………………… （46）
CONTENTS
2 目 錄
3.2.4 Cave 理論模型… ………………………………………… （48）
3.3 木材干縮濕脹的研究進(jìn)展… ………………………………… （48）
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… （53）
第4 章 木材的黏彈性……………………………………………… （55）
4.1 木材的蠕變… ………………………………………………… （55）
4.2 木材的應(yīng)力松弛… …………………………………………… （57）
4.3 黏彈性的力學(xué)模型… ………………………………………… （58）
4.3.1 Maxwell 模型… …………………………………………… （58）
4.3.2 Voigt 模型… ……………………………………………… （59）
4.4 動態(tài)黏彈性… ………………………………………………… （61）
4.4.1 滯后與力學(xué)損耗…………………………………………… （61）
4.4.2 動態(tài)彈性模量……………………………………………… （62）
4.4.3 活化能……………………………………………………… （64）
4.5 木材的各種力學(xué)松弛現(xiàn)象… ………………………………… （65）
4.5.1 木材的力學(xué)松弛與水分…………………………………… （65）
4.5.2 木材的機(jī)械吸濕蠕變……………………………………… （65）
4.5.3 急冷處理引起的力學(xué)松弛………………………………… （68）
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… （69）
第5 章 木材的介電性……………………………………………… （71）
5.1 木材的介電參數(shù)… …………………………………………… （71）
5.1.1 介電常數(shù)…………………………………………………… （71）
5.1.2 介電損耗…………………………………………………… （74）
5.2 木材的介電松弛… …………………………………………… （75）
5.3 介電松弛的研究方法… ……………………………………… （76）
5.3.1 德拜（Debye）弛豫方程… ……………………………… （76）
5.3.2 Cole-Cole 圓弧則… ……………………………………… （78）
5.3.3 sech 則… ………………………………………………… （80）
5.3.4 Eying 絕對速度反應(yīng)理論………………………………… （80）
5.4 木材的介電松弛與水分… …………………………………… （81）
5.4.1 平衡態(tài)下木材的介電松弛與水分………………………… （82）
5.4.2 吸著、解吸過程中木材的介電松弛與水分……………… （85）
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… （89）

章節(jié)摘錄

　　在圖3-3的a、b、c中，由粗實(shí)線圍成的內(nèi)部正方形代表干燥狀態(tài)下某部分細(xì)胞壁的原有尺寸（從細(xì)胞腔內(nèi)看過去），其細(xì)胞長軸垂直于水平方向；a中豎直的細(xì)實(shí)線及b、c中的斜細(xì)直線均代表該部分細(xì)胞壁中微纖絲的排列方向。若假設(shè)細(xì)胞壁中不含微纖絲，則當(dāng)木材吸收水分時，無定形的基體物質(zhì)將發(fā)生各向同性地膨脹從而使a、b、c中各部分細(xì)胞壁的原有尺寸都擴(kuò)大到由虛線所圍成的外部正方形的位置（設(shè)應(yīng)變?yōu)?0），而在實(shí)際情況中三者變形后的尺寸則由a、b、c中的矩形所代表。以下對a、b、c三種情況分別加以討論：　　在a中，微纖絲平行于細(xì)胞長軸排列，由于微纖絲的存在使本該進(jìn)行各向同性地膨脹的基體物質(zhì)發(fā)生變形，從而其形變后尺寸偏離了由虛線圍成的正方形；又由于微纖絲對細(xì)胞長軸方向膨脹的抑制作用，細(xì)胞的縱向膨脹（設(shè)應(yīng)變?yōu)?x）要小于其橫向膨脹（設(shè)應(yīng)變?yōu)椋?；同理，由于在?xì)胞壁的厚度方向上不存在微纖絲的抑制作用，因而可以推測，在壁厚方向上也應(yīng)該存在著較大的膨脹量（設(shè)應(yīng)變?yōu)?z）?！　≡赽中，微纖絲與細(xì)胞長軸的夾角為300（0=300），而膨脹變形后微纖絲的排列方向發(fā)生了變化（b中虛斜線所示）從而使微纖絲角增大。因此，微纖絲長度的垂直分量減小而水平分量增加，這本該造成細(xì)胞壁縱向膨脹的相對增加和橫向膨脹的相對減少，而b中卻呈現(xiàn)出了相反的趨勢。實(shí)際上，由于微纖絲的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其周圍基體物質(zhì)的彈性模量，因而它可以承受足夠大的張力而不伸長，而同時橫向膨脹又要求微纖絲角增大，于是便導(dǎo)致了縱向膨脹負(fù)值的出現(xiàn)。也就是說，在b情況下，木材在橫紋理方向上發(fā)生膨脹，而在順紋理方向上發(fā)生微小的收縮，這被Barber和Meylan稱為“l(fā)azytongs”效應(yīng)?！　≡趀中，微纖絲與細(xì)胞長軸的夾角為450（0=450），因而細(xì)胞壁的膨脹行為類似于只有基體物質(zhì)存在時的各向同性情況，但由于微纖絲在縱向、橫向兩各方向上對膨脹的等抑制作用，從而使得該膨脹量偏小，而可以想象細(xì)胞壁厚度方向上的膨脹量較大。并且，還可以看出，在c情況下，微纖絲的排列方向不發(fā)生改變，從而沒有“l(fā)azytongs”效應(yīng)，細(xì)胞壁的縱向膨脹和橫向膨脹均為正值且大小相等?！　　?/pre>








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