云杉木材鋼琴共振板振動特性

主要針對鋼琴用云杉木材進行了吸濕性及尺寸穩(wěn)定性研究,通過高溫熱處理及二次干燥兩種工藝分別對木材進行了處理,試驗結果表明:兩種工藝處理方法可以有效降低木材的吸濕性,提高木材的尺寸穩(wěn)定性,同時,在溫度140℃、時間8h的條件下進行的高溫熱處理,云杉木材吸濕性最低、尺寸穩(wěn)定性最好。

為探明木材密度對氣候變化的響應,以祁連山中部下限青海云杉為研究對象,利用silviscan-3測定了青海云杉的木材密度,根據樹木年輪氣候學的標準方法建立了年輪密度、早材密度、晚材密度、最大密度、最小密度年表,分析了各個木材密度年表與月平均溫度、最高溫度、最低溫度和月降雨量的關系。結果發(fā)現:木材密度與溫度正相關,與降雨量負相關。年輪密度和早材密度與6、7、8、9月月均溫度顯著正相關,與6、7、9月月均最高溫度顯著正相關,與上年10月和當年7、9月月均最低溫度顯著正相關;最小密度與6、7、8月月均溫度顯著正相關,與6、7月月均最高溫度顯著正相關,與7月月均最低溫度顯著正相關;晚材密度和最大密度與溫度不相關。年輪密度與3月月降雨量顯著負相關,早材密度和最小密度與6月月降雨量顯著負相關,晚材密度和最大密度與降雨量不相關,即晚材密度對氣候的敏感性弱于早材密度。這表明溫度對青海云杉木材密度有直接影響,降雨量有間接影響,夏季溫度是影響青海云杉木材密度的主要氣候因子。

本文利用百度試驗法研究了柳杉的木材干燥特性,結果表明:柳杉屬易干木材,干燥速度2級,較快;初期開裂、截面變形、扭曲變形等缺陷均較輕,均為2級;無內裂,體積干縮系數中。參照百度試驗缺陷等級以及干燥缺陷對應的干燥條件制定了25～30mm厚柳杉木材干燥基準。

以生產中使用的實際尺寸樂器音板用云杉屬木材為研究對象,應用基于打擊音的快速傅里葉變換分析的振動方法測定遠東紅皮云杉、長白魚鱗云杉、西藏林芝云杉、美國西加云杉聲學振動特性。采用綜合坐標法與綜合評分法對不同樹種的長度l≤1400mm樣本空間、l>1400mm樣本空間及不同樹種分別組成樣本空間進行綜合振動性能分析,得出此次試驗樣本的綜合振動性能優(yōu)劣順序基本為:西藏林芝云杉>長白魚鱗云杉>遠東紅皮云杉>美國西加云杉,而且這2種綜合分析方法的結果具有顯著相關性。結果表明:可應用本研究方法評價樂器音板用木材的綜合振動性能。

水杉木材受傷樹脂道的觀察

以12年生中山杉和落羽杉胸高處木材為研究對象,利用纖維測定儀測定其管胞長度、寬度,采用圖像分析儀測定其管胞壁厚、壁腔比和各種組織比量,利用雙因素方差分析方法分析樹種因素、距髓心生長輪數對管胞形態(tài)和組織比量等特征的影響。中山杉木材的管胞長度、寬度、長寬比均值分別為2737.84μm、44.84μm和60.86,落羽杉木材的管胞長度、寬度、長寬比的均值分別為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別為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別為5.89μm和6.54μm;中山杉早材和晚材管胞壁腔比均值分別為0.15和0.35,落羽杉的早材和晚材壁腔比均值與中山杉的一致。雙因素方差分析的結果表明:除了中山杉晚材的管胞壁厚顯著大于落羽杉晚材的管胞壁厚之外,這兩個樹種其它管胞形態(tài)特征、各種組織比量的差異在0.05水平不顯著,該結果表明這兩種木材的解剖特征很接近;中山杉、落羽杉幼齡木材除了管胞早材的壁腔比、薄壁細胞組織比量在不同生長輪之間的差異在0.05水平不顯著之外,測試的其它特征在不同生長輪之間的差異在0.05水平具有顯著性。中山杉、落羽杉木材的解剖特征的徑向變異具有相同的規(guī)律:管胞長度、管胞寬度、弦向壁厚、管胞組織比量從髓心向樹皮都有逐漸增加的趨勢,而射線組織比量從髓心向樹皮有逐漸降低的趨勢,薄壁細胞比量較小,徑向變異也較小、沒有明顯的規(guī)律。

用9種食用菌對云杉的降解作用進行了研究,在變色圈試驗中發(fā)現,只有金針菇優(yōu)先降解纖維素,其余8種均優(yōu)先降解木質素。降解試驗中顯示,菌落直徑與變色圈比值(d1/d2)的大小與降解率沒有相關性。結合兩部分試驗可知:菌株的降解能力與選擇性無關。杏鮑菇對木質素和纖維素的降解能力均較強,為降解云杉的優(yōu)勢菌株。

采用不同質量分數的低分子量三聚氰胺-脲醛樹脂(muf),及其與硼酸、硼砂復配的改性液,分別對柳杉木材進行浸漬處理。結果表明:樹脂溶液和復配改性液均對木材具有良好的滲透性,且木材增重率隨改性液質量分數的增大而增加,兩種改性液均能有效提高柳杉的物理、力學和阻燃性能。

通過熱重(tg)和差熱分析(dta),考察經不同濃度的muf及其與硼酸、硼砂復配的改性液處理后柳杉木材的熱分解過程,結果表明:muf對木材具有一定的催化成炭作用,復配硼酸、硼砂后其催化成炭作用得到進一步的加強;muf促進了木材燃燒時的氧化分解,但復配硼酸、硼砂后,氧化分解反應得到明顯抑制,放熱量降低,剩炭率提高。

以4云杉屬樹種的8塊實際立式鋼琴共振板為研究對象(每一樹種均為2塊共振板),測定了粘貼肋木前的共振板、粘貼肋木后的音板及制成鋼琴后音板的振動傳播響應時間,比較分析了粘貼肋木前共振板與粘貼肋木后音板的振動傳播速率的變化;并分析了制成鋼琴后音板的順紋理與橫紋理方向振動傳播速率的差異。結果表明:①對于加肋木后的音板,其聲振動橫向傳播速率較未加肋木有明顯提高,速率提高程度在1倍左右。②制成鋼琴后音板的順紋理與橫紋理方向的振動傳播速率相差較少,除遠東紅皮云杉第1號音板外,其它音板的順紋理與橫紋理方向振動傳播速率比值均分布在1.04～1.27之間。說明由于肋木的存在,在很大程度上降低了音板順紋理與橫紋理方向之間振動傳播速率的差異,使音板受到來自琴弦振動的激勵后,可在盡量短的時間內使整個音板均勻振動起來。

以鋼琴音板用西加云杉鋸材試件為研究對象,依據梁的縱向、橫向彎曲原理及其動力學理論,采用振動頻率法和聲學頻率法,測量該批試材在自由支承狀態(tài)下的基頻值,得到楊氏彈性模量值,并對其性能進行評價。

用毛細管氣相色譜法對日本柳杉木材邊材炭化得到的木醋液中的37種成分進行定性和定量分析。結果表明,醇類、酮類、羧酸類、呋喃類、苯酚類及愈創(chuàng)苯酚類是其主要成分。用溶劑萃取-硅膠柱層析法進一步分離處理木醋液,純化出炭化過程中產生的手性脫水內醚糖-左旋葡聚糖(lga,1,6-脫水-β-d-葡萄糖),但其不能被毛細管氣相色譜法檢測出。從150ml木醋液中可分離純化出60.5mglga。另外,對木醋液中主要成分的生成路線也進行了分析和討論。

采用傅里葉變換紅外光譜(ftir)、紫外-可見光譜(uv-visible)、傅里葉變換拉曼光譜(ft-raman)以及核磁共振(1hnmr)分析技術對云杉木質素被二氧化氯氧化前后的結構變化進行了研究。當木質素被二氧化氯氧化時,其骨架結構中的芳香環(huán)基團被有效地氧化開環(huán)。紅外光譜顯示木質素中的愈瘡木基特征峰強度顯著降低,紫丁香基苯基以及對羥基苯基特征吸收峰完全消失,在被氧化后的木質素中出現co共軛羰基伸縮振動特征峰。紫外光譜顯示木質素在被氧化后位于280nm處的紫外吸收顯著降低。1h核磁共振波譜顯示,木質素中連接在芳香環(huán)側鏈的甲氧基數量被氧化后出現顯著的降低,同時與苯環(huán)相連的脂肪族側鏈在后也相應地減少。研究結果說明二氧化氯能有效地氧化木質素中的芳香環(huán),并將其氧化為帶有co基因的粘康酸及其酯類物質或帶有醌型基團的物質。

為分析木塑復合板的振動特性,采用ansys軟件分別構建了完好和含有不同大小孔洞缺陷木塑復合板的有限元模型,運用模態(tài)分析方法獲取了其前8階固有頻率和位移模態(tài),計算了其曲率模態(tài),分析了孔洞對木塑復合板固有頻率、位移和曲率模態(tài)等振動特性的影響。結果表明:利用ansys能夠有效分析木塑復合板的固有頻率、模態(tài)振型等;孔洞缺陷對木塑復合板的固有頻率和曲率模態(tài)有顯著影響,而對位移模態(tài)影響不明顯。與完好時相比,含孔洞木塑復合板固有頻率會降低,且隨孔洞直徑的增大,各階固有頻率的降低幅度在加大。此外,孔洞缺陷處曲率模態(tài)曲線會產生"突變"。

對中山杉302和落羽杉兩種木材的部分物理力學性質進行了測試比較分析。結果表明:中山杉302木材的基本密度、氣干密度、抗彎強度、抗彎彈性模量和順紋抗壓強度的平均值均比落羽杉高,而弦向全干干縮率、體積全干干縮率、弦向氣干干縮率、體積氣干干縮率均比落羽杉低;其差異都在0.05水平顯著。中山杉與落羽杉樹干上段(3.3～5.3m)木材的基本密度、氣干密度、抗彎強度和抗彎彈性模量均低于下段(1.3～3.3m);兩種木材的氣干密度與弦向氣干干縮率、體積氣干干縮率呈顯著的正相關,與抗彎強度、順紋抗壓強度呈正相關,與抗彎彈性模量呈負相關。

水杉木材DNA提取及條形碼分子鑒定

通過對水杉不同年限及不同部位的木材dna提取及片段擴增實驗,結果顯示改良后的ctab(十六烷基三甲基溴化銨)法、sds(sodiumdodecylsulfate)法及高鹽低ph法均可以用于水杉木材dna的提取,經過純化后的木材dna可以進行片段擴增.在提取木材dna過程中,邊材比心材更適合,所提取的dna數量和質量更有保障;試驗顯示水杉木材dna分子大多為23kbp.運用dna條形碼篩選分析、序列特征分析、遺傳距離秩和檢驗、barcodinggap檢驗,進行木材dna分子系列物種鑒定,結果表明序列its2、trnl-f比較適合其dna條形碼技術要求,可以作為水杉木材鑒定序列.

采用plato水熱-常壓過熱蒸汽聯合熱處理工藝對云杉木材進行熱處理,對不同溫度水平處理前后云杉木材的順紋抗壓強度進行了測試。結果表明,未處理云杉木材的順紋抗壓強度為65.75mpa,經130、145及160℃水熱-常壓過熱蒸汽熱處理后云杉木材的順紋抗壓強度分別為70.86、68.07和64.15mpa,并運用化學成分分析法對熱處理工藝對云杉木材順紋抗壓強度的影響進行了分析。

通過安排1次正交試驗和1次單因素試驗,分析砂光參數對云杉木材表面粗糙度的影響,結果表明:砂帶粒度對云杉木材表面粗糙度有顯著影響,進給速度和砂光量的影響不顯著;第1次砂光用砂帶粒度150目,進給速度7m/min,砂光量0.6mm,可獲得最小的表面粗糙度,其最終表面粗糙度ra為2.51μm;把上述理論優(yōu)方案中的進給速度改為9m/min,可提高生產效率,獲得工程優(yōu)化方案,其表面粗糙度ra為2.59μm。第2次單因素試驗用砂帶粒度240目,進給速度9m/min,砂光量0.2mm,可獲得工程優(yōu)化方案,其最終表面粗糙度ra為2.31μm。

對20和30年生的柳杉木材物理力學性質進行了測定和分析,測定指標主要包括密度、干縮性、濕脹性、吸水性、順紋抗壓強度、橫紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量和沖擊韌性。結果表明,柳杉木材的基本密度、氣干密度、全干密度、生材密度分別為0.4080、0.5030、0.4640和1.0020g/cm3,屬小級別;其差異干縮為1.6880,中等級別;順紋抗壓強度為43.200mpa,橫紋徑向和弦向全部抗壓強度分別為0.408和0.565mpa,抗彎強度和抗彎彈性模量分別為88.200和9505.0mpa,沖擊韌性為41.000kj/m2,除橫紋抗壓強度較低外,其余力學強度指標均屬低級別;木材綜合品質系數為3221×105pa,品質系數較高,屬高等級材。

對油杉keteleeriafortunei木材的物理與力學性質進行測定與比較,結果表明,油杉木材的氣干密度為0.576g·cm~(-3),全干密度為0.544g·cm~(-3),屬中密度木材。油杉木材的氣干徑向、弦向和體積干縮系數分別為4.408%、3.272%和7.892%,氣干差異干縮為1.347,油杉木材具有不易開裂和變形的特征。油杉木材的抗彎強度、順紋抗壓強度分別為92.701、57.217mpa,端面、弦面和徑面硬度分別為4635.9、3420.8和3606.8n,其抗彎強度、順紋抗壓強度和硬度均屬中等。50年生油杉木材的物理力學性質優(yōu)于22年生馬尾松pinusmassoniana、濕地松pinuselliottii和28年生杉木cunninghamialanceolata、禿杉taiwaniacryptomerioides。

對福建省引種的24年生巒大杉的木材物理力學性質進行檢測,結果表明:巒大杉木材的氣干密度為0.344g/cm3、弦向全干干縮率6.020%、弦向濕脹性6.440%、吸水性237.810%、順紋抗壓強度6.004mpa、抗彎彈性模量7250.810mpa、抗彎強度59.840mpa、順紋抗拉強度62.800mpa;巒大杉的材質與杉木相近,應用方面可參考杉木,在木構件加工時,其安全系數可使用杉木的量值。