纳米复合材料改性杨木木材的物理力学性能

木材的物理力学性能研究木材是人类生活中不可或缺的一部分，它在建筑、家具、包装、运动器材等方面都扮演着重要的角色。

随着对木材使用需求的不断增加，研究木材的物理力学性能也变得越来越重要。

本文将重点探讨木材的物理力学性能研究。

首先，让我们了解一下木材的组成结构。

木材主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分构成。

其中，纤维素是木材的主要成分，它占据了木材的50%以上。

由于木材的这种特殊构成，导致了它拥有优异的物理力学性能。

第一种木材的物理力学性能是弹性模量。

弹性模量又称为杨氏模量，是表示材料抵抗形变能力的一个重要指标。

材料的弹性模量越大，表示材料越难形变。

而木材的弹性模量非常高，比较硬的木材可以达到100GPa以上。

这意味着，即使面对强大的力量作用，木材也不容易变形，保持其原有形态。

第二种木材的物理力学性能是抗拉强度。

木材在受到拉力作用时，会出现拉伸变形，且很容易出现拉断现象。

抗拉强度是表示木材轴向上最大承受拉力的指标。

在木材表面纤维的拉伸条件下，抗拉强度可以很大程度上体现木材的物理力学性能。

事实上，由于木材的结构独特，它可能在某些情况下比钢更强。

第三种木材的物理力学性能是硬度。

木材的硬度涉及到木材表面的耐磨性，即当木材表面受到异物磨损时，木材能否抵御损害。

硬度的另一方面体现在木材的耐冲击性上。

除了纵向外，木材的横向物理力学性能同样值得注意。

很多人认为，木材是一种不稳定的构材。

确实，在湿度、温度等自然条件的变化下，木材的物理力学性能可能会发生一些变化。

这是由于木材中的半纤维素和木质素成分具有可塑性和膨胀性。

因此，在设计和使用木材的时候，需要考虑到木材的这种不稳定性，采取相应的可调节措施。

当然，除了上述性能外，木材还有其他的物理力学性能。

如压缩性能、剪切性能、挠曲性能等。

通过研究这些木材的物理力学性能，人们可以更好地利用木材，在建筑、制造等领域发挥更大的作用。

总之，木材是一种优良的构材，其物理力学性能在很多方面都很突出。

纳米复合木材再生材料的研究及其应用近年来，随着环境保护理念的普及和可持续发展理念的深入人心，再生材料的研究和应用日益受到关注。

再生材料具有重要的环保和经济意义，能够有效地减少污染和资源浪费，推动经济可持续发展。

作为再生材料的一种，纳米复合木材是近年来比较热门的研究方向之一。

一、纳米复合木材的研究概述1. 纳米复合木材的定义纳米复合木材是一种由纳米材料和木材经过复合处理后形成的一种新型材料体系。

其特点是在木材的基础上，通过加入纳米材料，对木材进行改性，进而使得木材具备了一定的渗透、增韧、防水等性能。

2. 纳米复合木材的制备方法纳米复合木材的制备方法分为物理法和化学法两种。

物理法主要是将纳米材料通过物理方法与木材混合，形成复合材料；而化学法则是通过化学反应将纳米材料紧密结合在木材中。

3. 纳米复合木材的优点纳米复合木材相较于传统木材具有以下优点：（1）抗风化性能好：纳米复合木材中加入了纳米材料，改变了材料的物理性质及结构，增强了木材的抗风化性能，使得木材具有更长的使用寿命。

（2）防水效果好：纳米复合木材表面经过处理后，材料的防水性能得到大大提升，能够有效地防止水分侵入木材内部，从而减少了木材腐烂的风险。

（3）改善形变：纳米复合木材具有抗翘曲、抗变形等功能，气候变化对材料的影响小，稳定性高，并且因为材料较硬，使其不易变形。

（4）提高材料的可塑性：纳米复合木材能够增加木材的塑性和可加工性，能够满足不同的制作需要。

二、纳米复合木材的应用1. 建筑领域纳米复合木材具有优异的机械强度和防腐性，能够应用于建筑、桥梁等行业。

例如，在桥梁建设中，传统的木材因为不能抵御水、霜等元素直接侵蚀，导致桥梁的使用寿命较短，但使用纳米复合木材却能在一定程度上解决这一问题。

此外，纳米复合木材的应用还包括建筑外墙装饰、室内地板等。

2. 家居领域在家居领域中，纳米复合木材以其良好的耐久性受到消费者的追捧。

选用纳米复合木材材料制作各种家居饰品，不仅可以降低环境对自然资源的破坏，同时也能够提高产品的耐久性和外观质量。

8 PBT/AT 纳米复合材料的力学性能和热学性能潘炳力1，刘翠云1，杨生荣2（1．河南科技大学高分子科学与纳米技术重点实验室，河南 洛阳 471003； 2．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃 兰州 730000）摘 要：研究了熔融共混法制备的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT ）/改性凹凸棒粘土（AT ）纳米复合材料的力学性能和热学性能。

结果表明：AT 含量较低时可以使复合材料力学性能明显改善，而AT 含量较高时，拉伸和冲击性能下降；凹凸棒粘土在含量低时起成核剂的作用促进PBT 结晶，使结晶度增大，而含量高时使PBT 的结晶度变小；凹凸棒粘土的加入使基体的结晶不完整。

凹凸棒粘土增强改性PBT 的机理为其纳米效应。

关键词：凹凸棒粘土；聚对苯二甲酸丁二醇酯；力学性能；热学性能基金项目：河南省杰出人才创新基金（074200510019），河南科技大学校基金（2008ZDYY004），固体润滑国家重点实验室开放基金（0706）聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutyleneterephthalate),简称PBT ，是一种结晶性、线型饱和聚酯；PBT 的强度和刚度与其他工程塑料相比并不算突出，因此进行PBT 的增强改性方面的研究很有必要。

凹凸棒粘土（attapulgite ，AT ）又名坡缕石（palygorskite ），是一种具有天然纤维状晶体形态结构的含水富镁的铝硅酸盐矿，其独特的纳米纤维状结构决定了其具有作为高分子材料增强填充剂的前提条件[1]，近几年，聚合物科学方面的国际著名期刊相继报道此方向的研究工作[2]。

近期Chen Xueqin 等人对PBT 基凹凸棒粘土复合材料的等温结晶性能进行了研究[3]。

而就我们所知，目前还没有文献对PBT 基凹凸棒粘土复合材料的热学性能、力学性能等进行报道。

本文中我们采用聚丙烯酸钠（PAS ）对凹凸棒粘土进行处理，其目的为将PAS 既用作粘土的表面改性剂，增强与基体的界面结合，又把PAS 作为凹凸棒粘土的提纯剂，除去粘土中其他杂质获得纯化填料；我们将采用熔融共混法制备PBT/PAS 改性AT 纳米复合材料，并研究其力学性能和热学性能。

关键词：改性速生杨木；力学性能；装配式；关键技术社会经济的飞速发展，造成环境大量污染和劳动力成本迅速提高[1-2]。

针对上述问题，国家颁布一系列文件要求大力推广装配式建筑，各地都提出了新建建筑装配化率的目标，并且都提到木结构装配化的问题。

由于中国的森林覆盖率不高，且近年来，为了保护林区的森林资源，维持完整的生态环境，国内多个林区已逐渐被禁止采伐，尤其以东北大小兴安岭为主的林业湿地，完全被禁止商业采伐，导致中国木材产量明显减少，难以满足市场的需求，致使木结构建筑的生产和推广受到严重制约。

速生杨木除本身具有品质优良、生长快、适应性强、抗寒及抗病虫害能力强、木质轻、易加工、管理粗放等特点外，还具有绿化环境、防风固沙和其经济效益较好等优点[3-4]。

一般而言，速生杨的育林苗木定植后，5年就可以成材，因此大面积营造速生丰产用材具有良好的发展前景。

为了更好地利用这一天然资源，有必要以改性速生杨木为研究目标，进行其改性后的试验研究，掌握改性后速生杨木的基本力学性能规律，进而扩大速生杨木的应用范围。

1存在的问题存在的问题主要如下：①对木结构的认识不足，从社会角度、高校角度、科研院所角度、设计院角度分析，大部分认同的是钢筋混凝土结构，设计意识淡薄，设计积极性不高。

②对相关规范理解不够深刻，支持不够。

中国木结构规范相对较陈旧，对木结构设计认识不够，设计院无规范可用，此前，各种规范冲突较明显，木结构的防火规范限制较大，这些都遏制了木结构的发展。

③木结构的企业设计能力薄弱，设计时分析不够明确。

中国现阶段木结构企业的设计过程、实验过程不够完善，导致设计过程中受力分析不够明确，套用固定模式的现象严重，对构件受力分析过于简单。

2研究内容速生杨木材性基本力学性能的试验研究。

为了能够全面地了解速生杨木的力学性能，对速生杨木进行顺纹抗压强度、顺纹抗拉强度、横纹抗拉强度、抗弯强度、顺纹抗剪强度、弹性模量和含水量的试验研究，为后面的改性打下基础。

纳米材料的力学特性研究纳米材料，作为一种新兴的材料，具有独特的物理、化学和力学特性。

力学特性是纳米材料中最为重要的研究方向之一，它关乎到纳米材料的可持续发展以及在各个领域的应用潜力。

本文将以纳米材料的力学特性研究为主题，介绍相关领域的新进展和挑战。

一、纳米材料的力学特性简介纳米材料的力学特性指的是在力学和材料科学中研究材料在施加力的作用下产生的变形行为和力学性能。

纳米材料的力学特性具有独特性，主要体现在以下几个方面：1. 尺度效应：由于纳米材料的尺寸通常在纳米级别，所以其力学特性会受到尺度效应的影响。

纳米材料的强度、硬度和韧性等力学性能与其尺寸有关，呈现出与宏观材料截然不同的特点。

2. 表面效应：纳米材料的表面积较大，表面效应在其力学特性中起到重要作用。

表面效应在纳米材料中导致应力场和位移场分布的非均匀性，从而影响了力学性能。

3. 晶界效应：纳米材料由于其颗粒尺寸较小，晶界的比例相对较高，晶界效应对力学特性的影响较大。

晶界是由不同晶格结构的晶体颗粒之间的相界面组成，晶界的存在会对纳米材料的强度、塑性和断裂韧性等力学性能产生显著的影响。

4. 可控变形：纳米材料具有较好的可塑性和可控变形能力，可以通过改变结构和形貌来调控其力学特性。

这为纳米材料的制备和应用提供了新的技术途径和研究方向。

二、纳米材料力学特性研究方法为了深入研究纳米材料的力学特性，科学家提出了许多研究方法和技术。

以下列举了几种常见的方法：1. 原位实时观察：通过采用透射电子显微镜（TEM）等技术，可以实时观察和记录纳米材料在变形过程中的微观结构和力学行为，进而得到纳米材料的力学性能参数。

2. 纳米压痕：纳米压痕技术可以通过在纳米尺度下施加小负载并测量样品的力学响应，来评估纳米材料的力学特性，如硬度、弹性模量等。

3. 分子动力学模拟：分子动力学模拟是一种基于粒子系统的计算模拟方法，可以模拟纳米材料的力学行为。

通过这种方法，可以研究纳米材料的原子层面的力学响应和变形机制。

纳米技术在木材中的应用与发展xx摘要：纳米技术在木材工业中发展中占着很重要的地位，是木材科学界所关注的高新技术之一。

将纳米技术应用在木材上，对木材改性，保护等十分有效。

纳米技术作为一种发展速度较快的新兴产业，有非常光明的前景。

1纳米材料与技术概要(1)纳米材料纳米(nm)是长度单位，1纳米是10 －９米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，人的头发丝的直径一般为7000—8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。

一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：（1）材料的特征尺寸在1-100ｎｍ之间；（2）材料具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

纳米材料的主要特性有：（1）量子尺寸效应显著；（2）较强的光致发光效应；（3）表面效应；（4）设计合成新材料；（5）具有无可比拟的力学性能；（6）良好的微波吸收性。

(2)纳米技术纳米技术一般是指在纳米尺度（0.1-100nm范围）上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性开发新产品的一门科学和技术。

纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。

纳米科技是包含纳米材料、纳米器件和对它们的检测与表征等应用性很强的研究和技术领域。

具体而言就是在纳米尺度上原位研究各种纳米结构的电、磁、光、热、力学等特性；纳米空间的化学过程、物理运输过程以及原子、分子的排列、组装与奇异物性的关系[1-2]。

2 纳米技术的原理及特点纳米技术是科技发展的一个新型领域，它不仅仅是将加工和测量精度从微米级提高到纳米级的问题，而是人类对自然的认识和改造方面，从宏观领域到物理的微观领域，深入了一个新的层次，即从微米层深入到分子、原子级的纳米层次。

纳米技术及其在木材科学中的应用前景 （Ⅱ）--纳米复合材料的结构、性能和应用 纳米单元体是介于宏观世界与微观世界之间的介观世界，具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和分形聚集特性等。

将纳米单元体以分子水平分散在某种基体中形成纳米复合材料，使之表现出许多独特的性质，因此纳米复合材料的概念是指分散相尺寸有一维小于10 nm 2 的复合材料，作为一个新兴的研究领域吸引着世界各国科研工作者。

本文主要介绍纳米复合材料的结构、表征及在木材科学中应用的性能等。

1． 高聚物基（木质基）纳米复合材料的结构复合材料是由两种或两种以上的不同化学组分、不同性能的材料组成。

在复合材料的制造过程和使用过程中，其性能都与构成复合材料组分的结构密切相关。

作为分散体的纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，在通常的电子显微镜下一般呈球状，但随着制备方法和制备条件不同有时会出现正方形、矩形、五边形十面体等[1]。

纳米复合材料的结构复杂，采用不同制备方法或不同原料制成的纳米复合材料其结构也不相同。

根据木材所具有的特点，下面主要介绍纳米微粒直接分散法、原位复合法、插层复合法等的制备的复合材料的两相界面的黏接方式、分散相在连续相中的结合状态等结构特征。

1．1直接分散法制备的纳米复合材的结构无机纳米微粒分散法采用无机纳米微粒作为胶体基质,聚合物在其表面沉淀,而沉淀的聚合物又将无机微粒包合在一起,形成多孔性的纳米复合粒子,这种粒子(图1)具有层叠结构[2]。

廖秋霞等[3]制备PMMA-SiO 2木材复合材料所生成的SiO 2颗粒尺寸范围为60-80 nm ，具有纳米材料的结构特征（图2）。

1． 2溶胶-凝胶法制备的纳米复合材的结构溶胶-凝胶法制备的纳米复合材料主要有4种结构模型[4]：(a)有机相包埋在无机网络中（图3-a ），(b)无机相包埋在有机网络中（图3-b ），(c)有机相-无机相互穿网络（图3-c ），图1 聚吡咯-无机氧化物纳米微粒形成示意图 图2 PMMA-SiO 2-木材复合材SEM 照片(4)通过共价键、氢键交联的结构，即有机相和无机相之间通过化学键连接。

改性杨木家具设计研究一、改性杨木的特点改性杨木是以杨木为原材料，通过一系列的物理、化学、生物学等改性工艺加工而成。

其特点如下：1. 稳定性高：改性杨木的稳定性比天然杨木高得多，不受潮湿和干燥的影响，不易开裂、变形。

2. 密度适中：改性杨木的密度与天然杨木相当，坚硬耐用，强度高。

3. 样式多样：改性杨木可以进行多种表面处理，可以制成各种颜色和纹路，比如自然色，白色，黑色，红木，樱桃木等等。

4. 环保优秀：改性杨木不含有害物质，天然环保，不但可以循环利用资源，还能减少森林砍伐和环境污染。

1. 功能性在设计改性杨木家具时，设计师首先需要考虑的是其实用性和功能性。

家具的设计必须符合人体工程学的原则，使其符合人体工程学原理，更符合生活和工作的需要。

例如，床铺设计时应考虑到睡眠时的脊椎健康；桌椅设计时应考虑到身体姿势的舒适性。

2. 简洁大方改性杨木的自然美感需要在设计中得到充分的体现，简洁大方的设计风格可以更好地突出木材的原始风采。

在设计上，应尽量避免过多的装饰和花哨的设计，注重木材本身的优美。

3. 强调材质特色改性杨木的特点在家具设计中应充分体现。

因此，在设计改性杨木家具时，设计师应该强调木材的特色，注重表面处理，突出木材的质感和色泽，如表面采用沙发处理，以突出木材的纹理和原始的美感。

同时，在设计家具配件或框架时，还应注重对木质材料的选择，充分体现材质特色。

4. 颜色搭配改性杨木可以制成多种颜色和纹路，因此在家具设计中，可以根据不同的风格和用途，采用不同的颜色搭配。

例如，在中式风格中，可以使用红木或者深色木材，而在现代简约风格中，可以使用白色或淡色木材。

三、改性杨木家具的应用改性杨木的天然环保、美观实用、坚硬耐用、不易开裂、价格优惠等特点，使其被广泛应用到家具设计中。

1. 桌椅改性杨木可以制成各种颜色和纹路，因此可以用于桌椅的制作。

桌椅设计应注重舒适性和实用性，既可以运用现代的设计原则，又可以注重传统的美感。

·20·包装材料纳米SiO 2在木质包装材料改性中的应用■ 文/天津科技大学 包装与印刷工程学院 刘德山、张静、于丽丽、朱礼智、马晓军摘要：纳米SiO 2具有良好的物理力学性能，因此，在木质包装材料改性中得到了越来越广泛地应用。

本文系统地介绍了纳米SiO 2在木质包装及其树脂改性中的应用进展，并对其现状及未来研究趋势进行了分析展望，以期为纳米SiO 2改性木质包装材料的健康发展提供借鉴。

关键词：纳米SiO 2；木质包装材料；树脂；改性Dong 等[9]在加热条件下，促使糠醇与纳米SiO 2通过聚合反应固定在速生材杨木中，经研究发现该处理材的表面硬度、抗压强度及弹性模量均会显著提高。

Hazarika 等[10]利用纳米SiO 2与纳米粘土改性木塑复合材料，研究发现处理材的抗拉强度及抗弯曲强度分别增加了76.5%及23.6%。

Pan 等[11]研究表明，在纳米SiO 2-木材纤维-高密度聚乙烯复合材中，纳米SiO 2的添加会明显提高处理材的力学性能，其中当纳米SiO 2的添加量为8%时，处理材的抗拉强度及抗弯曲强度达到最大值。

（二）尺寸稳定性研究利用纳米SiO 2改善木质包装材料尺寸稳定性也取得了一定的成果。

莫引优等[12]采用溶胶-凝胶法对木材表面进行处理，使纳米SiO 2生成于木材表面，经改性后的试材吸湿膨胀率、木材表面耐磨性和抗光变色性均得到明显改善，其中，未处理材的径向吸湿膨胀率为处理材的1.5-2.0倍，弦向吸湿膨胀率为处理材的1.4-1.9倍，磨耗量为处理材的2倍左右。

刘晓玲等[13]采用溶胶-凝胶法将纳米SiO 2和TiO 2引入到对木材表面，使之与木材成分间形成硅钛双元氧化膜，结果表明，改性材的抗老化能可提高3倍上，并且具有较强的疏水性及光催化降解能力。

张明等[14]利用真空加压方法将纳米SiO 2合成原料注入杨木内部，使正硅酸乙酯、氨水、乙醇在杨木微米级导管内发生溶胶-凝胶作用而生成SiO 2纳米粒子，使杨木材料形成更强健的二维多级粗糙结构，并经十八烷基三氯硅烷修饰使杨木材料在水、腐蚀性液体（酸液/碱液）、常见有机溶剂中以及一些常见条件下均保持了优异的超疏水特性能，并且表现出显著的化学与机械稳定性能。