白腐对落叶松木材细观和微观力学性能的影响

摘要

本论文以长白落叶松（Larix olgensis Henry）木材为主要研究对象，选用白腐菌采绒革盖菌（Coriolus versicolor）对试样进行白腐菌接种，系统研究白腐后木材表面颜色、试样质量损失率、纵向抗拉强度和纳米压痕力学性质等变化规律。同时利用光学显微镜和扫描电镜观察菌丝在木材细胞内的生长情况，并采用傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱方法分析腐朽前后木材化学特征峰的变化，阐述长白落叶松木材经白腐菌腐朽后细观和微观力学性能的改变机制。
　　本论文的主要研究结论如下：
　　（1）腐朽后木材表面颜色发生明显变化。随着木材腐朽程度的加深，落叶松木材表面颜色从最初的淡黄色变到腐朽后深红褐色，且经过腐朽后的木材有轻微变形。木材质量损失率也随着腐朽时间的延长而呈现递增趋势，腐朽3周、6周、9周、12周的质量损失率分别为6.99％、10.26%、12.38%、13.63%，说明木材初期腐朽大概在6周左右，且木材初期腐朽质量损失率增幅较大，而之后则较小。
　　（2）落叶松木薄片在拉伸过程中出现了不同的断裂方式，未腐朽木材在出现最大载荷时试件仍没有完全断裂，而腐朽过的木材在试件完全断裂后分为整齐断裂和分层断裂两种情况，这和木材试件中早晚材比例不同有关。木薄片的载荷-位移曲线前半段呈直线满足胡克定律，此阶段为弹性变形，后半段曲线呈现了塑性材料的特点。落叶松木薄片不同腐朽阶段的纵向抗拉强度显示，在初期腐朽时，抗拉强度下降较为明显，之后则降幅较小。相比较褐腐菌，白腐对木薄片弹性模量的影响较小。
　　（3）不同腐朽时间落叶松木材细胞壁 S2层纳米压痕弹性模量显示，9周之前木材弹性模量降幅不大，而硬度却有大幅度下降，9周之后则纳米压痕弹性模量下降较多，硬度下降较少。这和白腐菌侵蚀木材内的化学成分有关，在9周之前白腐菌主要侵蚀木材细胞壁内的木质素，而木质素主要影响木材细胞壁的硬度，9周之后，白腐菌侵蚀木质素的活性降低，主要侵蚀在木材中起着骨架作用的纤维素和半纤维素，因此，弹性模量降幅较大。
　　（4）从光学显微镜和扫描电镜图片中可以看出，腐朽后木材细胞腔内有菌丝出现，且在12周菌丝减少，12周纳米压痕硬度降幅较小和此有关。傅里叶变换红外光谱图中，腐朽前后木质素、纤维素和半纤维素含量都降低，其中木质素含量在9周和12周差别不大，解释了纳米压痕硬度在12周降幅较小的原因。核磁共振图谱显示了白腐菌主要破坏的是木质素的侧链，对苯环骨架影响不大，这也是影响木材变色的重要原因。

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表目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究目标和主要研究内容

1.3 研究技术路线

第二章 落叶松木材白腐试验

2.1 试验材料与研究方法

2.2 结果与分析

2.3 小结

第三章 不同白腐阶段落叶松木材力学性能变化

3.1 木薄片试样纵向抗拉强度

3.2 纳米压痕

3.3 小结

第四章 白腐后落叶松木材力学性能变化机理分析

4.1 引言

4.2 显微构造

4.3 化学结构变化

第五章 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

参考文献

在读期间的学术研究

致谢