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尾巨桉木材物理力学性质的主成分分析
（中南林学院工业学院 湖南长沙 410004）
摘 要：以11个尾巨桉家系、无性系木材物理力学性质测试数据为研究材料，通过SPSS数理统计软件运用主成分分析方法，将影响尾巨桉木材物理力学性质的9个指标分为强度指标和干缩指标两大主成分，而其中影响最大的是基本密度和差异干缩。为以后的尾巨桉工业用材的定向培育，提供了以基本密度和差异干缩为材质好坏的主要监测指标。
关键词：尾巨桉 木材物理力学性质 主成分分析
The Principal Component Analysis on the Physical and Strength Properties of E.urophylla×E.grandis
Chang Shan-shan, Liu Yuan, Hu Jin-bo
(College of Industry of Central South Forestry University Changsha Hunan 410004)
Abstract: The paper is based on the test data from the physical and strength properties of 11 E.urophylla×E.grandis families and E.urophylla×E.grandis clones. With principal component analysis, 9 factors of affecting the wood physical and strength properties are divided into two classes—strength index, shrinkage index, of which the basic density and variance shrinkage are more important. It is good for the directive practice of the seed selection and directive breeding for E.urophylla×E.grandis.
Key words: E.urophylla×E.grandis, physical and strength properties, principal component analysis
尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)是广西东门林场于1986年采用尾叶桉和巨桉杂交获得的第一批杂交种，其木材密度高、花纹美丽，是装饰和家具制造的良材，可广泛应用于家具、地板、耐久的结构材和建筑材的生产[1-2]。目前，在尾巨桉木材工业用材定向培育中，急需解决的问题是如何监控木材材质，及时调整营林措施，从而达到改善木材品质的目的。木材物理力学性质是木材科学加工与合理利用最重要的基础之一，常用测试的多项参数指标来表征，则衡量木材物理力学性质木材材质鉴定是一项很复杂的工作。然而，在实际生产中，如果按常规全部检测这些指标，工作量、花费很高，因而有必要从中筛选一些衡量木材材质的主要指标，作为材性选种和定向培育的主要目标，或作为材质监控的主要依据[3-5]。
1 材料与方法
1.1 试材情况
浅谈木建筑的发展历程 摘要:通过引用亚洲、美洲、欧洲等地的木建筑重要案例,介绍了木建筑的历史与发展,并在环境可持续发展的概念上 论述了木建筑再崛起的关键与可能性。 关键词:木建筑,木筋墙,建筑风格,可持续发展 在人类文明的发展进程中,木材如同土石材料一样,是最原 始的建筑材料之一。人类除了大量使用木材外,在构筑工艺及技 术上也精益求精,积累了丰富的建筑知识,造就了许多不朽的文 化资产。因此,木建筑在建筑史上占有重要的地位。工业革命以 来,现代建筑行业蓬勃发展,以钢筋混凝土结构为代表的现代建 筑一座座拔地而起。与此同时,给人类的自然环境也带来了无穷 的灾难,全球变暖、生态失衡、土石流失等灾害接连而至。 进入21世纪,人类面对的是重要的反省时期。在科技及工 业高度发展的背景下,环境生态的经营与维护已成为最受关注的 焦点之一。以房屋开发而言,虽然现代建筑的营建技术已趋成 熟,却也经常是破坏环境生态的主要行为之一,其中以水土资源 的不当开发、二氧化碳的过度排放,以及资源的过度耗费等最为 严重。 木建筑曾经是中国最具有成就的建筑形态,然而曾几何时, 木建筑在中国已成为熟悉却又遥远的名词,存留下来的只是朗朗 上口的历史文献以及无数“说不清”的经验法则。幸而,在“绿色 建筑”、“生态建筑”思潮的推动之下,木建筑逐渐获得市场的青 睐,许多营建业主及建筑师也都跃跃欲试。 1 木建筑的过去 在古代中国,木材一直是最重要的建材。中国木建筑的类型 融合了社会的阶级形态、儒释道的宗教精神及哲学文化等。更重 要的是,它体现了古时中国人对自然的尊重。仰韶文化的西安半 坡遗址中(公元前4800年~公元前4300年),发现以木柱支撑的 半覆土建筑物;安阳的殷墟遗址中(公元前1766年~公元前1122 年),出现以砾石及铜片为柱基础的木质柱梁建筑形态;战国时代 (公元前475年~公元前221年)的青铜雕饰中,也明显可见柱梁 式的木建筑,甚至连斗拱的构造方式也已然存在。此后,一直到 公元600年,这段时期虽然没有明显木建筑民居文化的记录,但 依据同时期朝鲜及日本留存下来的文献显示:中国式木建筑形态 已被广泛传播,并且影响了远东地区的建筑文化。宋代的《营造法 式》(1103年)详细而又系统地描述了木建筑的材料、构法、作式及 形态等,足见当时木建筑的工艺水准已达巅峰。清代的《工程做 法则例》(1734年)则列举了不同功能、形式的建筑构筑规则。与 《营造法式》不同的是,此规则详细列出了每一构件的尺寸,反映 出宋、清两代木建筑的差异及发展历程。 世界最高木建筑———应县木塔,塔总高67.31 m,是中国现存 唯一的纯木构大塔。应县木塔建于辽清宁二年(公元1056年), 在寺的前部中心位置上,当时是寺中的一个主要建筑。900年来, 木塔曾经受了多次强烈地震的考验,屹然不动,未受到任何损害, 这说明它的抗震力很强,反映了中国古代木构建筑的成就。应县 木塔是中国现存木构建筑之最,也是现存世界古代木构建筑之最 高者。 在北美洲,最早的木筋墙建筑是由欧洲殖民者所建造的。来 自欧洲不同地区的移民建造了不同形态的木建筑,诸如著名的希 腊复兴风格(Greek Revical Style)、意大利风格(Italianate Style)、安 妮女王风格(Queen Ann Style)、木格架形式(Stick Style),出现于 十九世纪五六十年代,其特征为石板的陡斜屋顶与金属装饰组 合,外墙大量使用木条及几何的装饰图案,房屋平面往往不呈几 何对称形状,在门廊的柱、托架及梁端部常有雕饰的手法。大部 分的建筑物为木构造,也有少数为砖木混造的形式,许多房屋细 部的设计仍承袭着欧洲风格。1874年美洲东部出现最早的斜屋 顶住宅形式(Shingle Style),是由建筑师理查森(Henry Robson Richardsons,1836年~1886年)设计的。其特色包括在建筑物外 墙大量使用条板覆盖,并且使用大倾斜度的屋顶。这些都充分反 映了木材的特性及质感。 在欧洲,目前确切可考的木筋墙建筑形态可溯至13世纪末, 最古老的德国若墨(Romer)的建筑建造于1296年。在法兰克福 的萨克豪森,则发现建造于1291年~1292年间的木筋墙建筑。 15世纪以后,依据历史文献推断,精确的力学计算技术已明显应 用于木筋墙建筑,于是更合理、更高难度的建筑开始大量出现。 2 木建筑的近代 工业革命以来,木建筑逐渐退出了历史舞台,至今都没有严 谨的学术研究对木建筑作深入探讨,但从20世纪以来的营建发 展史来看,大致可归结为3点:1)木材虽然是一种建筑材料,但不 同于其他建材的是:在人类漫长的传统生活中,木材同时也是一 种普遍的燃烧材料。加上近代人口急速增长,战争不断破坏地 表,森林资源损耗的速度及程度已明显影响人类的重要需求(有 鉴于此,自17世纪起欧洲各国均开始大量种植再生林),因此在 危机意识的驱使下,替代传统材料的需求日渐紧急。2)由于工业 革命的开始,人们开始寻求更多新的材料及构造方式,加上新建 筑材料制造效率的提高,不论在质和量方面都能解决木材逐渐短 缺的问题,相比之下,木材已逐渐无法迎合日后市场的需求及挑 战。3)由于战后全球人口的极度增长,对住房的需求越来越大,人 口密度较大的国家纷纷建造高层住宅,这是木建筑所不能及的。 然而不幸的是,新建材的发展却建立在人类对不可再生资源 的耗竭行为之上。在人类追求新奇事物的心理驱使下,狂热、期 待、创造力、活力在新材料、新建筑的发展趋势中显露无遗。人们 对于其可能带来的长远影响却显得麻木不仁,甚至抛诸脑后,至 少在当时许多的质疑并没有得到社会太多的关注或回应。木建 筑是一种复杂的、需高度知识背景的,并强烈依附于文化传统的 建筑形态,其经验的传承、历史性的价值却在此时渐渐风华褪尽, 无声无息地淹没在“现代化”的洪流之中。 3 木建筑的未来 转机出现于1973年第一次石油危机到1992年的里约集团 国际高峰会之间。面对现代建筑的发展趋势,木建筑不只诉求于 环保、诉求于资源、诉求于可持续发展,更诉求于生活品质、诉求 于人性、诉求于文化传统。于是,一连串有趣,具有创新概念的建 筑计划纷纷出笼,尤其在环保意识高涨的欧洲,木建筑的崛起犹 如一场“大自然的反扑”,再一次震慑人心。许多成功的案例更令 人惊喜不断,越来越多的建筑师及工程师投入其中,更多缜密及 深入的研究和发展议题也开始如雨后春笋般崛起。 相对的,对于其他与可持续发展理念相冲突、为环境生态带 来直接或间接负面冲击的“新建筑材料”,如今人们除了必须重新 省思其未来发展何去何从外,还必须为解决或降低其对人类社会 所带来的负面影响疲于奔命。一味追求功能的“现代化列车”如 今正在放慢速度,重新调整方向。 清华大学建筑技术科学系的一项研究结果显示,在上海地 区,木结构房屋采暖耗能比轻型钢结构房屋低27.1%,比混凝土 结构房屋低31.3%。有关专家指出,木建筑的再开发,不只意味 着人类对于传统材料及技术的认同,更是符合人类社会发展远景 的先进做法。从建筑经济学和建筑生态学的角度来看,推广木结 构建筑建造,确实是在走一条合理利用资源、可持续发展的新路。 4 结语 由此可知,木建筑伴随人类住屋形式与生活习惯的历程相当 久远,且足迹遍及亚洲、欧洲和美洲,几乎涵盖所有的古文明地 区。迈入21世纪,在全球变暖、能源过度消耗、水土流失泛滥成 灾等灾害的影响下,人类不得不摒弃几百年来以科技马首是瞻的 功利主义思考,重新审视现代主义,以降低建筑对环境带来的重 创和危机,因此关于“绿色建筑”、“生态建筑”、“可持续建筑”、“有 机建筑”等论述纷纷应运而生。在当今提倡环保意识的年代,符 合可持续发展精神的木建筑以“另类”之姿趁势崛起,重新站上世 界建筑的舞台。然而,木建筑面对的挑战并不亚于它被赋予的期 待。它该如何在经济发展、新兴生活形态及人类可持续发展三大 趋势中,寻得最佳的定位及发展战略,这将是现代木建筑从事者 所面临的最大课题。 参考文献: [1]贺斌.基于环境观点的生态建筑可持续发展的思考[J].科 技进步与对策,2003(3):35-36. [2]亚伯克隆比.建筑的艺术观[M].天津:天津大学出版社,2001. [3]李允.华夏意匠———中国古典建筑设计原理分析[M].天 津:天津大学出版社,2005. [4]王超,薛烨.古建筑保护中的新技术应用[J].山西建筑, 2007,33(22):28-29.
超低密度植物纤维材料尺寸稳定性的研究
摘 要：具有“桁架”网状结构的超低密度植物纤维材料在干燥过程中存在外形尺寸收缩的问题，当干燥温度小于100℃时，收缩量与温度之间呈正相关性，最大收缩量可超过5％；当温度大于100℃时，材料内部出现分层的现象。材料置于模具中进行干燥可以消除水平方向的收缩，但高度的收缩率大于无模具干燥的情况。
关键词：尺寸稳定性 低密度 温度 成型 干燥
Study on dimension stability of low-density mat made from plant fiber
Xie Yongqun Yang Wenbin
Abstract: low density mat made from plant fiber have a reticular structure. It’s dimension is reduced in drying process. Under 100℃ tempreture, shrink has a direct proportion with tempreture, maximal is more then 5%. when thempreture higher then 100℃, interstice is keep in the mat. When mat be dryed in form mould, this shrink almost is not keep on the horizon plan, but is carried out more vertical dimension decrease then in case without form mould.
Key words: dimension stability, low density, tempreture, form mould, drying
低密度植物纤维材料一直是人们关注的重要问题，在纤维板、刨花板等人造板的研究中不断有相关的研究成果推出。但由于当前的包括人造板、纸板和纸等植物纤维产品的生产工艺主要依靠压力和温度两个参数[1,2]，因此密度一般高于0.3g/cm3，试图取得更低密度的材料是十分困难的事情。为克服这一困难，研究人员采取了在人造板中添加发泡塑料等低密度材料；采取大片刨花，并同时辅以降低热压压力提高热压温度等措施降低其密度；利用宏观结构的构建，制造蜂窝纸板和瓦楞纸板等广义的低密度材料[3-8]。利用液体发泡原理构筑桁架结构（如图1）[9]，可以避开由于使用温度、压力制造工艺带来的困扰，为超低密度材料的生产寻找出一条新路。
依照液体发泡原理构筑桁架结构的理论，水是其重要的中间介质[10]。水分子在被帚化的植物纤维端部间构成水桥，使纤维在泡沫溶液中其端部得以接近并连接[11]。当含水坯料被干燥后，水分被逐渐去除，使纤维端部的氢键实现联接（如图2）。水分逐渐去除的过程也是纤维端部接近的过程，其宏观表现为坯料在干燥过程的尺寸收缩。不同的干燥工艺，其产生的收缩率和收缩方向存在着明显的差异，对材料形成的产品外观和性能有直接的影响。
1 实验材料及设备
1.1 主要原料
南平造纸厂硫酸盐化学木浆、福建将乐森绒绒毛浆厂杉木绒毛浆、福建福人木业有限公司中密度纤维板用纤维（松阔比3：7）；萜烯类起泡剂、非离子型烷基表面活性剂、FPC复合胶（自制）。
1.2 主要设备：
ZSP300高浓盘磨、ZD－2自动电位滴定计、NDJ－9S数字粘度计、7312—I搅拌机、5l定量箱（自制）、成型箱(240×120×60) 、通用干燥箱。
样品参数：
坯料含水率：830～910％（干基）、坯料尺寸：240×120×60mm。
测试方法：将坯料放入干燥箱干燥至恒重（时间6小时），取出测量各边的尺寸变化。
2 实验结果与分析
2.1 温度对尺寸变化的影响
2.1.1 无模具干燥
无模具干燥是将经过静置，在重力脱水过程结束后，将成型坯料从模具中脱出并放入干燥箱进行干燥，分别设定干燥温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃七个干燥温度值，干燥至恒重，干燥时间分别为：7小时、6.5小时、6小时、5.5小时、5.5小时、5.5小时、5.5小时。图4为样品图，图5为样品各尺寸的收缩率曲线。
2.1.2 带模具干燥
带模具干燥是指坯料在模具内静置，使重力脱水过程结束，坯料随模具一道进入干燥箱。分别设定干燥温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃七个干燥温度值，干燥至恒重，干燥时间分别为：7小时、6.5小时、6小时、5.5小时、5.5小时、5.5小时、5.5小时。图6为样品图，图7为样品各尺寸的收缩率曲线。
2.2 实验结果讨论：
1) 无模具干燥情况下，坯料上部品面自由平面和厚度均产生收缩，收缩程度与干燥温度有关。在实验温度范围内，坯料上部自由平面的收缩程度随温度的升高而增大，其边长收缩为：60℃时1.19％、100℃时4.83％、120℃时达到了5.82％；在高度尺寸上的尺寸收缩则表现为现加大后减少的情况：60℃时为3.52％，100℃时达到5.22％，120℃时则0.4％。而下部尺寸则出现了增大的情况，增大幅度的最大值出现在温度相对较低的70、80℃时，分别为1.12％和1.05％。
2) 坯料随同模具干燥的情况下，坯料上下面在模具中基本保持原有尺寸，从模具中取出后的测量值表明一些无规律的尺寸变化。高度方向的尺寸变化规律与无模具状况呈相同趋势，即：在高度尺寸上的尺寸收缩则表现为现加大后减少的情况，但收缩值更大：60℃时为4.09％，100℃时达到5.63％，120℃时则2.11％。干燥后的坯料总体形状保持良好，其上部表面随高度变化呈水平平行下降。
3 结果分析与结论
超低密度纤维材料在干燥过程中，其外形尺寸会产生收缩。各部分尺寸变化原因分析为：
1) 无模具状态下，底部尺寸的扩张是由于坯料在高含水率情况下呈现出一定的流动特性，使其在干燥前受重力作用作用产生流变，导致底部向外扩长，使底部尺寸加大。
2) 各表面尺寸在无约束情况下，在干燥过程中产生收缩，是由于在干燥过程中，由于水分的减少，作用于纤维间的水桥拉近了纤维间的距离，当水分完全消失时，纤维实现联接，这一过程宏观上表现为坯料上边和厚度的收缩，而底部由于它与固体界面的接触阻碍了收缩过程的进行。利用模具作为容器和坯料一同干燥可以解决这重力影响产生的流变问题。
参考文献
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[10] 顾惕人主编.表面化学[M], 北京：科学出版社，1994年6月
[11] 王中厚主编.制浆造纸工艺[M], 北京：中国轻工业出版社，2006年2月
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