【正文】 三種材料梯度含水狀態(tài)下的 MOE 均小于平衡含水狀態(tài)下材料的 MOE，但隨材料水分梯度的減小，兩者的差異也逐漸變小； 3）尺寸膨脹對(duì)三種材料 MOE 的影響依次為 PPFLVL＞ YNP＞ PSW，說(shuō)明熱壓型人造板材料在吸濕過(guò)程中不但發(fā)生了原材料的尺寸膨脹 ，也發(fā)生了熱壓壓縮的回復(fù)。 建議我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注環(huán)境濕度變化引發(fā)的木質(zhì)材料由于含水不均而導(dǎo)致的力學(xué)性能降低問(wèn)題。 2) MOEs of three materials under moisture content gradient distribution (GMC) were all lower than they under equilibrium moisture distribution (EMC), but this difference was getting smaller and smaller with the GMC decreased。木材是 屬于毛細(xì)管多空有限膨脹型有機(jī)生物質(zhì)材料 ，具有吸濕、吸水等特性， 在使用過(guò)程中其物理力學(xué)性能容易受水分變化 的影響 [1]。在與 周?chē)?環(huán)境含水率平衡前，木材內(nèi)部含水率處于動(dòng)態(tài) 的 變化狀態(tài)，因 而 其水分分布狀態(tài)不斷變化（如含水率內(nèi)高外低或外高內(nèi)低） 使 內(nèi)部 處在 一種 復(fù)雜的含水狀態(tài) ，對(duì)其的性能造成了一定影響 。 本文研究了含水量和水分分布狀態(tài)對(duì) 木質(zhì)材料物理力學(xué)性能影響 ，著重分析了水分分布狀態(tài)對(duì)材料物理力學(xué)性能的影響。 2）梯度含水狀態(tài) 木材內(nèi)部各層含水量不均等、必與其所處環(huán)境和在其內(nèi)部不斷發(fā)生水分交換時(shí)的含水狀態(tài)，可以用名義含水率（ Nominal moisture content；簡(jiǎn)稱(chēng)： NMC）來(lái)表示動(dòng)態(tài)梯度含水狀態(tài)的木材的平均含水率。 問(wèn)題的提出 1）梯度含水狀態(tài) 對(duì) 木質(zhì)材料的物理力學(xué)性能 有何影響？ 2） 梯度含水狀態(tài) 和 平衡含水狀態(tài) 對(duì)木質(zhì)材料 物理力學(xué)性能 的 影響有何不同 ？ 3）梯度含水狀態(tài)下木質(zhì)材料工程應(yīng)用性能如何評(píng)價(jià)？ 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 水分 對(duì)木質(zhì)材料物理力學(xué)性能的影響 水分 對(duì)木質(zhì)材料外形尺寸的影響 木材及木質(zhì)材料 都 是吸濕性材料，水分的變化會(huì)引起其干縮濕漲，在宏觀上表現(xiàn)為尺寸的變化。 LVL 在加工過(guò)程中經(jīng)壓縮、涂膠、加壓等工藝的影響，在水分的作用下其尺寸穩(wěn)定性與木材還有所差別 [5]。前者是由木材的天然吸濕性引起的，不受加工工藝的影響；后者是由壓縮木材的回彈和木材單元膠點(diǎn)的破壞造成的 [6]。這與前面一些學(xué)者的結(jié)論相同 。 Gressel（ 1980 年）報(bào)告得出在 20℃ 條件下刨花板從 45%到 80%RH 下每 24 小時(shí)循環(huán)一次，含水率每增加 2—3%厚度膨脹增加 %。隨著循環(huán)含水率范圍的擴(kuò)大，材料內(nèi)部水分含量變化大 ,且對(duì)尺寸的影響也增大 [8]。應(yīng)予以考慮在吸濕、解吸過(guò)程中，尺寸有怎樣的變化規(guī)律。當(dāng)含水率處在纖維飽和點(diǎn)時(shí)，結(jié)合水吸著于木材內(nèi)部表面上，隨著含水率的下降，木材發(fā)生干縮，膠束之間的內(nèi)聚力增大，內(nèi)摩擦系數(shù)增高，密度增大，因而木材力學(xué)強(qiáng)度急劇增加。不同濕度交替變化，木材及木質(zhì)材料內(nèi)水分處在非均衡狀態(tài)，因此對(duì)材料的影響不同于平衡含水狀態(tài)。在吸濕過(guò)程中，隨著 NMC 的增加 E 逐漸減小，但吸濕到第 9 周（試件基本達(dá)到均衡含水狀態(tài)）后，測(cè)得的 E 幾乎等于第 1 周（試件從絕干經(jīng)過(guò)第一周的吸濕，內(nèi)干外濕，水分分布處 在梯度狀態(tài)）測(cè)得的 E；在解吸過(guò)程中，隨著時(shí)間的增加 E 也逐漸的增加，直到平衡達(dá)到最大。 Takahashi （ 2020 年）在研究中得出低濕的吸濕過(guò)程中，隨著名義含水率的增加 MOE 先降低后增加，但均低于平衡含水狀態(tài)下的 MOE；在高濕的吸濕過(guò)程中，隨著含水率的增加， MOE 不斷下降直至不變，基本等于平衡狀態(tài)下的 MOE；在解吸過(guò)程中，隨著含水率的降低， MOE 逐漸增大，但均低于平衡含水狀態(tài)下的 MOE [16,17]。雖然 、 Takahashi 都觀察到了這種現(xiàn)象，但沒(méi)有獲得梯度差（含水狀態(tài)變化過(guò)程）與材料 E、強(qiáng)度變化之間的關(guān)系。水分尤其是其中水分的梯度 分布 狀態(tài)對(duì)其的影響將會(huì) 繼續(xù) 受到人們的關(guān)注。 本研究的主要內(nèi)容 根據(jù)以上分析，本文的研究?jī)?nèi)容如下： 1）梯度含水 狀態(tài) 對(duì)木質(zhì)材料截面尺寸的影響 2）梯度含水 狀態(tài) 對(duì)木質(zhì)材料靜曲 MOE 的影響 3）梯度含水狀態(tài)下水分和截面尺寸對(duì)靜曲 MOE 的綜合影響 本研究的目的與意義 外界環(huán)境的多變?cè)斐赡静闹兴值膭?dòng)態(tài)變化，以至于木材總是處于一種 梯度含水狀態(tài) ，這種狀態(tài)可能會(huì)使木材的力學(xué)性能發(fā)生不小的變化，影響正常的使用。2 材料與方法 5 2 材料與方法 材料 原材料 意楊酚醛樹(shù)脂單板層積材（簡(jiǎn)稱(chēng)： PPFLVL）：氣干密度為 470kg/m3，氣干含水率為 %，順紋抗拉彈性模量為 9,244MPa，山東壽光富士木業(yè)有限公司生產(chǎn)； 云南松實(shí)木（簡(jiǎn)稱(chēng)： YPSW）：拉丁名： Pinus yunnanensis，氣干密度 600kg/m3，氣干含水率為 %，順紋拉伸彈性模量 15,651MPa； 意楊 實(shí)木（簡(jiǎn)稱(chēng)： PSW）：拉丁名： Populus euramevicana， 氣干密度 ，氣干含水率為 %，順紋拉伸彈性模量 11,299MPa。 試驗(yàn)變量和水平設(shè)置 試驗(yàn)常量設(shè)計(jì) 基本性能（取材）的一致性 ： 選材時(shí)試件的密度和彈性模量 應(yīng) 相近，增濕、干縮環(huán)境一致， 測(cè)試方法及操作規(guī)程 均需 一致。 變量為均恒含水率（ UMC）； UMC 通過(guò)取得對(duì)應(yīng)的 EMC 試件和對(duì) EMC 試件進(jìn)行封裹獲得，因此以相應(yīng)的 EMC 為替代指標(biāo)，取四個(gè)水平： EMCRH42%、 EMCRH65%、EMCRH75%、 EMCRH85%；相應(yīng)的操作指標(biāo)為恒溫恒濕箱的相對(duì)濕度（簡(jiǎn)稱(chēng)： RH）控制指標(biāo)： RH42%、 RH65%、 RH75%、 RH85%，其 20℃下 對(duì)應(yīng)的空氣中的含水量分別為 %、 %、 %、 %。 （ 2）外濕里干（吸濕）型梯度含水狀態(tài)，取兩個(gè)水平：大梯度狀態(tài)，小梯度狀態(tài)，分別以與 EMCRH65%、 EMCRH75%含水量相當(dāng)?shù)?NMC1（ =EMCRH65%）、 NMC2（ =EMC %）所對(duì)應(yīng)的計(jì)算質(zhì)量為操作、控制指標(biāo)。 表 22 木質(zhì)材料 NMC 的水平設(shè)計(jì) Tab22 Setup levels of wood materials’ NMC 指標(biāo) YPSW PSW PPFLVL 初始 EMC（ %） 吸濕過(guò)程環(huán)境 RH（ %） NMC1(=RH65%時(shí) ) EMC（ %） 預(yù)期質(zhì)量（ g） 381 NMC2(=%時(shí) ) EMC（ %） 預(yù)期質(zhì)量（ g） 388 388 3）吸著方向：吸濕。角的斜線為試件寬度測(cè)量位置，在寬度方向上的 45176。 2）試件尺寸的測(cè)量方法 測(cè)試方法按 GB/T 176571999 人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法執(zhí)行，尺寸精確在177。 如圖 所示 圖 試件寬度和厚度測(cè)量點(diǎn) Figure The Measuring points of specimens Fig25 Measuring points of the thickness and width of the specimen 20mm 厚度 寬度 梯度含水狀態(tài)對(duì)木質(zhì)材料物理力學(xué)性能影響的研究 8 剖面密度測(cè)試方法 試件剖面密度 的 測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格按 照 剖面密度儀的測(cè)試要求進(jìn)行 。 試驗(yàn)設(shè)備 1）島津 AG1 型 5 噸萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和三思 CMT5504 型 5 噸萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)各一臺(tái) ，精度 1N； 2） BinderKMF720 型恒溫恒濕箱一臺(tái)，主要技術(shù)指標(biāo)：溫控精度 177。 2%； 3）格雷康 DAX300 型剖面密度儀一臺(tái) ， 主要技術(shù) 指標(biāo)： X 射線強(qiáng)度 30eKV； 4）上海產(chǎn) DHG9240A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱一臺(tái)，溫度精度177。 ； 6）尺寸量具： 5m 卷尺一把；電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺 0300mm 兩把；角尺一把； 7）箱內(nèi)環(huán)境溫、濕度監(jiān)控設(shè)備： 帶存儲(chǔ)功能的溫濕度監(jiān)控儀一臺(tái) ， 型號(hào) 為 Testo174H，主要技術(shù)指標(biāo)：溫控精度 177。 3%； 不帶存儲(chǔ)功能的箱內(nèi)環(huán)境監(jiān)控儀一臺(tái)，型號(hào) 為 testo608H2，主要技術(shù)指標(biāo)：溫圖 試件厚度和寬度測(cè)量方法 Figure Test method of sample’s thickness and width 圖 試件尺寸和掃描方向 Figure Size and scan direction of sample X射線入射方向 試件厚度掃描方向 20mm 50mm 50mm 2 材料與方法 9 控精度 177。 3%； 試驗(yàn)操作方法 1） 首先挑選試件， 用錫箔紙封堵翼緣材料端頭 和兩個(gè)側(cè)面 （使水分僅從試件的厚度方向遷移 ） ， 確保水分從表面層深入到芯層（或芯層到表層） ， 根據(jù) 圖 在試件上劃 定點(diǎn)測(cè)量線； 2）將恒溫恒濕箱調(diào)制 20℃ 、 RH42%，將挑選的試件放入箱內(nèi)（如圖 ）擺放均勻，每天檢測(cè)試件重量變化，直至試件達(dá)到恒重； 3）調(diào)制恒溫恒濕箱至 20℃、 %，用稱(chēng)重法嚴(yán)密監(jiān)測(cè)試件重量的變化，當(dāng)試件達(dá)到設(shè)計(jì) NMC 所對(duì)應(yīng)的預(yù)期 重量時(shí)取出，迅速用塑料紙封裹，測(cè)其剖面密度和力學(xué)性能； 4）收集并導(dǎo)出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分 析。 梯度含水狀態(tài)對(duì)木質(zhì)材料寬度膨脹的影響 表 32 吸濕過(guò)程