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腐朽对木材电阻的影响研究

鲍震宇  
【摘要】:我国的森林资源和木材需求之间存在着巨大的结构性矛盾,而木材的利用率却偏低。进行木材无损检测研究,开发新型检测技术,是提高木材利用率的重要手段。以山杨木材为研究对象,在实验室内进行木腐菌感染培养,观察腐朽对木材电阻的影响,分析腐朽造成木材电阻变化的原因。通过测量木材电阻和含水率的关系,构建木材电阻的等效电路模型,解释含水率对腐朽木材电阻变化的影响。使用扫描电子显微镜观察和能谱分析,研究腐朽对木材微观结构和金属元素含量的影响。得到以下结论:(1)直流和交流信号测得的木材电阻值不同,直流信号激励下的电阻测量值比交流信号激励下的电阻测量值高。直流电压对木材电阻有影响,电阻测量值随直流电压的增大而减小。交流信号的频率对电阻有影响,木材电阻测量值随频率增大而减小,而电压和波形对木材电阻影响不显著。1000 Hz左右的交流信号比较适宜用来测试木材电阻。(2)腐朽对木材电阻的影响非常显著,会导致木材电阻大幅减小,且电阻减小的速度呈现先快后慢的趋势。试验结果与在活立木上观察到的现象吻合,证明用室内培养的方法研究腐朽对木材电阻的影响是可靠的。腐朽发生后木材电阻立即快速减小,说明电阻检测法在木材腐朽的早期检测上具有较好的灵敏性。(3)木材电阻由等效电路模型中的结合水电阻决定。电阻值在纤维饱和点以下随含水率的升高显著地减小,在纤维饱和点以上则不再显著。纤维饱和点以下,结合水的电阻随水分增加快速减小,木材电阻也快速减小。纤维饱和点以上,结合水的电阻基本不变,木材电阻也保持稳定。(4)腐朽后木材含水率随着腐朽时间的增长逐步升高,显著高于腐朽前的木材含水率。腐朽木材的含水率升高和电阻减小的现象虽然同时出现,但两者同为木材腐朽所造成的结果,不存在因果关系。含水率升高不是腐朽木材电阻减小的主要原因。(5)在微观结构上,腐朽木材的导管结构被破坏,木材内有密集的菌丝团。腐朽木材的金属元素含量明显增加,其中钾离子含量增幅较大,证明了腐朽木材内存在大量能使电阻大幅减小的导电离子。金属离子增多是导致腐朽木材电阻减小的主要原因。因此,腐朽导致木材电阻大幅减小,主要原因是木腐菌感染生长会富集金属离子,使得木材中导电离子含量增多,从而导致木材电阻大幅减小。腐朽也会导致木材中的含水率升高,但是水分只是导电离子运动的媒介,并不是腐朽木材电阻减小的主要原因。


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