凤凰彩票木材是怎么形成的?
简单来说就是,任何材料都是成分、结构与性能。木材是由纤维素、半纤维素、木质素组成的,纤维素和木质素本身就有强度,,分子链构成微纤丝--细胞壁--木材整体,一根根分子链通过各种复杂结构,影响着力的传导,从而产生了强度。
详细说的话,还不太好简单说清楚。。。题目中的“硬”理解是表面硬度,基本就是表面受到一个压力作用。。那就去研究,压力作用下,木材纤维素、半纤维素、木质素之间的变形和力学相应机理。
我理解你的意思,一是使用其他材料合成具有木材结构的材料,这个现在做仿生材料的很多人都在做;二是,使用木材自身的材料合成木材,那为啥不直接种树呢。。或者,使用工业纤维素、半纤维素、木质素废料啥的再利用合成木材。。额,题主是不是想到了3D打印啥的。。木材结构的尺度是纳米级的,从纳米级别的分子链,到微米级别的细胞壁,再到宏观木材。。可以说,在微米级别上,木材就已经是一个具有复杂结构的天然高分子复合材料了,目前的技术,还很难实现微米级别的结构控制。所以,从这个角度说,不能人工合成木材。。有这技术,就不合成木材了,浪费了。。
当然了,也希望有人可以有技术,人工合成木材,那比种树快多了。。从草啥的,长的更快的植物上获取原料,然后直接合成木材。。把自然界要长几百年的过程,实验室几天搞定。
大自然的神奇还待我们进一步探索,目前有人造板材还没有人造木材。因为木材的自然生长形成过程复杂程度不是常人能够理解的。
一棵树的生长过程,是在根和茎的顶端分生组织细胞分裂和分化结束后,从根茎中的形成层开始的。形成层是位于木质部(俗称树干)与韧皮部之间的一种分生组织。
在形成层细胞分裂的过程中,向内分裂的细胞分化成木质部(俗称木材,木质部时髓心和树皮之间的部分,也是木材使用的主要部分。木质部也分心材、边材、春材、夏材、年轮),向外分裂的细胞分化成韧皮(树皮组成部)。
年轮的出现是细胞分裂速度被生长环境影响而产生的。通常生长在热带地区的树木会因一年内气候变化不大,导致年轮不那么明显。
再从微观上观察的时候,会发现一般木材是由纤维素(40%~50%)、半纤维素(10%~30%)、木质素(20%~30%)和抽提物(1%~30%)组成的。其中大多抽提物存在于树脂道、树胶道、薄壁细胞中。
关于木材很硬的说法,需要纠正一下,应该说是强度。那么关于木材的强度很强,这要看具体的受力情况。正常情况来讲木材的构造各向异性,导致了强度的各向异性。也就是说受到的力的方向不同,其强度也不同。
顺纹强度>横纹强度(力的方向平行于纵向纤维);横纹方向,弦向不同于径向;当斜纹受力时,强度随力与木纹交角的增大而降低。
虽然顺纹抗拉强度最大,但受拉杆件连接处应力的复杂性,使顺纹抗拉强度难以充分利用凤凰彩票。因此实际上使用时多用木材的顺纹抗弯、抗压强度。
目前来讲还没有这方面的合成工艺或相关文献。不过有类似的仿生衍生物,但理化性能上各有所长。因此如果要想问是否有完全的替代品,只能遗憾地说还没有这种具有超高性价比的材料诞生。
而且速生林的应用与木材资源的合理使用,也使其形成稳定的规模化产业。这种经济环境下物尽其用才是可持续发展的方向,硬生生的投入高额的研发,只为得到随手可得的材料岂不是很大的浪费。
要想更深入了解,就要从了解组成成分入手。木材是天然的有机高分子化合物,其中:
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。
半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。它结合在纤维素微纤维的表面,并且相互连接,这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。
木质素是一类复杂的有机聚合物(交叉链接的酚聚合物)。主要位于纤维素纤维之间, 起抗压作用使木质部维持极高的硬度以承拓整株植物的重量。
木材因构造上的各向异性,使木材的力学强度具有明显的各向异性。当受力方向与纤维方向一致时,为顺纹受力。当受力方向垂直于纤维方向时,为横纹受力。在顺纹方向,木材的抗压和抗拉强度都较高,且比横纹方向高得多凤凰彩票。而在横纹方向,弦向与径向又不同。
木材顺纹受压破坏,是木材细胞壁丧失稳定性的结果,而非纤维的断裂。木材顺纹抗压强度较高,仅次于顺纹抗拉与抗弯强度,且木材的疵点对其影响甚小,因此这种强度在土木工程中利用最广。
这种受压作用,使木材的细胞腔被压扁,产生大量形变。开始时变形与外力成正比,超过比例极限时,细胞壁失去稳定,细胞腔被压扁。木材的横纹抗压强度以使用中所限制的变形量来决定,通常取其比例极限作为横纹抗压强度极限指标。横纹抗压强度一般为顺纹抗压强度的10%~20%。
木材顺纹受拉破坏,往往木纤维未被拉断,而纤维间先被撕裂。顺纹抗拉强度是木材所有强度中最大的,约为顺纹抗压强度的2~3倍。木材的疵点(木节、斜纹等)对顺纹抗拉强度影响很大,因为木材实际的顺纹抗拉能力反较顺纹抗压能力低。再者,木材受拉杆件连接处应力复杂,使顺纹抗拉强度难以充分利用木材。
木材的横纹抗拉强度很小,仅为顺纹抗拉强度的2.5%~10%,因此工程中一般不使用。
木材受弯曲变形时,内部会产生多种应力。就拿横梁来说,在梁的上部受到顺纹抗压、下部为顺纹抗拉,而在水平面和垂直面中是剪应力。木材受弯时,受压区首先达到强度极限,出现小皱纹,但不会立即破坏。随着外力的增大,受压区皱纹扩展,产生大量塑性变形,受拉区达到强度极限时,纤维本身及纤维间联结断裂而导致破坏。
木材顺纹抗拉强度很高,为顺纹抗压强度的1.5~2倍,所以土木工程中应用很广。但木材疵病对其影响很大,特别是当他们分布在受拉区事。
这种受剪作用,绝大部分纤维本身不被破坏,而只破坏剪切面中纤维间的联结。所以顺纹抗剪强度很小,为顺纹抗压强度的15%~30%。木材中疵病对其影响显著。
这种受剪作用,是剪切面中纤维的横向联结破坏,因此横纹抗剪强度比顺纹抗剪强度还低。
这种剪切破坏是将木纤维横向切断,因此这种强度较大,为顺纹抗剪强度的4~5倍。