傅里叶变换红外光谱研究拉伸过程中应压木主要化学组分的响应规律

摘要：

应压木的适应性生长导致了针叶树木材化学性质发生变化,其中微纤丝角的变大引起木材主要化学组分变形机制发生了变化,影响其力学性质.以马尾松应压木和正常材为研究对象,通过傅里叶变换红外光谱对比研究应压木在拉伸过程中木材主要化学组分官能团的变化规律,这对研究应压木力学性能变化的分子响应机制具有重要意义.结果表明:应压木的微纤丝角为35.17° ±2.30°,而正常材为15.15° ±1.61°;应压木和正常材的顺纹抗拉强度分别为(45.37±3.41)和(109.75±11.87)M Pa,弹性模量分别为(18.10±0.76)和(70.95±6.60)MPa,但应压木的屈服变形大于正常材,破坏点的应变约为正常材的3倍.傅里叶变换红外光谱结果表明:应压木和正常材纤维素中糖苷键C—O—C(1161 cm-1)和纤维素分子内氢键O(3)H?O(5)(3348 cm-1)的红外吸收特征峰波数都随拉伸应变发生线性变化.其中,应压木纤维素的糖苷键C—O—C向低波数偏移量为-1.52cm-1·dε-1,而正常材的苷键偏移量为-2.15cm-1·dε-1;应压木中纤维素分子链内氢键O(3)H?O(5)的波数向高波数偏移量为4.62 cm-1·dε-1,而正常材纤维素分子链内氢键偏移量为2.76 cm-1·dε-1.此外,应压木纤维素的糖苷键向低波数的偏移量、纤维素分子链内氢键向高波数的偏移量均小于正常材,但两者木质素和半纤维素特征官能团的红外吸收特征峰波数没有明显偏移.根据应压木和正常材拉伸过程中的主要化学组分响应规律,纤维素依然作为应压木在拉伸过程中的承载物质,而基体的主要作用是应力传递;应压木拉伸过程中纤维素分子内糖苷键以及分子内氢键的键角变大,纤维素聚合物链发生线性化变化,微纤丝与基体之间也会发生剪切滑移,微纤丝排列重新取向;与正常材相比,应压木中较大的微纤丝角会导致纤维素分子链长度方向的变形较小,但微纤丝与基体之间的剪切变形会较大.这也导致应压木在拉伸过程中会发生较大的屈服变形,破坏点的应变大于正常材.

关键词：傅里叶变换红外光谱、应压木、拉伸变形、波数偏移

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分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：国家自然科学基金面上项目31770597

在线出版日期：2020-11-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3648-3652