热处理对木质纤维素Iβ结构及其力学性能影响的分子动力学模拟

王 巍， 王云婷， 李新宁

(东北林业大学 工程技术学院， 黑龙江 哈尔滨 150040)

随着科技发展及人们对节能环保材料的需求，木材因较低的成本、可再生性和较好的机械性能备受关注，而木材的热处理过程对其质量起着至关重要的影响。目前已经有许多中外学者对木材本身的热处理过程进行研究，发现木材热处理能够改变木材的化学成分，并提高其尺寸稳定性[1]。木材的动态弹性模量随着热处理温度的升高和处理时间的延长而逐渐降低[2]，热处理对木材弹性模量的影响随着温度的升高逐渐加大，对剪切模量则没有很大影响[3]；高温热处理也会导致木材力学强度减小和质量损失[4]。因此，从微观层面了解木材的热处理过程可以更好地理解其宏观性能的变化。

纤维素是木材的主要成分之一，大量存在于起着支撑作用的细胞壁中。纤维素微纤维的高轴向模量和强度对植物细胞壁的机械性能有着很大的贡献，木材中的纤维也是从微纤维中获得的拉伸强度和模量。到目前为止，研究者发现纤维素具有5种结晶形式。通过13C CP/MAS固态核磁共振实验发现，天然纤维素的结晶体为纤维素I，并且具有Iα和Iβ2种结晶相[5]。Iα结晶相主要存在于细菌和海藻中，Iβ结晶相主要存在于高等植物和动物被膜中。木材中的纤维素为纤维素Iβ结晶相，因此本研究选取纤维素Iβ作为研究对象。

分子动力学(MD)模拟是一种从微观层面研究物质力学性能的方法。齐晓飞等[6]采用MD模拟方法研究了硝化纤维素/硝化甘油共存体系力学性能随温度变化的关系。……