软木为栓皮树的树皮,在解剖学上属于周皮。软木具有质轻、吸音、隔热、耐磨、绝缘、化学性质稳定等优良特性,应用领域非常广泛。国产软木主要从栓皮栎树上采剥获得,软木的物理力学特性与其加工利用之间的关系十分密切,研究栓皮栎软木的物理力学特性可为其合理利用提供基础数据,同时也可为改善软木的加工性能,提高软木产品的质量以及开发软木新型材料等提供理论依据。本文以陕西秦巴山区栓皮栎软木为研究对象,通过扫描电镜分析、红外光谱分析、X射线能谱分析、表面接触角测试、渗透性测试、动态力学分析、吸声和导热系数测试等方法与技术手段,研究了软木的结构与表面特性、吸湿和渗透性、动态黏弹性、吸声与导热特性,取得的主要研究结果如下:(1)与初生软木相比,再生软木皮的表面较为平整,裂纹较浅。再生软木中存在夹砂和夹杂等杂质,夹砂为白色斑点状,夹杂在横切面呈条纹状,分布比较随机。红外吸收光谱分析表明,与纯软木相比,夹砂和夹杂中软木脂特征峰的强度相对较弱,表明杂质中软木脂的含量比纯软木中含量低。(2)X射线能谱分析结果表明再生软木中包含16种化学元素,其中,C元素含量最高,质量百分比和原子百分比分别为64.04%和72.37%,其次是O元素,质量百分比和原子百分比分别为26.30%和22.32%,Ca是所测样品中含量最高的金属元素,质量百分比和原子百分比分别为0.75%和0.26%。(3)去掉表层黑皮后测得再生软木表面明度(L*)、红绿指数(a*)和黄蓝指数(b*)平均值分别为60.8、14.0和30.6。表面接触角测试表明,再生软木表面具有疏水性,蒸馏水、甲酰胺和二碘甲烷在再生软木表面的初始接触角分别为112.0°、85.1°和75.2°,10 s后接触角分别降低为102.1°、30.7°和72.1°。(4)吸湿测试得出再生软木烘至绝干后,分别在45%、65%和85%的湿度条件下放置30天(20℃),含水率分别达到4.28%、6.05%和8.97%。渗透性试验结果表明,醇类试剂和蒸馏水在软木中的渗透速率随时间延长逐渐变慢,各试剂在软木中的渗透能力存在差别,在经过相同时间的渗透过程后,试剂在初生软木中体积渗透量间的关系为:甲醇﹥乙醇﹥正丙醇﹥异丙醇﹥蒸馏水,摩尔渗透量间的关系为:甲醇最大,蒸馏水和乙醇次之,然后是正丙醇和异丙醇,各试剂在再生软木中渗透量间的关系与初生软木基本相同。随着分子碳原子数的增加,醇类试剂在软木中的渗透能力降低。摩尔渗透量与试剂黏性的倒数间线性关系良好,各试剂在软木中的渗透过程符合线性层流。(5)动态力学分析试验表明,再生栓皮栎软木的储能模量E’均随温度升高呈现降低趋势,损耗因子tanδ曲线主要出现了3个明显的损耗峰,对应的3个损耗过程分别由软木脂无定形区发生玻璃化转变、软木中有关成分发生熔融和吸着水的损失、纤维素和半纤维素发生热软化或降解所引起。再生栓皮栎软木分别沿轴向、径向和弦向进行拉伸测试时,E’、损耗模量E"和tanδ曲线各自的变化趋势基本一致,但在相同测试温度条件下,E’和E"的值在3个方向下存在不同,表现为弦向最大,轴向次之,径向最小。在试验条件下,栓皮栎和栓皮槠软木存在不同温度的损耗峰,主要表现为初生和再生栓皮栎软木的tanδ曲线分别在-10℃和-19℃出现一个损耗峰,而再生栓皮槠软木对应的损耗峰出现在14℃。在拉伸和压缩两种形变模式条件下,软木的E’、E"以及tanδ曲线随温度的变化趋势一致,说明材料内部发生的损耗过程基本相同。(6)在试验范围内,吸声测试表明,3 mm、6 mm、8 mm和10 mm厚的再生栓皮栎软木在全频段内弦切面的平均吸声系数分别为0.0364、0.0366、0.0537和0.0850。再生栓皮栎软木弦切面的吸声系数在中低频范围(50 Hz～3500 Hz)内较小,吸声性能较差;在高频范围(3500 Hz～6400 Hz)内出现一个吸收峰,吸声性能较好。随着软木厚度的增加,入射声波在材料内部的传播路径增加,滞留时间延长,因而软木材料在全频段内的平均吸声系数增加,吸声性能有所提高。(7)导热测试表明栓皮栎软木是一种保温材料,本次试验测得绝干和气干初生软木的径向导热系数分别为0.0607 W/(m·K)和0.0687 W/(m·K),绝干和气干再生软木的径向导热系数分别为0.0676 W/(m·K)和0.0707 W/(m·K)。同含水率条件下再生软木的导热系数略大于初生软木。水的导热系数大于空气,受含水率的影响,气干软木的导热系数略大于绝干软木。