2025年木材材料科學(xué)專業(yè)知識(shí)考試題(附答案)一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.木材細(xì)胞壁中，決定木材主要力學(xué)強(qiáng)度的層次是（）。A.胞間層（ML）B.初生壁（P層）C.次生壁外層（S?層）D.次生壁中層（S?層）2.木材纖維素的結(jié)晶度通常為（）。A.10%-20%B.30%-40%C.50%-70%D.80%-90%3.木材吸著滯后現(xiàn)象的本質(zhì)是（）。A.水分在木材中的擴(kuò)散速率差異B.無(wú)定形區(qū)羥基與水分子結(jié)合能的不可逆性C.木材細(xì)胞壁微纖絲的定向排列D.半纖維素的親水性高于纖維素4.下列木材物理性質(zhì)中，受木材密度影響最小的是（）。A.順紋抗壓強(qiáng)度B.體積干縮系數(shù)C.熱導(dǎo)率D.弦向干縮率5.人工林木材與天然林木材相比，最顯著的結(jié)構(gòu)差異是（）。A.管孔分布密度B.晚材率C.射線細(xì)胞數(shù)量D.微纖絲角（MFA）6.木材熱解過(guò)程中，產(chǎn)生木醋液的主要階段是（）。A.干燥階段（<150℃）B.預(yù)炭化階段（150-275℃）C.炭化階段（275-450℃）D.煅燒階段（>450℃）7.木塑復(fù)合材料（WPC）中，木質(zhì)纖維與塑料基體的界面結(jié)合主要依賴（）。A.化學(xué)鍵合B.機(jī)械互鎖C.范德華力D.氫鍵作用8.木材生物礦化改性的核心目的是（）。A.提高木材的尺寸穩(wěn)定性B.賦予木材磁性或?qū)щ娦阅蹸.增強(qiáng)木材的耐腐性D.降低木材的吸濕性9.下列木材干燥缺陷中，由表面張應(yīng)力引發(fā)的是（）。A.內(nèi)裂（蜂窩裂）B.表裂（表面開裂）C.端裂（端面開裂）D.皺縮（潰陷）10.木材介電常數(shù)隨含水率升高而顯著增大的主要原因是（）。A.自由水的離子導(dǎo)電作用B.結(jié)合水的偶極子取向極化C.細(xì)胞壁物質(zhì)的電子極化D.木材孔隙中的空氣介電常數(shù)變化二、填空題（每空1分，共20分）1.木材纖維素的基本結(jié)構(gòu)單元是______，其聚合度（DP）范圍約為______。2.木材半纖維素的主要類型包括______（針葉樹）和______（闊葉樹）。3.木材的干縮濕脹具有顯著的方向性，其大小順序?yàn)開_____>______>______。4.木材的順紋抗拉強(qiáng)度通常______（大于/小于）順紋抗壓強(qiáng)度，原因是______。5.木材熱解的三個(gè)主要階段為______、______和______。6.木材功能性改良中，乙酰化處理的關(guān)鍵反應(yīng)是______，主要目的是______。7.木材基活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)分為______（<2nm）、______（2-50nm）和______（>50nm）。8.評(píng)價(jià)木材膠接性能的主要指標(biāo)包括______和______（至少2項(xiàng)）。三、名詞解釋（每題4分，共20分）1.微纖絲角（MFA）2.木材吸濕滯后3.木塑復(fù)合材料（WPC）4.木材生物礦化5.木材介電松弛四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述木材細(xì)胞壁的超微結(jié)構(gòu)及其各層次的主要功能。2.列舉影響木材強(qiáng)度的主要因素，并說(shuō)明密度與強(qiáng)度的關(guān)系。3.解釋木材干燥過(guò)程中“應(yīng)力-應(yīng)變”的產(chǎn)生機(jī)制，并提出3種控制干燥應(yīng)力的措施。4.半纖維素在木材加工中具有兩面性，分別說(shuō)明其“有利作用”和“不利影響”。5.簡(jiǎn)述木材功能性改良的主要技術(shù)路徑（至少5種），并舉例說(shuō)明其應(yīng)用場(chǎng)景。五、綜合分析題（10分）某人工林楊木（Populustomentosa）的基本參數(shù)如下：氣干密度0.42g/cm3，微纖絲角25°，晚材率18%，順紋抗壓強(qiáng)度32MPa，徑向干縮率3.1%，弦向干縮率6.5%。（1）分析該楊木作為結(jié)構(gòu)用材（如建筑梁材）的可行性，并說(shuō)明限制因素；（2）提出2種針對(duì)性的改性技術(shù)（需說(shuō)明原理），以提升其作為結(jié)構(gòu)用材的性能。六、論述題（20分）結(jié)合“雙碳”目標(biāo)（碳達(dá)峰、碳中和），論述木材作為“碳匯材料”的科學(xué)內(nèi)涵及其在可持續(xù)建筑中的應(yīng)用路徑。參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.D2.C3.B4.D5.D6.C7.B8.B9.B10.B二、填空題1.葡萄糖基；7000-150002.半乳葡甘露聚糖；4-O-甲基葡糖醛酸木聚糖3.弦向；徑向；縱向4.大于；木材順紋抗拉破壞主要由纖維素分子鏈斷裂引起，而抗壓破壞受細(xì)胞塌陷影響更大5.干燥階段；預(yù)炭化階段；炭化階段6.羥基與乙酸酐的酯化反應(yīng)；降低木材吸濕性，提高尺寸穩(wěn)定性7.微孔；介孔；大孔8.膠合強(qiáng)度；木材破壞率（或耐水膠接強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度）三、名詞解釋1.微纖絲角（MFA）：指木材次生壁中層（S?層）微纖絲與細(xì)胞軸之間的夾角，是影響木材力學(xué)性能（如彈性模量）和加工性能的關(guān)鍵參數(shù)，MFA越小，木材剛性越強(qiáng)。2.木材吸濕滯后：木材從絕干狀態(tài)吸濕達(dá)到平衡含水率時(shí)的吸著水量，小于從濕材解吸達(dá)到同一平衡含水率時(shí)的解吸水量的現(xiàn)象，本質(zhì)是無(wú)定形區(qū)羥基與水分子結(jié)合的不可逆性。3.木塑復(fù)合材料（WPC）：以木質(zhì)纖維（如木粉、木纖維）為填充相，熱塑性塑料（如PE、PP）為基體，通過(guò)熔融共混、擠出或模壓成型的復(fù)合材料，兼具木材的質(zhì)感和塑料的耐候性。4.木材生物礦化：利用生物或仿生礦化技術(shù)，在木材孔隙或細(xì)胞壁中沉積無(wú)機(jī)礦物（如碳酸鈣、二氧化硅），賦予木材磁性、導(dǎo)電性或高硬度等功能，是木材功能化改性的新興方向。5.木材介電松弛：木材在交變電場(chǎng)中，偶極子（如水分子、極性官能團(tuán)）因取向極化滯后于電場(chǎng)變化的現(xiàn)象，表現(xiàn)為介電損耗，可用于木材含水率、腐朽程度的無(wú)損檢測(cè)。四、簡(jiǎn)答題1.木材細(xì)胞壁超微結(jié)構(gòu)包括胞間層（ML）、初生壁（P層）和次生壁（S?、S?、S?層）。-胞間層：主要成分為果膠，連接相鄰細(xì)胞，決定木材的橫向結(jié)合力；-初生壁：較薄，微纖絲隨機(jī)排列，提供細(xì)胞初期支撐；-次生壁：S?層微纖絲螺旋排列（夾角大），S?層微纖絲近軸向排列（夾角小），是細(xì)胞壁的主體，決定木材主要力學(xué)強(qiáng)度；S?層微纖絲螺旋方向與S?相反，厚度最小，保護(hù)次生壁內(nèi)層。2.影響木材強(qiáng)度的因素：-內(nèi)在因素：密度（正相關(guān)）、微纖絲角（負(fù)相關(guān)）、晚材率（正相關(guān)）、木材缺陷（如節(jié)子、裂紋）；-外在因素：含水率（纖維飽和點(diǎn)以下，強(qiáng)度隨含水率升高而降低）、溫度（高溫降低強(qiáng)度）、加載速率（速率越快，強(qiáng)度越高）。密度與強(qiáng)度的關(guān)系：密度是反映木材細(xì)胞壁厚薄和細(xì)胞數(shù)量的綜合指標(biāo)，與絕大多數(shù)力學(xué)強(qiáng)度（如抗壓、抗彎）呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)通常>0.8），是預(yù)測(cè)木材強(qiáng)度的核心參數(shù)。3.干燥應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制：-初期：表層水分蒸發(fā)快，含水率低于內(nèi)層，表層收縮受內(nèi)層約束，產(chǎn)生表面拉應(yīng)力（易導(dǎo)致表裂）；-后期：表層達(dá)到平衡含水率后不再收縮，內(nèi)層繼續(xù)干燥收縮，表層受壓應(yīng)力，內(nèi)層受拉應(yīng)力（易導(dǎo)致內(nèi)裂）。控制措施：-采用梯度干燥工藝（先低濕后高濕），降低表層與內(nèi)層含水率差；-對(duì)厚材進(jìn)行預(yù)處理（如汽蒸軟化），提高木材塑性；-控制干燥速率（如硬材干燥速率≤0.5%/h），避免應(yīng)力集中。4.半纖維素的兩面性：-有利作用：無(wú)定形結(jié)構(gòu)和親水性使其在制漿造紙中易被化學(xué)試劑滲透，提高得率；在木材膠接中，半纖維素的羥基可與膠黏劑（如脲醛樹脂）形成氫鍵，增強(qiáng)膠接強(qiáng)度。-不利影響：親水性強(qiáng)，易吸水膨脹，導(dǎo)致木材尺寸不穩(wěn)定；熱穩(wěn)定性差（熱解溫度150-300℃），影響木材熱加工（如熱壓成型）的工藝窗口。5.功能性改良技術(shù)路徑及應(yīng)用：-化學(xué)改性：乙?；静牧u基與乙酸酐反應(yīng)，降低吸濕性，用于戶外地板）；-浸漬填充：樹脂浸漬（如酚醛樹脂填充孔隙，提高硬度，用于耐磨地板）；-納米復(fù)合：TiO?納米顆粒負(fù)載（光催化降解污染物，用于空氣凈化建材）；-生物礦化：碳酸鈣沉積（提高密度和阻燃性，用于防火裝飾材料）；-表面處理：等離子體改性（提高表面能，改善膠接性能，用于木結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點(diǎn)）。五、綜合分析題（1）可行性分析：-優(yōu)勢(shì)：楊木密度較低（0.42g/cm3），加工性能好，符合輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材需求；-限制因素：順紋抗壓強(qiáng)度（32MPa）低于結(jié)構(gòu)材標(biāo)準(zhǔn)（通?！?0MPa）；微纖絲角（25°）較大，彈性模量低（MFA每增加1°，彈性模量約降低2%）；干縮率大（弦向6.5%），易發(fā)生變形開裂。（2）改性技術(shù)及原理：-樹脂浸漬強(qiáng)化：采用低分子量酚醛樹脂（分子量<500）真空浸漬，樹脂滲透至木材細(xì)胞腔和細(xì)胞壁，固化后填充孔隙并與細(xì)胞壁成分形成化學(xué)鍵，可提高抗壓強(qiáng)度（增幅30%-50%）和尺寸穩(wěn)定性（干縮率降低40%）；-微纖絲角調(diào)控：通過(guò)遺傳改良或生長(zhǎng)調(diào)控（如人工林修枝）降低MFA（目標(biāo)≤15°），可顯著提高彈性模量（MFA每降低1°，彈性模量增加約3%），同時(shí)減少干縮各向異性。六、論述題科學(xué)內(nèi)涵：木材是唯一可再生的有機(jī)碳基材料，其生長(zhǎng)過(guò)程通過(guò)光合作用固定CO?（1m3木材約固碳0.8t），且在使用周期內(nèi)持續(xù)儲(chǔ)存碳（“碳匯”）；與鋼材、混凝土等化石基材料相比，木材生產(chǎn)能耗低（僅為鋼材的1/8），碳排放少（每m3木材替代混凝土可減少0.9tCO?排放），符合“雙碳”目標(biāo)的“減源增匯”需求。應(yīng)用路徑：1.結(jié)構(gòu)材升級(jí)：發(fā)展CLT（正交膠合木）、Glulam（膠合木梁）等工程木產(chǎn)品，替代傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)，用于高層木結(jié)構(gòu)建筑（如挪威Mj?st?rnet公寓，18層CLT結(jié)構(gòu)）；2.碳封存設(shè)計(jì)：通過(guò)木材防腐（如銅唑處理）、阻燃（如聚磷酸銨浸漬）技術(shù)延長(zhǎng)木材使用壽命（目標(biāo)>50年），確保碳長(zhǎng)期固定；3.循環(huán)利用體系：建立木材廢棄-回收-再生利用