木材中含有大量的纤维素,其强度高,且具有优良的光学透射率。本课题从木材性能出发,选取杉木(Cunninghamia lanceolata)和杨木(Populus deltoides)为研究对象,并对其透明木材(TW)的光学、力学等性能进行研究,分析未处理木材对透明木材的影响因素,并优化工艺制备出尺寸更大透光率更高的透明木材以满足应用需求。全文内容包括:透明木材基材的性能分析、脱木质素模板的制备及性能分析、透明木材的制备及性能分析、透明纤维木材(TFW)的制备及性能分析,主要结论如下:(1)在材料密度方面,杉木边材、杉木心材以及杨木的脱木质素模板在经过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)浸渍后,其密度提高了约1g/cm~3,其中杨木模板的密度提高量最大高达1.051g/cm~3。杉木模板的密度提高量低于杨木模板;杉木心材模板的密度提高量低于其边材模板。并且,在制备透明木材前,杉木心材的脱木质素模板以及脱木质素前的密度都高于杉木边材所对应的密度,而在制备成透明木材后,杉木边材透明木材的密度高于杉木心材透明木材的密度。杉木心材透明木材的密度低于边材的直接原因是其内部PMMA分布不均,有大量的空隙。造成杉木心材内PMMA分布不均的原因,一是杉木心材含有更多的抽提物,其渗透性低于杉木边材,使得脱木质素药液与木材反应不充分。二是基材经过脱木质素处理后,杉木心材的木质素含量高于边材木质素含量,心材木质素没有被有效地脱除,所产生的孔隙不足,导致PMMA渗透困难。(2)在光学特性方面,经过PMMA的浸渍后,原本不透明的木材被赋予了透光的特性,试验中的三种透明木材透光率均达到60%以上,由于杉木心材的脱木质素模板仍然含有较高的木质素含量,相较于杨木与杉木边材,用杉木心材制备的透明木材颜色较深。用杨木制备的透明木材纹理不明显,而用杉木制备的透明木材其纹理明显。早晚材折射差异使杉木透明木材具有明显的纹理特征。然而,早晚材中管胞壁厚的差异直接影响了木素的脱除效果。因此,不同细胞壁中木质素分布的不均一性以及PMMA与木材细胞壁的不均匀结合,共同导致了透明木材的纹理特征。用杨木与杉木边材制备的透明木材透光率相接近,但杉木心材的透光率要明显低于前两者。影响透明木材透光性的直接原因是脱木质素模板的木质素残余量和木材内部PMMA分布的均匀性。然而影响这两个因素的原因都可归咎于初始木材基材的渗透性,因此初始木材基材的渗透性是决定透明木材透光性能好坏的根本原因。(3)力学性能方面,试验所采用的杉木与杨木中,用杨木制备的透明木材断裂强度最高约为52Mpa。透明木材的断裂强度与透明木材的密度呈正相关。脱木质素模板的强度并不能决定透明木材的强度。透明木材的最终强度受透明木材密度的影响,而透明木材的密度主要受脱木质素模板的渗透性影响。(4)本课题将木材纤维疏解,最大程度地提高渗透性。由于分散的木材纤维的木质素更方便脱除而且PMMA可以容易地渗透,因此,基于脱木质素木材纤维制备的透明木材,可以轻松制成任何厚度和尺寸,制备效率更高。得益于基材的超高渗透性,透明纤维木材具备了优异的力学性能和高透光率。真实环境模拟热学特性试验表明,透明纤维木材还提供了极好的隔热效果。