長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松木材干縮性、濕脹性研究

趙立志

摘要：? 干縮濕脹是木材重要的物理性質(zhì)之一，是關(guān)系到木制品在加工和使用中尺寸和形狀穩(wěn)定性的根本性問(wèn)題。干縮和濕脹是木材的固有性質(zhì)，它能導(dǎo)致木制品尺寸變化。干燥后的木材尺寸會(huì)隨著所處環(huán)境的溫濕度變化而變化，日常生活中一般常見于木產(chǎn)品發(fā)生翹曲、變形。干縮對(duì)木材利用的影響主要體現(xiàn)在引起木制品尺寸收縮而產(chǎn)生的縫隙、翹曲變形、開裂；濕脹不僅增大木制品的尺寸發(fā)生地板隆起、門與窗關(guān)不上，而且還會(huì)降低木材的力學(xué)性質(zhì)，唯對(duì)木桶、木盆及船等浸潤(rùn)脹緊有利。干縮和濕脹為木材利用的重大缺弊端，掌握其產(chǎn)生原因與發(fā)生規(guī)律，研究其防止方法對(duì)木材加工和利用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：? 干縮性；? 濕脹形；? 翹曲；? 開裂

中圖分類號(hào)：? ?S 781. 62? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：１００1 － 9499（２０23）04 － 0060 － 03

干縮、濕脹現(xiàn)象主要發(fā)生在木材含水率小于纖維飽和點(diǎn)情況下，當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上，其尺寸、體積是不會(huì)發(fā)生變化的。木材干縮與木材濕脹均會(huì)引起木材尺寸和體積的變化[ 1 - 4 ]。對(duì)于小尺寸而無(wú)束縛應(yīng)力的木材，理論上說(shuō)其干縮與濕脹是可逆的；但對(duì)于大尺寸實(shí)木試件，由于干縮應(yīng)力及吸濕滯后現(xiàn)象的存在，干縮與濕脹是不完全可逆的。木材干縮和濕脹之所以有縱向和橫向不同及徑向與弦向的差異，主要與組成木材這種材料的細(xì)胞種類、細(xì)胞壁構(gòu)造和化學(xué)成分特性相關(guān)。針葉材主要是有管胞組成，有少量的木射線組織；闊葉材主要組成分子是木纖維、導(dǎo)管、軸向薄壁組織和木射線。它們細(xì)胞壁主要化學(xué)組成是纖維素、木素和半纖維素及少量浸提物。理解這些細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特性和化學(xué)成分的性質(zhì)，就不難理解木材干縮與濕脹各向差異的原因。本文敘述順紋方向（縱向）干縮與橫紋方向（橫向）干縮差異及橫向干縮中徑向與弦向差異的原因[ 5 ， 6 ]，旨在為落葉松木材性能的研究提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)用木材為長(zhǎng)白落葉松與長(zhǎng)白落葉松和日本落葉松雜種的生材，產(chǎn)地為牡丹江市江山嬌林場(chǎng)，取樣范圍分別在2 500、3 300、4 400株/hm2內(nèi)隨機(jī)抽取。將每株樹從樹根到樹梢分成三段，每段2 000 mm，再將其加工成尺寸為2 000 mm×（200～300） mm×60 mm的板材運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室存放。標(biāo)號(hào)后密集堆放，并用塑料膜覆蓋，定期噴水、通風(fēng)，防止水分散失太快和發(fā)霉。

1. 1 試件干縮濕脹性測(cè)定

試件干縮性測(cè)定根據(jù) GB/T 1936.2-2009《木材干縮性試驗(yàn)方法》進(jìn)行；濕脹性測(cè)定根據(jù) GB/T 1936.2-? ?2009《木材濕脹性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

測(cè)量工具為游標(biāo)卡，側(cè)量尺寸應(yīng)精確至0. 001 mm。浸漬試件的容器，低溫恒溫箱、干燥箱。

1. 3 濕脹性實(shí)驗(yàn)步驟

將試件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。放入烘箱內(nèi)，開始溫度60℃保持約4 h，然后按GB/T 1931-2009中5.2的規(guī)定，將試件烘至全干，冷卻后，在試件各相對(duì)應(yīng)的中心位置分別測(cè)出徑向和弦向尺寸（l0）。計(jì)算體積濕脹率時(shí)，測(cè)量試件順紋方向的長(zhǎng)度（l0）精確至0.001 mm。測(cè)量后將試件放置于溫度（20士2）℃，相對(duì)濕度（65士3）%的條件下吸濕至尺寸穩(wěn)定。在吸濕過(guò)程，用2～3個(gè)試件，每隔6 h試測(cè)1次弦向尺寸的變化，至兩次測(cè)量結(jié)果之差不超過(guò)0.2 mm時(shí)，即認(rèn)為尺寸達(dá)到穩(wěn)定，然后測(cè)定所有試件的徑向和弦向尺寸（lw）。計(jì)算體積濕脹率時(shí)，測(cè)量試件順紋方向的長(zhǎng)度，精確至0. 001 mm。測(cè)量尺寸后的試件，浸人盛蒸餾水的容器中，待吸收水分尺寸達(dá)穩(wěn)定為止。為檢驗(yàn)試件的尺寸是否達(dá)到穩(wěn)定，在浸水20晝夜后，選定3～4個(gè)試件，測(cè)量弦向尺寸（lmax），以后每隔3晝夜測(cè)量1次，兩次測(cè)量結(jié)果相差不大于0. 02 mm時(shí)，認(rèn)定為尺寸達(dá)到穩(wěn)定，然后測(cè)量全部試件的徑向和弦向尺寸。為保持容器中的蒸餾水清潔，每隔3～4晝夜應(yīng)更換1次。

試件從全干到吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)，徑向或弦向的線濕脹率按下面公式計(jì)算，精確至0.1%

αmax=×100

式中，Αmax為試樣吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)徑向和弦向的線濕脹率，%；Lmax為試樣吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)徑向和弦向的長(zhǎng)度，單位為毫米（mm）；l0為試樣全干時(shí)徑向和弦向的長(zhǎng)度，單位為毫米（mm）。

試件全干到吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)的體積濕脹率應(yīng)按下面公式計(jì)算，精確至0.1%

αvmax=×100

式中，αvmax為試樣全干到吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)的體積濕脹率，%；Vmax為試樣吸水至尺寸穩(wěn)定時(shí)的體積，單位mm3。V0為試樣全干時(shí)的體積，單位mm3。

1. 4 干縮性實(shí)驗(yàn)步驟

將試件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。將試件放置于溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度（65±3）%的條件下吸濕至尺寸穩(wěn)定。在吸濕過(guò)程，用2個(gè)一3個(gè)試件，每隔6 h試側(cè)一次弦向尺寸的變化，至兩次測(cè)量結(jié)果之差不超過(guò)0.2 mm時(shí)，認(rèn)定尺寸達(dá)到穩(wěn)定，然后在試件各相對(duì)應(yīng)的中心位置分別測(cè)出徑向和弦向尺寸測(cè)量過(guò)程中保持濕材狀態(tài)，將測(cè)定后的試樣放在烘箱中，開始溫度60℃保持6 h，然后按然后按GB/T 1931-2009中5.2的規(guī)定，將試件烘至全干，冷卻后，在試件各相對(duì)應(yīng)的中心位置分別測(cè)出徑向和弦向尺寸（l0）。計(jì)算體積濕脹率時(shí)，測(cè)量試件順紋方向的長(zhǎng)度（l0）精確至0.001 mm。在測(cè)定過(guò)程中發(fā)生開裂或形狀畸變的試件舍棄。在測(cè)試過(guò)程中，由于舍棄試件導(dǎo)致數(shù)量不足補(bǔ)充試樣并測(cè)試。

試樣從濕材至全干時(shí)，徑向和弦向的全干縮率應(yīng)按以下公式計(jì)算，精確0.1%

βmax=×100

式中，βmax為試件徑向或弦向的全于縮率，%；Lmax為試樣含水率高于纖維飽和點(diǎn)時(shí)經(jīng)向或弦向的尺寸，單位mm；L0為試樣全干時(shí)徑向或弦向的尺寸，單位mm。

試件從濕材到全干的體積干縮率應(yīng)按以下公式計(jì)算，精確至0.1%。

βvmax=×100

式中，βvmax為試樣休積的全干干縮率，%；Vmax為試樣濕材時(shí)的體積，單位mm3；V0為試樣全干時(shí)的體積，單位mm3。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，當(dāng)造林密度為3 300株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的徑向干縮率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，長(zhǎng)白落葉松的徑向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，改善了長(zhǎng)白落葉松的徑向干縮率。

從表2可以看出，當(dāng)造林密度為2 500株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的弦向干縮率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，長(zhǎng)白落葉松的弦向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，改善了長(zhǎng)白落葉松的弦向干縮率。

從表3可以看出，當(dāng)造林密度為3300株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的體積干縮率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，雜種落葉松的體積干縮率大于長(zhǎng)白落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，增加了了長(zhǎng)白落葉松的體積干縮率。

從表4可以看出，當(dāng)造林密度為2 500株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的徑向濕脹率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，雜種落葉松的徑向濕脹率大于長(zhǎng)白落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，改善了落葉松的徑向濕脹率。

從表5可以看出，當(dāng)造林密度為4 400株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的弦向濕脹率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，長(zhǎng)白落葉松的弦向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，改善了長(zhǎng)白落葉松的弦向干縮率。

從表6可以看出，當(dāng)造林密度為2 500株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的體積濕脹率最大，橫向比較，在樹干的同一位置取樣時(shí)，雜種落葉松的體積濕脹率大于長(zhǎng)白落葉松，所以，通過(guò)雜交方式，增加了了長(zhǎng)白落葉松的體積濕脹率。

3 小 結(jié)

造林密度對(duì)長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松物理力學(xué)性能影響比較大。造林密度為2 500株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的弦向干縮率和體積濕脹率最大，當(dāng)造林密度為3 300株/hm2時(shí)，長(zhǎng)白落葉松和雜種落葉松的徑向干縮率和體積干縮率最大。

參考文獻(xiàn)

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