長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之一，是關系到木制品在加工和使用中尺寸和形狀穩定性的根本性問題。干縮和濕脹是木材的固有性質，它能導致木制品尺寸變化。干燥后的木材尺寸會隨著所處環境的溫濕度變化而變化，日常生活中一般常見于木產品發生翹曲、變形。干縮對木材利用的影響主要體現在引起木制品尺寸收縮而產生的縫隙、翹曲變形、開裂；濕脹不僅增大木制品的尺寸發生地板隆起、門與窗關不上，而且還會降低木材的力學性質，唯對木桶、木盆及船等浸潤脹緊有利。干縮和濕脹為木材利用的重大缺弊端，掌握其產生原因與發生規律，研究其防止方法對木材加工和利用具有重要意義。

關鍵詞：? 干縮性；? 濕脹形；? 翹曲；? 開裂

中圖分類號：? ?S 781. 62? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0060 － 03

干縮、濕脹現象主要發生在木材含水率小于纖維飽和點情況下，當木材含水率在纖維飽和點以上，其尺寸、體積是不會發生變化的。木材干縮與木材濕脹均會引起木材尺寸和體積的變化[ 1 - 4 ]。對于小尺寸而無束縛應力的木材，理論上說其干縮與濕脹是可逆的；但對于大尺寸實木試件，由于干縮應力及吸濕滯后現象的存在，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胞種類、細胞壁構造和化學成分特性相關。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、導管、軸向薄壁組織和木射線。它們細胞壁主要化學組成是纖維素、木素和半纖維素及少量浸提物。理解這些細胞壁結構特性和化學成分的性質，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

試驗用木材為長白落葉松與長白落葉松和日本落葉松雜種的生材，產地為牡丹江市江山嬌林場，取樣范圍分別在2 500、3 300、4 400株/hm2內隨機抽取。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的板材運回實驗室存放。標號后密集堆放，并用塑料膜覆蓋，定期噴水、通風，防止水分散失太快和發霉。

1. 1 試件干縮濕脹性測定

試件干縮性測定根據 GB/T 1936.2-2009《木材干縮性試驗方法》進行；濕脹性測定根據 GB/T 1936.2-? ?2009《木材濕脹性試驗方法》進行。

1. 2 實驗設備

測量工具為游標卡，側量尺寸應精確至0. 001 mm。浸漬試件的容器，低溫恒溫箱、干燥箱。

1. 3 濕脹性實驗步驟

將試件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。放入烘箱內，開始溫度60℃保持約4 h，然后按GB/T 1931-2009中5.2的規定，將試件烘至全干，冷卻后，在試件各相對應的中心位置分別測出徑向和弦向尺寸（l0）。計算體積濕脹率時，測量試件順紋方向的長度（l0）精確至0.001 mm。測量后將試件放置于溫度（20士2）℃，相對濕度（65士3）%的條件下吸濕至尺寸穩定。在吸濕過程，用2～3個試件，每隔6 h試測1次弦向尺寸的變化，至兩次測量結果之差不超過0.2 mm時，即認為尺寸達到穩定，然后測定所有試件的徑向和弦向尺寸（lw）。計算體積濕脹率時，測量試件順紋方向的長度，精確至0. 001 mm。測量尺寸后的試件，浸人盛蒸餾水的容器中，待吸收水分尺寸達穩定為止。為檢驗試件的尺寸是否達到穩定，在浸水20晝夜后，選定3～4個試件，測量弦向尺寸（lmax），以后每隔3晝夜測量1次，兩次測量結果相差不大于0. 02 mm時，認定為尺寸達到穩定，然后測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晝夜應更換1次。

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

αmax=×100

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

試件全干到吸水至尺寸穩定時的體積濕脹率應按下面公式計算，精確至0.1%

αvmax=×100

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

1. 4 干縮性實驗步驟

將試件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。將試件放置于溫度（20±2）℃，相對濕度（65±3）%的條件下吸濕至尺寸穩定。在吸濕過程，用2個一3個試件，每隔6 h試側一次弦向尺寸的變化，至兩次測量結果之差不超過0.2 mm時，認定尺寸達到穩定，然后在試件各相對應的中心位置分別測出徑向和弦向尺寸測量過程中保持濕材狀態，將測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的規定，將試件烘至全干，冷卻后，在試件各相對應的中心位置分別測出徑向和弦向尺寸（l0）。計算體積濕脹率時，測量試件順紋方向的長度（l0）精確至0.001 mm。在測定過程中發生開裂或形狀畸變的試件舍棄。在測試過程中，由于舍棄試件導致數量不足補充試樣并測試。

試樣從濕材至全干時，徑向和弦向的全干縮率應按以下公式計算，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時經向或弦向的尺寸，單位mm；L0為試樣全干時徑向或弦向的尺寸，單位mm。

試件從濕材到全干的體積干縮率應按以下公式計算，精確至0.1%。

βvmax=×100

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

2 結果與分析

從表1可以看出，當造林密度為3 300株/hm2時，長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，長白落葉松的徑向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過雜交方式，改善了長白落葉松的徑向干縮率。

從表2可以看出，當造林密度為2 500株/hm2時，長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，長白落葉松的弦向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過雜交方式，改善了長白落葉松的弦向干縮率。

從表3可以看出，當造林密度為3300株/hm2時，長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，雜種落葉松的體積干縮率大于長白落葉松，所以，通過雜交方式，增加了了長白落葉松的體積干縮率。

從表4可以看出，當造林密度為2 500株/hm2時，長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，雜種落葉松的徑向濕脹率大于長白落葉松，所以，通過雜交方式，改善了落葉松的徑向濕脹率。

從表5可以看出，當造林密度為4 400株/hm2時，長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，長白落葉松的弦向干縮率大于雜種落葉松，所以，通過雜交方式，改善了長白落葉松的弦向干縮率。

從表6可以看出，當造林密度為2 500株/hm2時，長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，雜種落葉松的體積濕脹率大于長白落葉松，所以，通過雜交方式，增加了了長白落葉松的體積濕脹率。

3 小 結

造林密度對長白落葉松和雜種落葉松物理力學性能影響比較大。造林密度為2 500株/hm2時，長白落葉松和雜種落葉松的弦向干縮率和體積濕脹率最大，當造林密度為3 300株/hm2時，長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

［1］ 張含國，? 張成林，? 蘭士波，? 等.? 落葉松雜種優勢分析及家系選擇.? 南京林業大學學報（自然科學版）， 2005， 29（5）： 69-72.

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