长白落叶松和杂种落叶松木材干缩性、湿胀性研究

赵立志

摘要：  干缩湿胀是木材重要的物理性质之一，是关系到木制品在加工和使用中尺寸和形状稳定性的根本性问题。干缩和湿胀是木材的固有性质，它能导致木制品尺寸变化。干燥后的木材尺寸会随着所处环境的温湿度变化而变化，日常生活中一般常见于木产品发生翘曲、变形。干缩对木材利用的影响主要体现在引起木制品尺寸收缩而产生的缝隙、翘曲变形、开裂；湿胀不仅增大木制品的尺寸发生地板隆起、门与窗关不上，而且还会降低木材的力学性质，唯对木桶、木盆及船等浸润胀紧有利。干缩和湿胀为木材利用的重大缺弊端，掌握其产生原因与发生规律，研究其防止方法对木材加工和利用具有重要意义。

关键词：  干缩性；  湿胀形；  翘曲；  开裂

中图分类号：   S 781. 62               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０23）04 － 0060 － 03

干缩、湿胀现象主要发生在木材含水率小于纤维饱和点情况下，当木材含水率在纤维饱和点以上，其尺寸、体积是不会发生变化的。木材干缩与木材湿胀均会引起木材尺寸和体积的变化[ 1 - 4 ]。对于小尺寸而无束缚应力的木材，理论上说其干缩与湿胀是可逆的；但对于大尺寸实木试件，由于干缩应力及吸湿滞后现象的存在，干缩与湿胀是不完全可逆的。木材干缩和湿胀之所以有纵向和横向不同及径向与弦向的差异，主要与组成木材这种材料的细胞种类、细胞壁构造和化学成分特性相关。针叶材主要是有管胞组成，有少量的木射线组织；阔叶材主要组成分子是木纤维、导管、轴向薄壁组织和木射线。它们细胞壁主要化学组成是纤维素、木素和半纤维素及少量浸提物。理解这些细胞壁结构特性和化学成分的性质，就不难理解木材干缩与湿胀各向差异的原因。本文叙述顺纹方向（纵向）干缩与横纹方向（横向）干缩差异及横向干缩中径向与弦向差异的原因[ 5 ， 6 ]，旨在为落叶松木材性能的研究提供参考。

1 材料与方法

试验用木材为长白落叶松与长白落叶松和日本落叶松杂种的生材，产地为牡丹江市江山娇林场，取样范围分别在2 500、3 300、4 400株/hm2內随机抽取。将每株树从树根到树梢分成三段，每段2 000 mm，再将其加工成尺寸为2 000 mm×（200～300） mm×60 mm的板材运回实验室存放。标号后密集堆放，并用塑料膜覆盖，定期喷水、通风，防止水分散失太快和发霉。

1. 1 试件干缩湿胀性测定

试件干缩性测定根据 GB/T 1936.2-2009《木材干缩性试验方法》进行；湿胀性测定根据 GB/T 1936.2-   2009《木材湿胀性试验方法》进行。

1. 2 实验设备

测量工具为游标卡，侧量尺寸应精确至0. 001 mm。浸渍试件的容器，低温恒温箱、干燥箱。

1. 3 湿胀性实验步骤

将试件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。放入烘箱内，开始温度60℃保持约4 h，然后按GB/T 1931-2009中5.2的规定，将试件烘至全干，冷却后，在试件各相对应的中心位置分别测出径向和弦向尺寸（l0）。计算体积湿胀率时，测量试件顺纹方向的长度（l0）精确至0.001 mm。测量后将试件放置于温度（20士2）℃，相对湿度（65士3）%的条件下吸湿至尺寸稳定。在吸湿过程，用2～3个试件，每隔6 h试测1次弦向尺寸的变化，至两次测量结果之差不超过0.2 mm时，即认为尺寸达到稳定，然后测定所有试件的径向和弦向尺寸（lw）。计算体积湿胀率时，测量试件顺纹方向的长度，精确至0. 001 mm。测量尺寸后的试件，浸人盛蒸馏水的容器中，待吸收水分尺寸达稳定为止。为检验试件的尺寸是否达到稳定，在浸水20昼夜后，选定3～4个试件，测量弦向尺寸（lmax），以后每隔3昼夜测量1次，两次测量结果相差不大于0. 02 mm时，认定为尺寸达到稳定，然后测量全部试件的径向和弦向尺寸。为保持容器中的蒸馏水清洁，每隔3～4昼夜应更换1次。

试件从全干到吸水至尺寸稳定时，径向或弦向的线湿胀率按下面公式计算，精确至0.1%

αmax=×100

式中，Αmax为试样吸水至尺寸稳定时径向和弦向的线湿胀率，%；Lmax为试样吸水至尺寸稳定时径向和弦向的长度，单位为毫米（mm）；l0为试样全干时径向和弦向的长度，单位为毫米（mm）。

试件全干到吸水至尺寸稳定时的体积湿胀率应按下面公式计算，精确至0.1%

αvmax=×100

式中，αvmax为试样全干到吸水至尺寸稳定时的体积湿胀率，%；Vmax为试样吸水至尺寸稳定时的体积，单位mm3。V0为试样全干时的体积，单位mm3。

1. 4 干缩性实验步骤

将试件尺寸截成20 mm×20 mm×20 mm。将试件放置于温度（20±2）℃，相对湿度（65±3）%的条件下吸湿至尺寸稳定。在吸湿过程，用2个一3个试件，每隔6 h试侧一次弦向尺寸的变化，至两次测量结果之差不超过0.2 mm时，认定尺寸达到稳定，然后在试件各相对应的中心位置分别测出径向和弦向尺寸测量过程中保持湿材状态，将测定后的试样放在烘箱中，开始温度60℃保持6 h，然后按然后按GB/T 1931-2009中5.2的规定，将试件烘至全干，冷却后，在试件各相对应的中心位置分别测出径向和弦向尺寸（l0）。计算体积湿胀率时，测量试件顺纹方向的长度（l0）精确至0.001 mm。在测定过程中发生开裂或形状畸变的试件舍弃。在测试过程中，由于舍弃试件导致数量不足补充试样并测试。

试样从湿材至全干时，径向和弦向的全干缩率应按以下公式计算，精确0.1%

βmax=×100

式中，βmax为试件径向或弦向的全于缩率，%；Lmax为试样含水率高于纤维饱和点时经向或弦向的尺寸，单位mm；L0为试样全干时径向或弦向的尺寸，单位mm。

试件从湿材到全干的体积干缩率应按以下公式计算，精确至0.1%。

βvmax=×100

式中，βvmax为试样休积的全干干缩率，%；Vmax为试样湿材时的体积，单位mm3；V0为试样全干时的体积，单位mm3。

2 结果与分析

从表1可以看出，当造林密度为3 300株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的径向干缩率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，长白落叶松的径向干缩率大于杂种落叶松，所以，通过杂交方式，改善了长白落叶松的径向干缩率。

从表2可以看出，當造林密度为2 500株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的弦向干缩率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，长白落叶松的弦向干缩率大于杂种落叶松，所以，通过杂交方式，改善了长白落叶松的弦向干缩率。

从表3可以看出，当造林密度为3300株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的体积干缩率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，杂种落叶松的体积干缩率大于长白落叶松，所以，通过杂交方式，增加了了长白落叶松的体积干缩率。

从表4可以看出，当造林密度为2 500株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的径向湿胀率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，杂种落叶松的径向湿胀率大于长白落叶松，所以，通过杂交方式，改善了落叶松的径向湿胀率。

从表5可以看出，当造林密度为4 400株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的弦向湿胀率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，长白落叶松的弦向干缩率大于杂种落叶松，所以，通过杂交方式，改善了长白落叶松的弦向干缩率。

从表6可以看出，当造林密度为2 500株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的体积湿胀率最大，横向比较，在树干的同一位置取样时，杂种落叶松的体积湿胀率大于长白落叶松，所以，通过杂交方式，增加了了长白落叶松的体积湿胀率。

3 小 结

造林密度对长白落叶松和杂种落叶松物理力学性能影响比较大。造林密度为2 500株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的弦向干缩率和体积湿胀率最大，当造林密度为3 300株/hm2时，长白落叶松和杂种落叶松的径向干缩率和体积干缩率最大。

参考文献

［1］ 张含国，  张成林，  兰士波，  等.  落叶松杂种优势分析及家系选择.  南京林业大学学报（自然科学版）， 2005， 29（5）： 69-72.

［2］ 潘本立，  张含国，  周显昌.  杂种落叶松的增产能力及其生产应用前景.  林业科技开发， 1998（2）： 18 - 20.

［3］ 潘本立，  等.  适用于高世代生产性种子园的无性系配置设计.  林业科技，  1997（3）： 15 - 16.

［4］ 鲍甫成，  江泽慧.  中国主要人工林树种木材力学性质［M］.北京：  中国林业出版社， 1998.

［5］ 成俊卿，  李源哲，  孙成志.  人工林及天然林长白落叶松木材材性比较试验研究［J］.  林业科学， 1962（10） ： 18 - 26.

［6］ 王宏棣，  王子奇，  王春明.  幼龄落叶松木材力学性能的试验［J］.  林业科学， 2000， 25（3）： 39 - 41.