水热处理和酶处理对速生杨木弹性模量和表面润湿性能的影响

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1、1绪论1．1速生杨木加工利用的发展概况1．1．1杨树资源的发展现状杨树起源于美国中部南伊利诺斯州，具有生长快、材质好、适应性强及抗褐斑病等特点，是我国主要短周期工业用材林首选树种，其分布广、品种多、适应性强，在黄淮地区，生长4年树高可达到16米，胸径22厘米，生长甚为迅速。但由于生根力不强，抗寒性差，特别是在干旱年份，育苗和造林成活率会受到影响；湿心材含量较高，对单板质量有一定影响。杨树在我国各地均有种植，范围跨北纬25。～53。，东径76。～134。，遍布东北、西北、华北以及西南等地，近年来由于引进南方型美洲黑杨，中国杨树栽培区已南移到湖

2、北、湖南、浙江、江苏等省的平原地区【l】。杨树生长周期短，一般10年左右即可成材。种植面积约679万公顷，居世界第一位，占全国人工林面积的1／5。杨树种类很多，可分成黑杨派、白杨派、青杨派、胡杨派和大叶杨派等派系。从杨树造林种类看，黑杨派及其杂种占世界各国杨树人工林面积的95％以上【2】。为了改善我国的生态环境，我国一直大力发展速生丰产的杨树速生工业林。据统计，从1978．1995年，三北防护林体系工程每年约有2／5的资金和劳力投入到发展杨树资源中，共营造各种杨树人工林400多llnl2，占同期造林面积的72％。18年来年均发展20多万lu

3、ll2【31，目前正以更快的速度超前发展着。1．1．2速生杨木的特点从木材学角度来看，速生材的材性主要特点(缺陷)有二：一是速生材中所包含的幼龄材(juvemle、阳od)比例太大；二是速生材中所包含的应力木(reactionwood)的比例也较大。国内外学者通过大量研究发现，树木从髓心向外生长时，首先形成幼龄材，经一定时间才过渡到成熟材。所谓幼龄材，通常是指树干内层靠近髓心部分第5轮至第20轮之间的木材。具体视不同树种、产地等等而定。幼龄材一个显著特征是材性的变动性，木材性质随树龄而变动，到一定时期，变动减缓进人成熟阶段。据研究幼龄材的材

4、性有以下一些特征：l、与成熟材对比，幼龄材年轮较宽，早材含量较多，质地疏松，木材密度较小(10．15％)；2、幼龄材细胞长度较短，胞壁较薄，胞腔较大；3、幼龄材含水量显著高于成熟材，木材强度较低(15．3l％)；4、幼龄材中含应力木较多。所谓应力木，是指倾斜或弯曲生长的树干或枝梗，在断面上常呈偏心构造。年轮偏宽那部分木材，叫做应力木。针阔叶树都会产生应力木。但针叶树材年轮偏宽多在下侧，即受压的一侧，这种应力木专门叫它应压木(compression、Ⅳ00d)。阔叶树材正好相反，在受拉的上侧，因而叫它应拉木(tensionwood)。应力木在

5、利用上被认为是一种重要的木材缺陷。应力木不论木材构造和性质都和正常材有显著区别，具体表现在下列几方面。l、应压木：早晚材区分不明显，晚材含量甚多。细胞断面为圆形(正常材为多角形)，因此细胞间隙明显，胞壁较厚。纤维较短(10-40％)，正常材胞壁中次生壁一般呈三层结构(Sl+S2+S3)，应压木只两层(Sl+S2)，而且螺纹裂隙显著。纤丝角比正常材大。纤维素含量较少(10％)，木素含量增加。木材密度较高，顺纹胀缩性特大，一般木材强度较低。2、应拉木：应拉木的材性研究相对较少。一般木材中各类细胞都比较细小，数量也少。它的主要特征是纤维细胞内部有

6、胶质层，因此次生壁的层次不一，少者只二层，多者达四层。在化学成分上，纤维素和灰分含量较正常材高，木素和半纤维素含量较低。木材密度可能较大，顺纹收缩也可能较大，木材强度一般较低。加工刨光时，应拉木表面易起毛，刨削面4、=光滑。1．1．3速生材加工利用研究概况1．1．3-1改性机理木材的最大缺陷是指其干缩湿胀而导致其尺寸的不稳定性。因为木材是多孔性材料，大的孔隙如细胞腔和纹孔等，小的如微纤丝间隙，且木材中又含有许多亲水基团，这就使得水分子很容易渗透到木材内部，并与木材中某些成分以化学键或氢键的形式结合，从而引起纤丝的润胀，使木材尺寸发生变化，这

7、就是木材的干缩湿胀性能。木材的胀缩归根到底是由于水分渗到微纤丝间，增加纤丝间的缝隙，进而影响木材尺寸的变化，然而在一定条件下微纤丝间隙的增加是有限度的【4J。由于木材由细胞组成，实际上细胞腔中水分的得失并不能引起木材的干缩湿胀，但当细胞壁中的水分丢失就会引起收缩，而水分再回到细胞壁中就又重新胀大。所以木材含水率大约在30％以上时，即细胞壁中的水分处于饱和状态时，木材尺寸基本上是4、=变的。但木材的吸湿性较强，在纤维饱和点以下，水分以吸着水的形式存在于细胞壁内，随着水分的增多，细胞壁有机高分子化合物之间的氢键减少，使木材强度降低。细胞壁内吸着

8、水含量的变化，会引起木材干缩湿胀，而各向异性又促使木材的翘曲变形甚至开裂，严重降低木材强度15儿6

9、。因此，降低木材的吸湿性是木材尺寸稳定性提高和木材强化的一个途径。同时密度又是