全 文 ：第 33卷 第 2期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vo .l 33 No. 2
2005年 3月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY M ar. 2005
辊压处理大青杨板材的形体变化规律 1)
孙耀星　刘一星　方桂珍
(东北林业大学 ,哈尔滨 , 150040)
　　摘　要　常温下 , 以压缩率 10%、20%、30%、40%和 50% 5个条件对饱水状态的大青杨 (P. ussuriensis Kom)
板材分别进行无约束径向和弦向辊压处理;研究辊压处理前后在全干 、气干(含水率 12%)和饱水 3种测试状态
下 , 试材在厚度 、宽度和体积 3个方面的尺寸形体变异及单位尺寸和体积变化的百分率。相对于压缩前 ,总体变化
规律为:辊压所致瞬时变形在其后绝大部分可恢复 , 辊压后试材厚度方向尺寸变小( - 0. 154% ～ - 4. 500%)、宽度
方向尺寸略变大(0 ～ 3. 740%)、体积略为降低( - 0. 329% ～ - 3. 019%)。
关键词　大青杨板材;压缩率;浸注处理;辊压压缩;尺寸变异
分类号　S781. 2
Shape Var ianceR egu larity ofP. ussuriensis Kom Lumber Processed by Roller Compression /Sun Yaoxing, L iu Y ixing,
Fang Guizhen(Northeast Fore stry Un ive rsity, H arb in 150040, P. R. China) / /Journa l of Northea st Fore stry Un ive rsity. -
2005, 33(2). - 20 ～ 21, 42
Under norm al tem pe rature, w ith compre ssibility rate of 10%, 20%, 30%, 40% and 50%, P. ussuriensisKom lumber
a t wa te r satura tion w as com pressed radially and tangentia lly w ithout lim it in c ross direc tion. Va riance o f th ickness, w id th,
cubage and variance percent o f per -dimension were studied befo re and after ro ller process in the condition of oven -dry, air
- dry(M. C. 12%) and w ater sa tura tion. By com parison w ith non - ro ller com pression, the instantaneous d istortion by ro ller
com pression cou ld return back mostly, the thickne ss variance dim inished( from - 0. 154% to -4. 500%), the w idth va ri-
ance enlarged slightly( from 0 to 3. 740%), and the cubage reduced a little( from -0. 329% to -3. 019%).
K ey words　P. ussuriensis lum be r;Com pre ssib ility ra te;Im pregnation treatm ent;Ro ller comp ression;S ize variance
　　辊压浸注处理法是在木材横纹压缩大变形技术 [ 1] 、木材表
面压密技术 [ 2]和为提高木材的浸注性而施行的前(预)压缩处理
技术[ 3 , 4]的基础上提出的 [ 5]。这种方法与真空 -加压法相比,无
论是主要设备还是工艺流程 ,都迥然有别。辊压处理法的操作在
药液面下进行 ,木材在一组对应的压辊间通过,在一定的压缩率
下 ,木材受压部位的尺寸变小, 木材空隙中的水分和空气被挤出
木材,随着压辊的转动 ,受压部位要离开压辊 ,在离开压辊的瞬
间 ,木材要恢复原有的形状和尺寸 ,木材内形成负压,依赖这种真
空作用把药剂吸入木材 ,完成对木材的浸注处理。
根据木材流变学原理 ,木材既有弹性 ,又有塑性 ,受到外力
作用时产生 3种变形 ,即瞬时弹性变形 、弹性后效变形和塑性
变形 [ 6]。对木材辊压处理这种远远越过比例极限的大变形压
缩 ,处理材离开压辊的瞬间 ,瞬时弹性变形即刻恢复 ,弹性后效
变形随着时间的延续也会逐渐恢复 ,而塑性变形则无法恢复。
考察辊压前后木材尺寸和体积的变化和恢复规律 ,是确定木材
辊压处理工艺 、预测处理材形体尺寸和材积的重要基础。为
此 ,本文以大青杨木材为试材 , 在常温 , 压缩率分别为 10%、
20%、30%、40%和 50% 5个条件下对饱水状态的板材进行无
约束径向和弦向辊压处理 , 同时研究了辊压处理前后全干、气
干 、饱水 3种典型含水率状态下试材的形体尺寸变化规律。
1　材料和方法
试材大青杨(P. ussuriensisKom)取自吉林省上营林业局
正阳林场径级 40 ～ 60 cm的原木 ,试件尺寸 150mm(长)×60
mm(宽)×10mm(厚), 为标准的径切板和弦切板。每个压缩
率下选取径 、弦切板试件各 5块 , 每块试件上选取厚度 、宽度
和长度测量点各 6处并做出标记 , 以备压缩前后在同一位置
测量。压缩处理后的试件在常温条件下放置 60 d后再进行
各种测试状态的平衡处理和测量。饱水处理是将试件置于常
温的密闭容器中的水中反复进行常压 -减压处理后 ,常温常
1)国家林业局 “ 948”项目(2004 - 4 - 43)。
第一作者简介:孙耀星 ,男 , 1967年 10月生 ,东北林业大学生物
质材料科学与技术教育部重点实验室在读博士研究生;现工作于北华
大学木材工程系 ,副教授。
收稿日期:2004年 7月 5日。
责任编辑:张　玉。
压下浸泡 10 d以上 , 直至被水分完全饱和。
辊压实验中的压缩方向分为径向压缩和弦向压缩两种 ,
其与试件横切面年轮的关系如图 1所示。
图 1　试件年轮与辊压方向示意图
辊压实验中的压缩率计算公式:
厚度压缩率 =[ (压缩前饱水厚度 -压缩后板材厚度 ) /
压缩前饱水厚度 ] ×100%。
2　结果和讨论
2. 1　辊压处理前后厚度方向的尺寸变异
将辊压处理前的 3种测试状态的试材尺寸(厚度 、宽度 、长
度)和体积看作是 100%;辊压处理后 , 在全干、气干(含水率
12%)和饱水 3种状态下,同一测量点辊压处理后的试材尺寸(厚
度 、宽度 、长度)和体积占辊压前尺寸(厚度 、宽度、长度)和体积
比值的百分率,取其平均值 ,定义为尺寸(厚度 、宽度、长度)百分
率和体积百分率;同一测量点辊压处理后的试材尺寸和体积与辊
压前的尺寸和体积的差值占处理前尺寸和体积的百分率 ,取其平
均值,定义为尺寸(厚度 、宽度 、长度)和体积变化的百分率 ,表示
试材在辊压处理后单位尺寸和体积变化的比率。
辊压处理前后大青杨板材厚度方向尺寸变化的实验结果
见表 1和图 2。
由图 2可知 ,在 3种测试状态下 , 辊压处理后的试材厚度
都小于辊压处理前的尺寸 ,木材厚度方向的塑性变形存在于
这 5种压缩率中;厚度方向尺寸百分率随着压缩率的增大而
DOI牶牨牥牣牨牫牱牭牴牤j牣cnki牣dlxb牣牪牥牥牭牣牥牪牣牥牥牴
变小 , 其变动范围在 95. 480% ～ 99. 846%之间。另外 , 在厚度
方向 , 塑性变形随着压缩率的增大而增大。在同一压缩率下 ,
全干状态的厚度尺寸百分率大于气干和饱水状态 , 塑性变形
在气干和饱水状态下的表现比全干状态明显。同一测试状态
下 , 弦向压缩试件厚度方向的尺寸百分率大于径向压缩的试
件;辊压处理后的试件单位厚度尺寸下降的百分率随着压缩
率的增大而增大 , 其变动范围在 0. 154% ～ 4. 500%之间。
表 1　辊压处理前后试件厚度方向尺寸百分率 %　
压缩
率
辊压
前
全干状态
弦向
压缩
径向
压缩
气干状态
弦向
压缩
径向
压缩
饱水状态
弦向
压缩
径向
压缩
10 100 99. 846 98. 634 99. 340 98. 900 99. 381 99. 040
20 100 99. 482 98. 419 99. 040 98. 300 98. 943 98. 515
30 100 98. 694 97. 953 98. 440 97. 730 97. 596 97. 759
40 100 98. 410 97. 632 97. 920 95. 910 97. 133 96. 891
50 100 98. 015 95. 684 97. 010 95. 500 96. 669 95. 480
图 2　辊压处理试材厚度方向尺寸变化的百分率
气干状态下 , 辊压处理材厚度方向的尺寸百分率在 95.
496% ～ 99. 341%之间 , 尺寸变化的百分率在 - 0. 659% ～ -
4. 504%之间 , 压缩率为 10%的弦向压缩的尺寸百分率最小 ,
压缩率为 50%的径向压缩的尺寸百分率最大 ,而尺寸变化的
百分率与之一致。
2. 2　辊压处理前后宽度方向的尺寸变异
进行辊压处理时 ,由于泊松效应的作用 , 木材试件受压部
位宽度方向的尺寸变大 ,离开压辊后 ,产生的塑性变形将残留
在木材内。饱水大青杨试材同一测量点在辊压处理前的宽度 、
辊压时瞬间的宽度及离开压辊后的即时宽度的比较见表 2。
　表 2　辊压处理试材辊压前 、辊压时和辊压后即时宽度的比较 mm　
压缩率
%
径向压缩
辊压前 辊压时 辊压后
弦向压缩
辊压前 辊压时 辊压后
10 60. 73 61. 89 60. 93 61. 77 62. 95 61. 93
20 61. 08 62. 59 61. 68 61. 84 63. 14 62. 70
30 60. 91 61. 78 61. 35 61. 42 64. 64 62. 81
40 60. 96 62. 66 62. 02 61. 93 65. 55 63. 09
50 61. 14 63. 28 62. 97 61. 37 67. 96 63. 34
　　由表 1可见 , 辊压处理木材时 ,受压部位当时的宽度尺寸
最大 , 辊压后即时的宽度次之 , 辊压前饱水时的宽度最小;随
着压缩率的增加 , 三者之间的差异在变大;弦向压缩在这种规
律上的表现较径向压缩更为明显 , 这与下面分析到的在同一
测试条件下 , 弦向压缩的尺寸百分率大于径向压缩相吻合。
饱水大青杨试材经过辊压处理后,与处理前相比 ,在宽度方向
的尺寸百分率见表 3,在宽度方向单位尺寸变化的百分率见图 3。
由表 3可见 , 辊压处理后的试件在宽度方向上 ,在各种压
缩率和各种测试条件下 , 都大于压缩处理前的尺寸 , 且随着压
缩率的增加 , 尺寸百分率变大 , 形成的塑性变形增大 , 尺寸百
分率的变动范围在 99. 343% ～ 103. 740%之间。同一压缩率
下 , 弦向压缩试材的尺寸百分率大于径向 , 即塑性变形在弦向
压缩上的表现大于径向压缩。而在同一压缩率下的尺寸百分
率与不同测试状态无明显相关。辊压处理后的试件单位宽度
增加的百分率随压缩率的增大而增大 , 其变动范围在
- 0. 657% ～ 3. 740%之间。气干状态下 , 弦向压缩的尺寸百
分率小于全干和饱水状态 ,而径向压缩的尺寸百分率介于二
者之间。由图 3可知 ,气干状态下的曲线斜率大于其他两种
状态 ,说明随着压缩率的增加 ,宽度方向单位尺寸变化的百分
率气干状态高于其他两种状态。
表 3　辊压处理前后试件宽度方向尺寸百分率 %　
压缩
率
辊压
前
全干状态
径向
压缩
弦向
压缩
气干状态
径向
压缩
弦向
压缩
饱水状态
径向
压缩
弦向
压缩
10 100 100. 200 100. 340 99. 618 99. 343 100. 350 100. 834
20 100 100. 390 100. 710 100. 151 99. 966 100. 729 101. 239
30 100 100. 660 101. 080 101. 252 101. 269 101. 000 102. 128
40 100 100. 980 101. 500 101. 935 102. 302 101. 177 102. 829
50 100 101. 570 103. 130 102. 013 102. 674 102. 275 103. 735
图 3　辊压处理试材宽度方向尺寸变化的百分率
2. 3　辊压处理前后体积的尺寸变异
饱水大青杨板材经过辊压处理后 , 在 3种测试条件下 , 辊
压试件的体积变异情况见表 4, 辊压处理前后试件单位体积
变化的百分率见图 4。
表 4　辊压处理前后试件体积百分率 %　
压缩
率
辊压
前
全干状态
径向
压缩
弦向
压缩
气干状态
径向
压缩
弦向
压缩
饱水状态
径向
压缩
弦向
压缩
10 100 99. 533 100. 330 97. 837 98. 862 99. 694 99. 774
20 100 99. 497 100. 260 97. 702 98. 717 99. 031 98. 953
30 100 99. 501 100. 020 97. 798 98. 684 99. 041 98. 658
40 100 99. 391 100. 020 97. 075 98. 344 99. 018 99. 329
50 100 98. 652 100. 020 96. 981 98. 208 98. 150 99. 043
图 4　辊压处理试材体积变化的百分率
如忽略辊压处理前后试件长度方向尺寸变化的影响 , 试件体
积变异的因素主要来源于两个方面 , 即辊压处理后试材厚度
方向的尺寸变小和宽度方向的尺寸变大。 除弦向压缩在
全 干状态测试得到的压缩处理材体积增大外 , (下转 42页)
21第 2期　　　　　　　　　　　　　　孙耀星等:辊压处理大青杨板材的形体变化规律　　　　　　　　　　
3　结论与讨论
通过频次分布和聚集度指数的测定以及 Iw ao的回归方法
和 Tay lo r’ s幂的法则分析 ,结果表明红景天根腐病病株空间分
布格局随着密度的提高从聚集型演变为均匀型。当病株密度
较低时, 种群群聚均数 λ<2, 说明聚集分布是环境因素引起
的。这与病害发生的实际情况相符 , 因为病原菌在田间主要通
过农事操作和雨水等传播 ,传播距离有限而形成发病中心。
表 4　红景天根腐病病株不同抽样方法得比较(u0. 05 =1. 96)
样地号 对照 –χ 单对角线(5点式)–χ u
双对角线(5点式)
–χ u
平行线
–χ u
棋盘式
–χ u
Ⅰ 0. 274 0. 45 1. 119 0. 25 0. 153 0. 35 0. 483 0. 55 1. 755
Ⅱ 0. 530 0. 95 1. 957 0. 80 1. 258 0. 65 0. 571 0. 50 0. 140
Ⅲ 0. 566 0. 80 1. 133 0. 15 2. 014 0. 45 0. 561 0. 90 1. 617
Ⅳ 0. 760 0. 35 1. 756 0. 95 0. 814 0. 90 0. 600 1. 15 1. 670
Ⅴ 0. 828 0. 45 1. 587 1. 15 1. 352 0. 75 0. 328 0. 30 2. 217
Ⅵ 1. 068 1. 50 1. 708 0. 65 1. 653 1. 25 0. 720 0. 60 1. 850
Ⅶ 1. 184 0. 80 1. 541 0. 85 1. 340 1. 45 1. 067 0. 75 1. 742
Ⅷ 1. 408 1. 95 2. 096 1. 55 0. 549 0. 95 1. 771 1. 65 0. 936
Ⅸ 1. 628 1. 45 0. 671 1. 90 1. 026 1. 50 0. 483 1. 75 0. 460
Ⅹ 1. 922 2. 10 0. 648 1. 75 0. 626 1. 70 0. 808 2. 25 1. 195
　　单对角线 5点式 、双对角线 5点式 、平行线 、棋盘式 4种
顺序抽样方法中平行线跳跃式取样法为最佳。
上述空间格局结果表明红景天根腐病在田间里存在着明
显的发病中心 , 且其病菌在田间是通过发病中心逐步扩散蔓
延的。因此 , 欲控制其在田间扩散 、蔓延 , 对零星病田和轻病
田 , 首先必须铲除发病中心 ,对重病田首先必须考虑实行轮作
等栽培技术措施。
参　考　文　献
1　蒋文春 ,钟文田 ,姜明兰 ,等.高山红景天根腐病的分离鉴定与致病性研究.植物保护学报 1996, 23(2):185 ～ 186
2　王昆 , 胡家琪 ,狄文枝 ,等. 棉花黄萎病株空间格局及抽样技术研究.植物病理学报 , 1992, 22(2):169～ 174
3　尚长明 ,茅振奇 ,刘在明 ,等.西瓜枯萎病株空间分布及其抽样技术的研究.见:马立新. 西瓜枯萎病综合防治技术研究进展 (论文集).北京:气象出版社 , 1997. 63～ 67
(上接 21页)其余的 5种组合条件(全干径向 、气干径向 、气
干弦向 、饱水径向和饱水弦向)下 , 辊压处理试材与处理前相
比 , 体积都变小 ,可见 , 厚度方向的尺寸变化对体积变化的影
响大于宽度方向的尺寸变化 , 体积百分率的变动范围为
96. 981% ～ 100. 329%, 这个数值大于相同测试状态同一压缩
率下的厚度百分率。 所以 , 因体积变化而引起的材积损失较
小;随着压缩率的增大 ,辊压处理试材的体积呈减小的趋势。
在同一压缩率下 , 与其他两种测试环境相比 , 气干条件下
的体积变化率最小 , 塑性变形最明显;随着压缩率的增加 , 体
积百分率逐渐减小;同一压缩率下 ,径向压缩试件的体积百分
率小于弦向压缩试件 。
辊压处理后的试材单位体积减少的百分率随压缩率的增
加而增大 , 其变动范围在 - 3. 019% ～ 0. 329%之间。
在进行厚度 、宽度和体积变异规律研究的同时 , 也进行了
长度方向尺寸变异的检测。木材试件经辊压处理后 , 在长度
方向上的尺寸与辊压前相比 , 变化很小 (与厚度和宽度方向
的变化相比),单位尺寸变化的百分率最大值为 0. 455%(而
厚度和宽度方向尺寸变化的百分率多数在 1%以上),长度方
向的尺寸百分率最大值为 100. 170%, 最小值为 99. 545%, 对
辊压处理材的形体变化规律影响很小。
3　结论
在 10% ～ 50%的压缩率范围内 , 饱水大青杨板材经辊压
处理后在厚度 、宽度和体积方面及 3种典型含水率测试状态
下 , 与处理前相比 ,尺寸都发生了变化。总体变化规律为:辊
压所致瞬时变形在其后绝大部分可恢复 , 辊压后试材厚度方
向尺寸变小 、宽度方向尺寸略变大 、体积略为降低。
厚度方向 ,随着压缩率的提高 ,辊压处理后尺寸百分率变
小 ,其变动范围在 95. 480% ～ 99. 846%之间;单位尺寸下降的
百分率随着压缩率的增大而增大 , 其变动范围在 - 0. 154% ～
- 4. 500%之间。
宽度方向 ,随着压缩率的提高 ,辊压处理后的尺寸百分率
变大 ,其变动范围在 99. 343% ～ 103. 740%之间;单位尺寸增加
的百分率随压缩率的增加而增大 , 其变动范围在 - 0. 657% ～
3. 740%之间。
体积方面 , 辊压处理后的体积变小(全干弦向除外), 随着
压缩率的提高 ,体积百分率有进一步减小的趋势 , 其变动范围
在 96. 981% ～ 100. 329%之间;单位体积减少的百分率随压缩
率的增加而增大 ,其变动范围在 - 3. 019% ～ 0. 329%之间。
参　考　文　献
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