全 文 ：第 35卷 第 11期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.35 No.11
2007年 11月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Nov.2007
辊压浸注处理大青杨木材的浸注深度 1)
　　　　　　　　孙耀星　　　　　　　　　刘一星
(北华大学 ,吉林 , 132013)　　　(生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学))
　　摘　要　常温下 , 对饱水大青杨板材进行压缩率为 10% ～ 50%的辊压浸注处理 , 并对气干(含水率 8% ～
12%)大青杨板材进行空细胞法和满细胞法的真空—加压浸注处理。 在 14种浸注处理方式和不同辊压次数(1
次 、3次和 5次)条件下测试了试件的径向 、弦向和纵向的浸注深度。研究表明 , 浸注深度随着压缩率的增大而增
大 , 在同一压缩率下 ,纵向浸注深度最大 , 径向 、弦向浸注深度的差异因压缩方向而异。压缩率为 30%所对应的浸
注深度与满细胞法(前真空 10min, 真空度 0.095MPa, 加压 20min,压力 0.2MPa)和空细胞法(加压 20min,压力
0.6MPa)的结果相当;50%的压缩率所对应的浸注深度与满细胞法(前真空 10min, 真空度 0.095 MPa, 加压 20min, 压力 0.6MPa)的处理结果相近。同一压缩率下 , 随着辊压次数的增加 , 试材径向 、弦向和纵向的浸注深度增
大 , 径 、弦向的浸注深度随着辊压次数的增加而接近。
关键词　木材防腐;辊压法;浸注深度
分类号　S781.6ImpregnationDepthofP.ussuriensisTimberbyRoller-compressionProcess/SunYaoxing(TimberEngineeringDe-partmentofBeihuaUniversity, Jilin132013, P.R.China);LiuYixing(KeyLaboratoryofBio-basedMaterialScienceandTechnology(NortheastForestryUniversity), MinistryofEducation)//JournalofNortheastForestryUniversity.-
2007, 35(11).-32 ～ 33, 43Underroomtemperature, P.ussuriensisboardatwatersaturatedstatewascompressedtransverselybyrolersunderthecompressionratiofrom10% to50%andair-drytimberwastreatedbyempty-celandful-celprocess.Theimpregnationdepthsinradial, tangentialandlongitudinaldirectionsweretestedbyfourteenkindsoftreatmentprocessesunderdiferentcompressiontimes.Resultsshowthattheimpregnationdepthincreaseswiththeriseofthecompressionrate, andimpregnationdepthinlongi-tudinaldirectionisthemostandthatinradialandtangentialdirectionsdifersbecauseofcompressiondirection.Theimpregna-tiondepthunderthecompressionratioof30%isclosetothatbyful-celprocess(initialvacuum10minutes, vacuumdegree0.095MPa, pressingtime20minutes, pressure0.2MPa)andbyempty-celprocess(pressingtime20minutes, pressure0.6 MPa),andtheimpregnationdepthunderthecompressionratioof50% isclosetothatbyful-celprocess(initialvacuum10minutes,vacuumdegree0.095MPa, pressingtime20minutes, pressure0.6 MPa).Theimpregnationdepthsofsampletimberinthreedirectionsincreasewithcompressiontimeincreasingunderthesamecompressionratio, andtheimpregnationdepthinradialgraduallyapproachestothatintangentialwithcompressiontimeincreasing.Keywords　Woodpreservation;Roller-compressionprocess;Impregnationdepth
　　木材防腐处理过程中, 对于心材和难浸注材 ,若使药液均
匀地注入木材内部并达到要求的深度较为困难。对此 ,在进行
真空—加压浸注处理前 , 利用压辊对板材进行适当的横向压
缩 ,能显著地改善药剂对处理木材的渗透性 [ 1]。 在木材前
(预)压缩处理 [ 2-3] 、木材横纹压缩大变形 [ 4] 、木材表面压密 [ 5]
和木材辊压脱水干燥 [ 6]等研究的基础上发展而来的木材辊压
浸注技术 [ 7]与真空—加压浸注法相比, 无论是主要设备还是工
艺流程 ,都迥然有别 [ 8] 。在关于辊压处理对木材形体变化规律
研究的基础上 [ 9] ,考察利用水溶性液体对经过辊压处理的木材
浸注的可行性 、浸注深度与压缩率和辊压次数的关系等问题 ,
是确定木材辊压浸注处理工艺的理论基础。为此 ,笔者以大青
杨木材为试材 , 常温下 , 利用辊压浸注法和真空—加压浸注法
分别进行浸注处理 ,研究在 14种浸注处理条件下 ,处理材在径
向 、弦向和纵向 3个方向浸注深度的变化规律。
1　材料与方法
试验试材:大青杨(PopulusussuriensisKom), 采自吉林省
上营森林经营局正阳林场 , 原木长 6 000 mm,直径 400 ～ 600
mm;染料:酸性红 GC.I18050 MW 509.41。
试件尺寸及制作方法:取大青杨径 、弦切板材各 6块 , 要
求同一块板材内材性相近 、纹理均匀通直;由同一块板上制作
1)国家林业局 “ 948”项目(2004-4-43)的部分研究成果。
第一作者简介:孙耀星 ,男 , 1967年 10月生 ,北华大学木材工程
系 ,副教授。
收稿日期:2007年 3月 10日。
责任编辑:张建华。
尺寸(长 ×宽 ×厚)为 200mm×60mm×20mm标准的径 、弦
切板试件 19块。
试验方法:辊压浸注法和真空—加压浸注法。辊压法的
压缩率 [ 8]设定为 5种 ,即 10%、20%、 30%、40%和 50%,压缩
方向分为径向压缩和弦向压缩 [ 9] 。真空—加压浸注法设定
为 4种工艺条件:空细胞法 1(加压 20min,压力 0.2MPa)、满
细胞法 1(前真空 10min, 真空度 0.095MPa;加压 20min, 压力
0.2MPa)、空细胞法 2(加压 20min, 压力 0.6MPa)和满细胞法 2
(前真空 10min,真空度 0.095MPa;加压 20min,压力 0.6MPa)。
在每一块板材上锯制 19块试件 ,辊压浸注试验中每个压
缩率下设 3种辊压次数(辊压 1次 、 3次和 5次), 使用 15块
试件;真空—加压浸注法为 4种试验方案 ,使用 4块试件。
用于辊压浸注处理的试件 ,在辊压试验前需进行饱水处理:
将试件置于常温的密闭容器的水中反复进行常压-减压处理后 ,
常温常压下浸泡 10d以上 ,直至木材被水分充分饱和。
用于真空 —加压法浸注处理的试件 , 其含水率调整为
8% ～ 12%。
用于检测浸注深度的酸性红 G水溶液 ,按质量分数(ω)
0.3%进行配制。
试验中 ,试件的辊压次数多于 1次的 ,要求上一次辊压结
束后 ,迅速进行下一次辊压处理。辊压浸注处理和真空—加
压浸注处理结束后 , 处理试件迅速进行强制电热干燥。将全
干试件纵向 、横向剖开 ,取点测量利用不同浸注方法时红色染
料在试件径向 、弦向和纵向的浸注深度。
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2007.11.007
试验设备:辊压机 , 压辊直径 200mm, 压辊转速 13r/min;
压力 -真空处理罐 , 直径 200mm、高 600mm;101-2A型数字
显示电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);数字显
示游标卡尺(哈尔滨量具刃具厂 ,精度 0.001mm)。
2　结果及分析
2.1　各压缩率下两种浸注法对试材的浸注深度
经过饱水处理的试件在 5种压缩率下分别进行径向 、弦
向压缩 , 在酸性红 G水溶液液面下进行辊压处理 , 辊压次数
为 1次。
试验中 , 真空—加压浸注法选用目前工业生产中广泛使
用的两种典型的木材防腐处理工艺:空细胞法和满细胞法 , 在
与辊压法同样质量分数的酸性红 G水溶液中进行浸注处理
试验。两种处理方法均在常温下进行 , 浸注处理后的试件迅
速置于电热干燥箱中快速干燥 ,直至全干。试验结果见表 1。
表 1　不同浸注方式浸注深度的比较
浸注方式 浸注工艺条件 浸注深度 /mm径向 弦向 纵向
辊压浸注 10%(径向) 0.9 0.5 2.1
(弦向) 0.6 0.8 1.8
20%(径向) 2.0 1.4 3.0
(弦向) 1.3 1.5 2.8
30%(径向) 5.5 3.9 22.0
(弦向) 4.8 5.1 20.0
40%(径向) 6.0 4.5 35.0
(弦向) 5.5 6.0 31.0
50%(径向) 8.5 7.0 45.0
(弦向) 8.0 8.1 47.0
真空—加压浸注 空细胞法 1 3.3 2.7 11.0
满细胞法 1 4.4 4.5 24.0
空细胞法 2 5.7 5.0 26.0
满细胞法 2 8.5 8.6 49.0
　　注:以 10%(径向)为例 , 10%表示压缩率 ,压缩方向为径向 ,其余
类同。
表 1中 , 考察 14种不同的浸注处理工艺 , 每一种处理条
件下 , 对于辊压浸注处理 ,引起的试材径向和弦向的浸注深度
因压缩方向而异 , 在压缩方向上的浸注深度略大;对于真空—
加压浸注处理 , 试材径向浸注深度微大于弦向。在辊压浸注
处理中 , 随着压缩率的增大 ,试材径向 、弦向和纵向的浸注深
度增加 , 当压缩率为 30%及以上时 , 浸注深度增加更加显明 ,
尤其是纵向浸注深度。 压缩率为 10%时 , 径 、弦向压缩的浸
注深度为 0.5 ～ 0.9mm, 纵向浸注深度为 1.8 ～ 2.1mm;压缩
率为 20%时 , 径 、弦向压缩的浸注深度为 1.3 ～ 2.0mm, 纵向
浸注深度为 2.8 ～ 3.0mm;压缩率为 30%及以上时 , 径 、弦向
压缩的浸注深度大于 4.0mm,纵向浸注深度大于 20mm。
从表 1中可见 , 真空—加压浸注法中的满细胞法 1和空
细胞法 2引起的径向 、弦向和纵向浸注深度与辊压浸注处理
法中的压缩率为 30%的水平相当 ,而满细胞法 2引起的浸注
深度与压缩率为 50%的水平接近。
2.2　辊压浸注法各压缩率下不同辊压次数对浸注深度的影响
在辊压浸注处理试验中 , 对试件进行 1次辊压处理的同
时 , 还要进行 3次和 5次的辊压处理 ,以考察 5种压缩率下不
同的辊压次数对试材的径向 、弦向和纵向浸注深度的影响。
试验结果见表 2。由表 2可见 ,在 10%的压缩率下 ,随着辊压
次数的增加 , 试件径向 、弦向和纵向的浸注深度增大 , 纵向浸
注深度远大于径 、弦向 ,且与压缩方向无明显相关 , 径 、弦向浸
注深度相近 ,各自在压缩方向上的浸注深度略大;经过 3次辊
压处理 , 与 1次辊压相比 , 径 、弦向浸注深度由 0.5 ～ 0.9 mm
提高到 1.1 ～ 2.1mm,纵向由 1.8 ～ 2.1 mm提高到 2.5 ～ 3.0
mm;5次辊压后 ,径 、弦向浸注深度提高到 2.8 ～ 3.5mm,纵向
提高到 6.0 ～ 6.2mm。每增加 2次辊压 , 浸注深度都提高了
100%以上。可见 , 在 10%压缩率下 , 增加辊压次数 , 能大幅
度地提高浸注深度。
表 2　不同压缩率下辊压次数对浸注深度的影响
压缩率和
压缩方向
浸注深度 /mm
径向
辊压
1次
辊压
3次
辊压
5次
弦向
辊压
1次
辊压
3次
辊压
5次
纵向
辊压
1次
辊压
3次
辊压
5次
10%(径向) 0.9 2.0 3.5 0.5 1.1 3.0 2.1 3.0 6.0
(弦向) 0.6 1.5 2.8 0.8 2.1 3.3 1.8 2.5 6.2
20%(径向) 2.0 3.8 5.7 1.4 3.0 5.5 3.0 9.5 12.0
(弦向) 1.3 3.5 6.0 1.5 4.0 5.3 2.8 9.8 11.0
30%(径向) 5.5 6.0 6.5 3.9 5.3 6.0 22.0 31.0 40.0
(弦向) 4.8 5.5 6.2 5.1 5.7 7.0 20.0 34.0 45.0
40%(径向) 6.0 6.0 7.0 4.5 5.8 6.4 35.0 50.0 60.0
(弦向) 5.5 5.5 6.9 6.0 6.3 6.5 31.0 53.0 55.0
50%(径向) 8.5 8.5 9.0 7.0 8.0 8.8 45.0 60.0 67.0
(弦向) 8.0 8.3 8.7 8.1 7.9 9.0 47.0 58.0 66.0
　　对于 20%的压缩率 , 随着辊压次数的增加 , 试材径向 、弦
向和纵向的浸注深度在增大。辊压 5次引起的浸注深度与辊
压 3次的相比 ,明显小于辊压 3次相对于 1次的变化 , 尤其是
在纵向浸注深度的表现上。试件的压缩方向对纵向浸注深度
无明显影响 , 而对于径 、弦向浸注 , 在压缩方向上的深度略大;
与 10%的压缩率相比 , 相同的辊压次数 、不同的压缩方向所
对应的径 、弦向浸注深度在逐渐接近。辊压 3次后 , 径 、弦向
浸注深度由 1.3 ～ 2.0mm提高到 3.0 ～ 4.0mm,纵向由 2.8 ～
3.0mm提高到 9.5 ～ 9.8mm;辊压 5次后 , 径 、弦向浸注深度
提高到 5.3 ～ 6.0mm,纵向浸注提高到 11.0 ～ 12.0mm。
30%压缩率下 ,随着辊压次数的增加 , 试材径向 、弦向和
纵向的浸注深度也在增大 , 但与 10%和 20%的压缩率相比 ,
增大的趋势明显减缓 , 而且在径 、弦向浸注深度上的反映较纵
向突出。试件压缩方向的改变与试件在径向 、弦向和纵向上
的浸注深度的差异无显著相关 , 径 、弦向的浸注深度相近不因
对试件不同的压缩方向而异。经过 3次辊压处理 , 径 、弦向的
浸注深度由 1次辊压的 3.9 ～ 5.5mm提高到 5.3 ～ 6.0mm,纵向
由 20 ～ 22mm提高到 31～ 34mm;经过 5次辊压处理, 径、弦向的
浸注深度提高到 6.0 ～ 7.0mm,纵向提高到 40～ 45mm。
在 40%和 50%两个不同的压缩率下 , 浸注深度和辊压次
数的关系表现出相近的特点。随着辊压次数的增加 , 试材径
向 、弦向和纵向的浸注深度增大 , 但增大的幅度明显减小 , 在
这一点上 , 径 、弦向浸注深度的表现更为明显。在相同的辊压
次数和不同的压缩方向下 , 径 、弦向的浸注深度进一步接近。
在 40%压缩率下 , 经过 3次辊压处理后 , 径 、弦向浸注深度由
1次辊压处理的 4.5 ～ 6.0mm提高到 5.5 ～ 6.3mm, 纵向由
31 ～ 35mm提高到 50 ～ 53mm;经过 5次辊压处理后 ,径 、弦向
浸注深度提高到 6.4 ～ 7.0 mm, 纵向提高到 55 ～ 60 mm。 在
50%压缩率下 ,经过 3次辊压处理后 , 径 、弦向浸注深度由 1
次辊压处理的 7.0 ～ 8.5mm提高到 7.9～ 8.5mm,纵向由 45～ 47
mm提高到 58 ～ 60mm;经过 5次辊压处理后 , 径 、弦向浸注深
度提高到 8.7 ～ 9.0mm,纵向提高到 66～ 67mm。(下转 43页)
33第 11期　　　　　　　　　　　　　孙耀星等:辊压浸注处理大青杨木材的浸注深度　　　　　　　　　
积分数日总量由高到低依次为山门 >北园西门 >绵溪涧水 >
白桦林。山门处游人进出量大 ,为游人活动频繁区域 , 所以二
氧化碳体积分数日总量在森林公园各样地中最高。
噪音:森林公园内 4处样点的噪音日总量由高到低依次
为绵溪涧水 >山门 >白桦林 >北园西门。绵溪涧水的噪音日
总量最大 , 主要是瀑布的声响使其声环境水平较高;白桦林内
游人较少 , 相对幽静 ,所以噪音日总量最小。
3　结论与建议
绥芬河国家森林公园与绥芬河市区温度 、湿度日变化规
律大体一致。气温日变化曲线为单峰曲线 ,气温早晨最低 , 午
后达到峰值;湿度日变化规律为早晨最高 , 午后达到最小值。
绥芬河国家森林公园空气负离子密度 、二氧化碳体积分
数和噪音的日变化规律与绥芬河市区不同:森林公园内空气
负离子密度日变化规律为早晨最高 ,中午降至最低 , 随后又开
始上升;二氧化碳体积分数为早晨至午后呈递减趋势 , 尔后呈
递增趋势。森林公园除山门测点外 ,环境噪音日变化不显著 ,
山门区噪音随时间变化规律比较明显。绥芬河市区空气负离
子密度 、二氧化碳体积分数和噪音的日变化规律较为复杂 , 不
同样点呈现出各自不同的日变化规律。绥芬河国家森林公园
空气负离子密度日总量 、湿度日总量均高于绥芬河市区 , 森林
公园的日积温 、二氧化碳日总量和噪音日总量均低于绥芬河
市区 , 绥芬河国家森林公园空气质量和整体生态效应高于绥
芬河市区。
绥芬河森林公园良好的空气质量和生态效应 , 适宜进行
休闲度假 、有氧健身等活动项目 ,建议在园内设立森林氧吧等
疗养保健场所 , 以适应城市居民渴望回归大自然的需求。同
时 ,在总体规划中进行游览线路组织 、接待区选址以及娱乐健
身设施的建设时 , 应充分考虑森林公园生态因子的综合效应 ,
充分合理地利用森林旅游资源 , 使总体规划更趋于科学 、合
理。
鉴于溪流瀑布和富植被区可以显著增加空气负离子密
度 、降低温度 、增加湿度 , 因此建议今后在景点建设和改造时 ,
考虑适当增加水景数量和植物绿量 , 创造人工负离子源 ,这将
对进一步改善局部景点的空气质量有很大作用。
参　考　文　献
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(上接 33页)
3　结论与讨论
饱水大青杨板材在水性溶液液面下经过辊压处理 ,能够
实现液体对木材的快速浸注 , 浸注深度随着压缩率的增大而
增大。在同一压缩率下 ,纵向浸注深度最大 ,径 、弦向因压缩
方向而异。当压缩率为 30%及以上时 , 径 、弦向浸注深度大
于 4.0mm,纵向浸注深度大于 20mm。 30%压缩率对应的纵
向浸注深度比 20%增大了 5倍以上;压缩率为 30%所对应的
浸注深度与满细胞法 1(前真空 10min,真空度 0.095MPa, 加
压 20min,压力 0.2MPa)和空细胞法 2(加压 20min, 压力 0.6
MPa)的结果相当;50%的压缩率所对应的浸注深度与满细胞
法 2(前真空 10min,真空度 0.095MPa, 加压 20min, 压力 0.6
MPa)的处理结果相近。
同一压缩率下 , 随着辊压次数的增加 , 试材的径向 、弦向
和纵向的浸注深度增大;纵向浸注深度与压缩方向的改变无
明显相关。在 30%及以上压缩率下 , 随着辊压次数的增加 ,
径向 、弦向和纵向浸注深度的增幅渐缓 , 径 、弦向的表现较纵
向更为明显 , 且径 、弦向的浸注深度随着辊压次数的增加而迅
速接近。
常温下 , 饱水大青杨板材经过多次辊压处理后 , 在压辊对
木材的多次挤压作用下 , 水分对木材的渗透性得到了改善 , 同
时 ,通过多次辊压 ,也能将已滞留在木材内的液体进一步压向
其深层 , 从而促使浸注深度随着辊压次数的增加而增大。
参　考　文　献
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43第 11期　　　　　　　　　　　　　高炎冰等:绥芬河国家森林公园生态因子效应分析