全 文 ：第 51 卷 第 1 期
2 0 1 5 年 1 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 1
Jan．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150112
收稿日期: 2014 － 02 － 26; 修回日期: 2014 － 05 － 08。
基金项目: 国家自然科学基金项目(31470022 ) ; 吉林省科技发展计划项目(20120260 ) ; 吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项
目(2012 － 160)。
* 孙耀星为通讯作者。
辊压预处理条件对蒙古栎干燥速率及
纹孔结构的影响*
董晓璐 孙耀星 杜洪双 赵 雪 蒋 涛
(北华大学木质材料科学与工程省重点实验室 吉林 132013)
摘 要: 【目的】针对木材干燥耗时长、效率低的问题，以改变司职水分疏导功能的木材分子关键部位的微观结
构为手段，通过改善木材的渗透性和水分的流动性，建立易于水分移动的新路径，达到缩短木材干燥时间的目的。
在描述蒙古栎导管分子细胞壁构造变异的形态、数量和程度以及表征处理材在常规蒸汽干燥全程和各阶段干燥速
率变动的基础上，探索并建立辊压预处理工艺条件、构造特征变异与干燥速率三者的相关关系。【方法】依托木材
的黏弹性和水分移动机制，以蒙古栎为试材，对其含水率 47% ～ 55%、900 mm(长) × 100 mm(宽) × 30 mm(厚)的
径切板和弦切板施行 2 个压缩方向(径向和弦向)、3 种压缩率(10%，20%和 30% )和 3 种压缩次数(1，4 和 9 次)
的辊压预处理，使用环境扫描电子显微镜(Fei Quanta 200)观察研究辊压处理材的导管分子微观构造特征变异，并
在常规蒸汽干燥全程和各阶段测试和分析处理木材的干燥速率变动规律。【结果】环境扫描电镜观察表明，辊压压
缩预处理使蒙古栎导管分子纹孔膜破裂和细胞壁出现裂隙，可形成水分移动的微观新路径;随着压缩率增大、压缩
次数增加，纹孔膜破裂的数量和程度、细胞壁破坏的规模和尺寸增加，木材的渗透性和水分的流动性得到改善，缩
短木材干燥时间。在常规蒸汽干燥的 6 个阶段和干燥全程，辊压预处理材的干燥速率均大于未处理材;压缩率和
压缩方向相同时，干燥速率随压缩次数的增加而增大;压缩方向和压缩次数相同时，干燥速率随压缩率的增加而加
快;压缩率和压缩次数相同时，径向压缩的弦切板干燥速率快于弦向压缩的径切板。【结论】以试材初含水率
50%、终含水率 15%计算，辊压预处理材的全程干燥时间均少于未处理材，弦向压缩径切板干燥时间缩短 6. 67% ～
23. 64%，径向压缩弦切板缩短 4． 55%～ 13． 02%。辊压预处理可在蒙古栎试材内部形成微观的水分移动新路径，改
善水分的渗透性和流动性，缩短木材干燥时间。
关键词: 蒙古栎; 纹孔膜; 辊压预处理; 木材干燥; 木材渗透性; 干燥速率
中图分类号: S781. 71 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)01 － 0103 － 09
Effect of Ｒolling-Press Pretreatment on Drying Ｒate and Pit Structure
of Oak(Quercus mongolica)Lumber
Dong Xiaolu Sun Yaoxing Du Hongshuang Zhao Xue Jiang Tao
(Wood Material Science and Engineering Key Laboratory of Jilin Province，Beihua University Jilin 132013)
Abstract: 【Objective】To decrease the wood drying time，the microstructure characteristics of wood was changed． The
moisture permeability and flowability were improved and new paths for moisture movement were established． The
relationship of the process conditions of rolling-press pretreatment，the variation of the characteristics of cell walls and the
drying rate，was constructed． 【Method】The present work was based on the theories of viscoelasticity and moisture
movement of wood． The lumber was compressed and horizontally passed through the intervals of two vertical arrangement
rollers． The diameter of the rollers was 500 mm． The rotation speed of the rollers was 30 r min － 1 ． Quarter-sawn and flat-
sawn oak boards of 900 mm in length，100 mm in width and 30 mm in thickness with moisture contents of 47% -55% were
compressed by rollers in both radial and tangential directions，with three compression rates of 10%，20% and 30%，and
three compression times of 1，4 and 9， respectively． The variation characteristics of the vessel element cell wall
microstructure of the rolling-compressed samples and the drying rate of samples during conventional drying were studied．
林 业 科 学 51 卷
【Ｒesult】FE-SEM observations showed that the pit membrane of vessel elements broke and the wall of vessel elements
cracked because of the pressure from rollers，which formed new paths for moisture moving． The drying period was
shortened due to improvement of moisture permeability and flowability when increasing the amount and the broken degree
of pit membrane，and the scale and size of cracked cell wall，with the increasing of compression rate and compression
times． The results indicated that the drying rate of the treated samples was higher than that of the untreated samples in six
drying stages and overall the drying process． The drying rate was increased with increasing the compression times when the
compression rate and direction were the same． It was also increased with increasing the compression rate when the
compression times and direction were the same． The drying rate of the quarter-sawn samples compressed in the radial
direction was higher than that of the flat-sawn samples compressed in the tangential direction．【Conclusion】The drying
cycles of treated samples were less than that of untreated samples when the initial and final moisture contents of the
samples were 50% and 15%，respectively． The rate of shortened time of the lumber compressed by tangential direction
was ranged from 6． 67% to 23． 64%，while that of compressed by radial direction was ranged from 4． 55% to 13． 02% ．
The results showed that the drying period of wood decreased because of the improving of moisture permeability and
flowability，which were contributed by the rolling-press pretreatment．
Key words: oak lumber; pit membrane; pre-compressed by rollers; lumber drying; permeability of wood; drying rate
木材干燥是木材内水分的排出过程，排出的
前提是水分的移动。根据对木材超微观构造特征
和壁层结构的分析，水分移动主要是通过细胞壁
上纹孔内的纹孔膜实现的，水分以气态和液态相
交替的方式通过纹孔膜由一个细胞到达与之相邻
的细胞，最终到达木材表面 (鲍甫成等，1984 )。
研究认为，影响木材内水分移动和渗透性的关键
是纹孔膜的结构，纹孔膜上面的微孔半径大而多，
水分流动性好，木材干燥速度快，用化学、物理或
生物的方法增大和增多有效微孔的半径和数量，
能提高木材的干燥速度 (鲍甫成等，1990; 1992;
鲍甫成，1993)。
从改变和改善木材内水分流动微孔的尺寸和数
量着手，采取多种传统或现代方法，国内外学者做了
很多研究工作。Flynn 等(1994; 1996)采用压力往
复变动(震荡)方式，将变动的压力通过水和空气传
递到纹孔，冲击纹孔膜使其破坏来改变孔径的尺寸;
Vinden 等(2000)采用 2 种功率的微波预处理硬阔
叶树 木 材，干 燥 时 间 缩 短 50% 以 上; Compere
(2005 ) 认 为，经 微 波 处 理 的 赤 桉 ( Eucalyptus
camaldulensis)，不再需要 3 ～ 6 个月的气干，窑干时
间可缩短 2 ～ 3 周; 周永东等(2011)认为，微波预处
理使高含水率木材的细胞内集聚蒸汽压力，纹孔膜
被破坏，形成水分容易移动的通道，干燥时间明显缩
短;罗雯等(2010)以微爆破技术研究杨木(Populus
spp． )，干燥速率提高了 1. 93 ～ 2. 25 倍; 肖雪芹等
(2010)对赤桉板材进行爆破预处理，渗透性和干燥
速度均有明显提高，且力学强度没有降低; 苗平等
( 2007a; 2007b; 2007c ) 对 蒙 古 栎 ( Quercus
mongolica)和红栎(Quercus aliena)板材进行了压力
为 0. 25，0. 40 和 0. 55 MPa 的蒸汽爆破预处理，干燥
速度分别提高了 13. 6%，27. 3%和 36. 4%。
有关辊压法用于木材干燥预处理的研究未见报
道。本研究以改善木材渗透性、促进水分移动为目
的，以改变细胞壁微观构造特征为机制，以辊压处理
为方法，探讨辊压工艺条件与干燥速率及干燥时间
的内在关系，为木材干燥预处理提供新的思路。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
长 6 000 mm、小头直径 520 mm 的特级优等蒙
古栎原木一根，采自吉林省蛟河林业实验区管理局
清茶馆林场，锯制成标准的径切板和弦切板，试材尺
寸为 900 mm(长) × 100 mm(宽) × 30 mm(厚)，各
80 块。试验板材纹理通直，无节疤、腐朽，各板材间
材性相近。
1. 2 试验设备
辊压机: 上下压辊皆为主动辊，辊长 350 mm，
压辊直径 500 mm，转动速度 30 r·min － 1。
木材干燥机: 顶风型常规蒸汽干燥机，根据设
定的干燥基准，可自动控制干燥机内的温度和湿度;
内腔尺寸 1 500 mm(长) × 1 100 mm(宽) × 700 mm
(高);可装材堆尺寸 1 200 mm × 1 000 mm ×
650 mm; 温度调节范围45 ～ 140 ℃ ;湿度调节范围
20%～ 90%。
电子秤: 量程 30 kg，精度 50 g。
环境扫描电子显微镜: Fei Quanta 200，放大倍
数 100 ～ 10 000。
401
第 1 期 董晓璐等: 辊压预处理条件对蒙古栎干燥速率及纹孔结构的影响
1. 3 研究方法
1. 3. 1 辊压预处理工艺及木材干燥基准 辊压预
处理工艺包括压缩率、压缩次数和压缩方向 3 个参
数。压缩率设定为 10%，20% 和 30%，每种压缩率
下的压缩次数分别为 1，4 和 9 次。多于 1 次的压
缩，上一次辊压完成后立即进行下一次，压缩方向依
据木材年轮和施力方向的位置关系分为径向和弦
向，对径切板施行弦向压缩，对弦切板施行径向
压缩。
据此，本研究共采用 18 种辊压预处理工艺，每
种工艺准备 8 块试材，将对照样 (未经过辊压预处
理的试材)计算在内，则需径、弦切板试材各 80 块。
试验板材辊压预处理后立即进行常规蒸汽干燥和测
试，初含水率 47%～ 55%。
堆垛方式: 试材长度与干燥机内腔宽度方向平
行; 每一层 12 块试材，共 14 层，检验板为对照样，
径切板和弦切板各 2 块，并位于第 7 层，隔条厚度
15 mm。
本研究执行的木材干燥基准见表 1。
表 1 干燥基准①
Tab． 1 Drying schedule
干燥阶段
Drying
step
含水率
Moisture
content(% )
温度
Temperature /℃
干湿球温差 Δt
Hygrometric
difference /℃
1 ＞ 40 50 3
2 40 ～ 30 55 4
3 30 ～ 25 60 5
4 25 ～ 20 60 9
5 20 ～ 15 65 14
6 ＜ 15 70 20
①预热处理: 实施于木材干燥开始前，技术要求: t =65 ℃，Δt =0 ～
1 ℃，时间 = 6 h; 中间处理 1: 在第 2 阶段中期实施，即木材含水率
为 35%时，技术要求: t = 75 ℃，Δt = 0 ～ 1 ℃，时间 = 6 h; 中间处理
2: 在第 3 阶段后期实施，即木材含水率为 25% 时，技术要求: t =
75 ℃，Δt = 2 ～ 3 ℃，时间 = 8 h; 终了处理: 在第 6 阶段后期实施，即
木材含水率小于 15% 时，技术要求: t = 80 ℃，Δt = 7 ～ 8 ℃，时
间 = 8 h。 Preheating treatment: temperature of 65 ℃， hygrometric
difference of 0 － 1 ℃ and the time for 6 hours; Intermediate treatment 1:
temperature of 75 ℃，hygrometric difference of 0 － 1 ℃ and the time for
6 hours when moisture content of wood is 35% in drying step of two;
Intermediate treatment 2: temperature of 75 ℃，hygrometric difference of
2 － 3 ℃ and the time for 8 hours when moisture content of wood is 25%
in drying step of three; Final treatment: temperature of 80 ℃，
hygrometric difference of 7 － 8 ℃ and the time for 8 hours when moisture
content of wood is less than 15% in the later period of drying step of six．
1. 3. 2 干燥速率的计算方法 干燥速率表示木材
干燥过程中单位时间(本研究以小时计)降低的含
水率值。在执行干燥基准运行的 6 个干燥阶段的每
个阶段范围内，选取 2 个测试点，2 个点的选择以应
尽量分别接近该阶段的开始点和结束点为原则，测
试点以试材干燥运行的时间( h)为标记，依顺序记
为 A 点和 B 点(表 2)，测量这 2 个点当时试材的质
量; 干燥结束后，将试材置于电热干燥箱内，进行绝
干处理并测量绝干质量，通过计算，可以得出所有试
材在每个干燥阶段 2 个测试点当时的木材含水率。
表 2 每个干燥阶段 2 点间的干燥运行时间
Tab． 2 Drying hours of two points by A-B h
干燥阶段
Drying step
A 点
Point A
B 点
Point B
运行时间 ΔT
Time of drying between A and B
1 0 46 46
2 96 102 6
3 108 129 21
4 165 201 36
5 201 223 22
6 223 252 29
干燥速率的计算公式如下:
v =
MA － MB
ΔT
。 (1)
式中: v 为某干燥阶段的干燥速率，%·h － 1; MA为某
干燥阶段 A 点的含水率，% ; MB为同一干燥阶段 B
点的含水率，% ; ΔT 为同一干燥阶段 A 点至 B 点的
运行时间，h。
整个干燥过程干燥速率的计算，是以整个干燥
过程耗时 265. 5 h 为运行时间，测量试材干燥开始
和干燥终了的质量，计算出试材的干燥初期含水率
和干燥终了含水率，二者的差值除以干燥时间，即每
块试材整个干燥过程的干燥速率。取相同辊压预处
理工艺所有试材干燥速率的平均值，作为每种辊压
预处理工艺蒙古栎试材的干燥速率。
1. 3. 3 构造特征变异的研究方法 取辊压预处理
各工艺试材和对照样分别制样，于环境扫描电子显
微镜下观察，以研究导管分子细胞壁构造特征的变
异为主; 依据辊压压缩的方向性和可能出现构造变
异的部位，对径向压缩试材(弦切板)观察导管分子
的径面壁，对弦向压缩试材(径切板)观察导管分子
的弦面壁。
2 结果与分析
2. 1 构造特征变化
本研究设定的 18 种辊压预处理工艺中，采用
30%压缩率径向压缩 4 和 9 次 2 种工艺的试材，在
板材的宽面出现少量可见细微裂隙，其他工艺试材
未见明显宏观破坏。
蒙古栎木材的主要组成分子各具不同的作用和
功能，水分疏导功能是由体积约占 20%的导管分子
承担的，导管分子细胞壁上的纹孔是水分移动的主
要通道。在木材干燥中，水分通过导管分子细胞壁
上纹孔内的纹孔膜由深层细胞向表层细胞迁移，最
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林 业 科 学 51 卷
终到达木材表面，可见，纹孔膜的构造将对水分的渗
透和疏导起到重要作用。
图 1 是未经辊压预处理试材导管分子的细胞
壁，内腔表面平整，纹孔和纹孔膜构造没有异常变
化。蒙古栎试材经过辊压预处理后，导管分子细胞
壁上纹孔和纹孔膜构造的变异情况见图 2 ～ 图 7。
图 2 是 10%压缩率弦向压缩 1 次导管分子的弦面
壁，箭头指向，一处为辊压压缩后留下的褶皱痕迹，
痕迹沿细胞长轴方向延伸并跨越几个纹孔，另一处
为因辊压压力作用致纹孔膜边缘处出现细微的裂
隙，存在这种特征变异的纹孔数量不多。
图 1 未经辊压预处理试材导管分子的细胞壁
Fig． 1 The cell wall of vessel elements
uncompressed by rollers
图 2 10%压缩率弦向压缩 1 次导管分子的弦面壁
Fig． 2 The wall of vessel elements in the tangential plane
compressed by rollers with compression ratio of 10%，
tangential direction and times of 1
图 3 是 20% 压缩率弦向压缩 9 次导管分子的
弦面壁，图中一个箭头指向折痕处，另一个指向一
纹孔;与图 2 对比，随着压缩率和压缩次数的增加，
因压缩形成的折痕轮廓更明显，深度增大，并呈隆起
状，同时，出现纹孔膜破裂特征的纹孔数量增加，裂
隙的长度和宽度增大。图 4 是 30% 压缩率弦向压
缩 4 次导管分子的弦面壁，折痕隆起高度增加的同
时，又出现不能恢复到辊压以前特征状态的折痕重
叠，同时，箭头指向可见明显的平行于折痕方向的导
管壁撕裂特征。
图 3 20%压缩率弦向压缩 9 次导管分子的弦面壁
Fig． 3 The wall of vessel elements in the tangential plane
compressed by rollers with compression ratio of 20%，
tangential direction and times of 9
图 4 30%压缩率弦向压缩 4 次导管分子的弦面壁
Fig． 4 The wall of vessel elements in the tangential plane
compressed by rollers with compression ratio of 30%，
tangential direction and times of 4
图 5 是 10% 压缩率径向压缩 4 次导管分子的
径面壁; 与图 2 相似，图中出现明显的折痕特征和
数量不多的纹孔膜破裂现象，如箭头所指，裂纹恰位
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第 1 期 董晓璐等: 辊压预处理条件对蒙古栎干燥速率及纹孔结构的影响
图 5 10%压缩率径向压缩 4 次导管分子的径面壁
Fig． 5 The wall of vessel elements in the radial plane
compressed by rollers with compression ratio of 10%，
radial direction and times of 4
于纹孔膜中心。图 6 是 20% 压缩率径向压缩 4 次
导管分子的径面壁; 与图 5 相比，出现纹孔膜破坏
的纹孔数量增加，有的纹孔出现了贯通整个纹孔膜
的破裂，并向纹孔两侧的细胞壁发展 (图中间箭头
指向)，有的 2 个相邻纹孔破裂的纹孔膜裂隙接在
一起(图中左下箭头指向)。
图 7 是 30% 压缩率径向压缩 1 次导管分子的
径面壁; 由于压缩率较高，导管分子一侧细胞壁瞬
间压向对面，折痕处应力集中，细胞壁自身强度不能
抵御外力的作用，出现明显的破裂特征。
图 6 20%压缩率径向压缩 4 次导管分子的径面壁
Fig． 6 The wall of vessel elements in the radial plane
compressed by rollers with compression ratio of 20%，
radial direction and times of 4
通过对图 2 ～ 7 的观察和分析，认为辊压预处理
能引起导管分子胞壁特征的变异，并随着压缩率的
图 7 30%压缩率径向压缩 1 次导管分子的径面壁
Fig． 7 The wall of vessel elements in the radial plane
compressed by rollers with compression ratio of 30%，
radial direction and times of 1
增大和压缩次数的增加，纹孔膜破裂的数量和程度、
细胞壁破坏的规模和尺寸增加。
辊压预处理会导致蒙古栎试材导管分子纹孔膜
的破裂和细胞壁的破坏，新形成的微观裂隙成为水
分移动的新路径，木材干燥过程中，水分由木材深层
向表层移动的速度加快，缩短干燥时间。
2. 2 不同压缩率的干燥速率
对于辊压预处理工艺条件(压缩率、压缩次数、
压缩方向)完全相同的多块试材，经过计算可得到
不同干燥阶段各自的干燥速率，取其平均值，即代表
辊压预处理蒙古栎试材在 1 ～ 6 个干燥阶段的干燥
速率。
2. 2. 1 10% 压缩率的干燥速率 蒙古栎试材在
10%压缩率下，经过 2 种压缩方向(径向和弦向)、3
种压缩次数(1，4 和 9 次)的辊压预处理，在干燥各
阶段的干燥速率见表 3。通过对表 3 中数据的观察
和分析可以发现，经过弦向或径向辊压预处理蒙古
栎试材各干燥阶段的干燥速率明显快于未经过辊压
预处理的试材。在干燥阶段 1，弦向辊压 1 次试材
的干燥速率比对照样快 0. 038%·h － 1，即从干燥开
始至干燥 46 h，10%压缩率下弦向辊压 1 次蒙古栎
试材的含水率比对照样要多下降 0. 038%·h － 1 ×
46 h = 1. 748% ; 径向辊压 1 次试材的干燥速率比对
照样快 0. 084%·h － 1，干燥基准运行 46 h 后，10%压
缩率下径向辊压 1 次蒙古栎试材的含水率比对对照
样要多下降 0. 084%·h － 1 × 46 h = 3. 84%。
同时，在 10% 压缩率下，相同压缩方向的试材
各干燥阶段的干燥速率随着压缩次数的增加而增
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林 业 科 学 51 卷
大。在干燥阶段 4，弦向辊压 4 次的要比同向辊压 1
次的含水率下降速度快 0. 014%·h － 1，径向辊压 4
次的要比同向辊压 1 次的快 0. 01%·h － 1; 在干燥阶
段 5，弦向辊压 9 次的要比同向辊压 1 次的干燥速
率快 0. 027%·h － 1，径向辊压 9 次的要比同向辊压 1
次的快 0. 028%·h － 1。
在 10%压缩率和辊压次数相同的条件下，径向
压缩的弦切板材的干燥速率要比弦向压缩的径切板
材略快，其对应的对照样也具有相同的特点。在干
燥阶段 3，弦切板对照样的干燥速率比径切板对照
样快 0. 023%·h － 1; 在干燥阶段 1，径向辊压 1 次的
干燥速率要比弦向辊压 1 次的快 0. 050%·h － 1; 在干
燥阶段 5，径向辊压 4 次的干燥速率要比弦向辊压 4
次的快 0. 012%·h － 1; 在干燥阶段 3，径向辊压 9 次的
干燥速率要比弦向辊压 9 次的快 0. 063%·h － 1。
2. 2. 2 20% 压缩率的干燥速率 蒙古栎试材在
20%压缩率下，经过 2 种压缩方向和 3 种压缩次数
的辊压预处理，在干燥各阶段的干燥速率见表 4。
由表 4 可知，经过弦向或径向辊压预处理的蒙古栎
试材各干燥阶段的干燥速率明显快于未经过辊压预
处理的对照样试材。在干燥阶段 3，弦向辊压 1 次
的试材干燥速率比对照样快 0. 049%·h － 1，径向辊
压 1 次的试材干燥速率比对照样快 0. 051%·h － 1;
干燥阶段 2，弦向辊压 4 次的试材干燥速率比对照
样快 0. 025%·h － 1，径向辊压 4 次的试材干燥速率
比对照样快 0. 043%·h － 1。
表 3 10%压缩率下各干燥阶段的干燥速率①
Tab． 3 Drying rate with compression rate of 10% %·h － 1
压缩方向
Direction of
compression
压缩次数
Times of
compression
干燥阶段 Drying step
1 2 3 4 5 6
弦向
Tangential
1 0. 292 0. 065 0. 257 0. 164 0. 202 0. 135
4 0. 314 0. 071 0. 259 0. 178 0. 216 0. 138
9 0. 358 0. 089 0. 269 0. 197 0. 229 0. 152
0 0. 254 0. 061 0. 218 0. 148 0. 194 0. 122
径向
Ｒadial
1 0. 342 0. 071 0. 269 0. 168 0. 214 0. 133
4 0. 372 0. 087 0. 291 0. 178 0. 228 0. 140
9 0. 405 0. 094 0. 332 0. 201 0. 242 0. 145
0 0. 258 0. 064 0. 241 0. 149 0. 209 0. 125
①表中压缩次数为 0 的是未经过辊压预处理的试材，即对照样，弦向对应的是径切板，径向对应的是弦切板，下同。The test lumber with
times of compression of 0 have not been compressed by rollers，the tangential direction meets quarter-sawn lumber and the radial one meets flat-sawn
stock． The same below．
表 4 20%压缩率下各干燥阶段的干燥速率
Tab． 4 Drying rate with compression rate of 20% %·h － 1
压缩方向
Direction of
compression
压缩次数
Times of
compression
干燥阶段 Drying step
1 2 3 4 5 6
弦向
Tangential
1 0. 318 0. 076 0. 267 0. 174 0. 211 0. 137
4 0. 334 0. 086 0. 276 0. 191 0. 227 0. 144
9 0. 361 0. 099 0. 286 0. 215 0. 246 0. 158
0 0. 254 0. 061 0. 218 0. 148 0. 194 0. 122
径向
Ｒadial
1 0. 345 0. 089 0. 292 0. 197 0. 240 0. 134
4 0. 404 0. 107 0. 303 0. 203 0. 246 0. 143
9 0. 427 0. 111 0. 330 0. 215 0. 253 0. 152
0 0. 258 0. 064 0. 241 0. 149 0. 209 0. 125
在 20%压缩率下，相同压缩方向的蒙古栎试材
各干燥阶段的干燥速率随着压缩次数的增加而增
大。在干燥阶段 1，弦向辊压 4 次的要比同向辊压 1
次的干燥速率快 0. 016%·h － 1，径向辊压 4 次的要
比同向辊压 1 次的快 0. 059%·h － 1; 在干燥阶段 3，
弦向辊压 9 次的要比同向辊压 4 次的干燥速率快
0. 01%·h － 1，径向辊压 9 次的要比同向辊压 4 次的
快 0. 027%·h － 1。
在 20%压缩率和辊压次数相同的条件下，径向
压缩的弦切板材干燥速率比弦向压缩的径切板材快。
在干燥阶段 1，径向辊压 1 次的干燥速率比弦向辊压
1 次的快 0. 027%·h － 1; 在干燥阶段 3，径向辊压 4 次
的干燥速率比弦向辊压 4 次的快 0. 027%·h － 1; 在干
燥阶段 5，径向辊压 9 次的干燥速率要比弦向辊压 9
801
第 1 期 董晓璐等: 辊压预处理条件对蒙古栎干燥速率及纹孔结构的影响
次的快 0. 007%·h － 1。
2. 2. 3 30%压缩率的干燥速率 在 30%压缩率下，蒙
古栎试材经过 2种压缩方向和 3 种压缩次数的辊压预
处理，在木材干燥各阶段的干燥速率见表 5。由表 5
可见，经过弦向或径向辊压预处理的蒙古栎试材的
干燥各阶段的干燥速率明显快于未经过辊压预处理
的对照样试材。在干燥阶段 1，弦向辊压 1 次试材
的干燥速率比对照样快 0. 087%·h － 1，径向辊压 1
次试材的干燥速率比对照样快 0. 114%·h － 1; 在干
燥阶段 3，弦向辊压 1 次径切板材的干燥速率要比
对照样快 0. 079%·h － 1，径向辊压 1 次弦切板材的
干燥速率比对照样快 0. 058%·h － 1。
在 30%压缩率下，弦向压缩的径切板材各干燥
阶段的干燥速率随着压缩次数的增加而增大。在干
燥阶段 1，弦向辊压 4 次的比辊压 1 次的干燥速率
快 0. 011%·h － 1; 在干燥阶段 2，弦向辊压 9 次的比
辊压 4 次的快 0. 017%·h － 1; 在干燥阶段 6，弦向辊
压 9 次的比辊压 1 次的快 0. 087%·h － 1。
在 30%压缩率和辊压 1 次的条件下，径向压缩
的弦切板材干燥速率比弦向压缩的径切板材快。在
干燥阶段 4，径向辊压 1 次的干燥速率比弦向辊压 1
次的快 0. 023%·h － 1。
表 5 30%压缩率下各干燥阶段的干燥速率①
Tab． 5 Drying rate with compression rate of 30% %·h － 1
压缩方向
Direction of
compression
压缩次数
Times of
compression
干燥阶段 Drying step
1 2 3 4 5 6
弦向
Tangential
1 0. 341 0. 077 0. 297 0. 177 0. 213 0. 138
4 0. 352 0. 088 0. 300 0. 200 0. 232 0. 155
9 0. 395 0. 105 0. 312 0. 221 0. 250 0. 225
0 0. 254 0. 061 0. 218 0. 148 0. 194 0. 122
径向
Ｒadial
1 0. 372 0. 091 0. 299 0. 200 0. 242 0. 142
0 0. 258 0. 064 0. 241 0. 149 0. 209 0. 125
①蒙古栎板材在 30%压缩率下径向辊压 4 和 9 次后，板面出现可见细微裂隙，相关数据未采集。The tiny and visible crannies have appeared
on the surface of test lumber which had been compressed by rollers with compression ratio of 30%，times of 4 and 9 and radial direction，and then the data
about them have not been gathered．
2. 3 压缩次数相同的干燥速率
通过对表 3、表 4 和表 5 的对比分析可以发现，在
压缩方向和压缩次数相同条件下，辊压预处理蒙古栎
试材各干燥阶段的干燥速率均随着压缩率的增加而
加快。在干燥阶段 1，弦向辊压 1 次的蒙古栎试材，
30%压缩率的比 20%压缩率的快 0. 023%·h － 1，20%
压缩率的比 10%压缩率的快 0. 026%·h － 1; 径向辊
压 1 次的蒙古栎试材，30%压缩率的比 20%压缩率
的快 0. 027%·h － 1，20% 压缩率的比 10% 压缩率的
快 0. 003%·h － 1。在干燥阶段 3，弦向辊压 4 次的蒙
古栎试 材，20% 压 缩 率 的 比 10% 压 缩 率 的 快
0. 017%·h － 1; 径向辊压 4 次的蒙古栎试材，20%压
缩率的比 10%压缩率的快 0. 012%·h － 1。在干燥阶
段 5，弦向辊压 9 次蒙古栎板材，20% 压缩率的比
10%压缩率的快 0. 017%·h － 1; 径向辊压 9 次数的
蒙古栎板材，20% 压缩率的比 10% 压缩率的快
0. 011%·h － 1。
2. 4 干燥全程的干燥速率
在研究不同干燥阶段辊压预处理工艺对蒙古栎
试材干燥速率影响的基础上，来讨论和分析在干燥
全程不同辊压预处理工艺和试材干燥速率的关系，
见表 6。由表 6 可知，在干燥全过程中，经过 16 种
工艺辊压预处理试材的干燥速率均大于未经过辊压
预处理的试材(对照样)。以 20%的压缩率弦向压
缩 4 次试材的干燥速率，比对照样快 0. 027%·h － 1;
以 20%的压缩率径向压缩 9 次试材的干燥速率，比
对照样快 0. 022%·h － 1。在其他预处理工艺相同条
件下，辊压次数对干燥速率的影响逐渐减弱，在
30%压缩率弦向压缩情况下，压缩 4 次的干燥速率
比 1 次大 0. 009%·h － 1，而压缩 9 次的比 4 次大
0. 003%·h － 1。这种情形在 20%压缩率径向压缩中
也有同样的反映。
如所有试材干燥开始含水率均设为 50%、干燥
全过程干燥速率采用表 6 中数据、干燥基准运行时
间以 265. 5 h 计算，至干燥结束时，各种辊压预处理
工艺对应的试材终含水率见表 6。表中显示，经过
辊压预处理后，试材的终含水率均小于对照样; 16
种工艺中，10%压缩率弦向压缩 1 次的终含水率最
大，比对照样低 2. 389%，压缩率 20%径向压缩 9 次
的终含水率最小，比对照样低 5. 841%。与对照样
相比，终含水率减少最少的是压缩率 10%径向压缩
1 次的试材，比对照样低 1. 859% ; 终含水率减少最
多的是压缩率 30%弦向压缩 9 次的试材，比对照样
低 10. 354%。
901
林 业 科 学 51 卷
表 6 干燥全程干燥速率、终含水率和干燥时间①
Tab． 6 Drying rate throughout process，final moisture contents and drying time
压缩方向
Direction of
compression
压缩次数
Times of
compression
压缩率 Compression ratio(% )
10 20 30 0
干燥
速率
Drying
rate /
(%·
h － 1 )
终含
水率
Final
moisture
content
(% )
干燥
时间
Drying
time / h
干燥
速率
Drying
rate /
(%·
h － 1 )
终含
水率
Final
moisture
content
(% )
干燥
时间
Drying
time / h
干燥
速率
Drying
rate /
(%·
h － 1 )
终含
水率
Final
moisture
content
(% )
干燥
时间
Drying
time / h
干燥
速率
Drying
rate /
(%·
h － 1 )
终含
水率
Final
moisture
content
(% )
干燥
时间
Drying
time / h
弦向
Tangential
1 0. 135 14. 158 259. 26 0. 144 11. 768 243. 06 0. 153 9. 379 228. 76
4 0. 146 11. 237 239. 73 0. 153 9. 379 228. 76 0. 162 6. 989 216. 05 0. 126 16. 547 277. 78
9 0. 151 9. 910 231. 79 0. 157 8. 317 222. 93 0. 165 6. 193 212. 12
径向
Ｒadial
1 0. 154 9. 113 227. 27 0. 156 8. 582 224. 36 0. 160 7. 520 218. 75
4 0. 159 7. 786 220. 13 0. 165 6. 193 212. 12 — — 0. 147 10. 972 238. 10
9 0. 164 6. 458 213. 41 0. 169 5. 131 207. 10 — —
①表中压缩率为 0% 的是未经过辊压预处理的试材，即对照样，弦向对应的是径切板，径向对应的是弦切板。 The test lumber with
compression ratio of 0% have not been compressed by rollers，the tangential direction meets quarter-sawn lumber and the radial one meets flat-sawn stock．
如所有试材干燥开始含水率均设为 50%、干燥
全过程干燥速率采用表 6 中数据、干燥终含水率以
15%计算，至干燥结束时，各种辊压预处理工艺对应
试材的干燥时间见表 6。表中可见，辊压预处理后，
与对照样相比，全程干燥时间均有所缩短。16 种辊
压预处理工艺中，干燥时间最长的是 10%压缩率弦
向压缩 1 次的试材，比对照样短 18. 52 h，干燥时间
缩短了 6. 67% ; 干燥时间最短的是 20% 压缩率径
向压缩 9 次的试材，比对照样短 31. 0 h，干燥时间缩
短了 13. 02%。16 种辊压预处理工艺中，干燥时间
减少最少的是 10%压缩率径向压缩 1 次的试材，减
少了 10. 83 h，干燥时间缩短了 4. 55% ; 干燥时间减
少最多的是 30%压缩率弦向压缩 9 次的试材，减少
了 65. 66 h，干燥时间缩短了 23. 64%。
此外，由表 3 和表 6 可见，对于未经过辊压预处
理的蒙古栎试材 (对照样)，干燥各阶段和干燥全
程，弦切板的干燥速率均大于径切板，干燥阶段 1 ～
6，分别高 1. 57%，4. 92%，10. 55%，0. 68%，7. 73%
和 2. 46%，对于全程干燥，高 16. 67%，干燥时间缩
短 14. 28%。蒙古栎木材的木射线非常发达，是水分
移动的又一主要通道，弦切板和径切板的木射线分
别垂直木板的宽面和窄面，内部水分沿木射线移动
到板面，弦切板的路径更近，含水量下降得更快，干
燥时间更短，这一点与此前的研究成果是一致的
(苗平等，2002)。
3 结论与讨论
1) 含水率 47%～ 55%情况下，对 30 mm 厚蒙古
栎试材实施压缩率为 10% ～ 30% 的辊压预处理，环
境扫描电镜观察表明，辊压处理能够改变导管分子
细胞壁微观结构特征，外力作用致纹孔膜破裂和细
胞壁出现裂隙; 随着压缩率增大、压缩次数增加，纹
孔膜破裂的数量和程度、细胞壁破坏的规模和尺寸
在增加。
2) 对经过多种工艺辊压预处理的蒙古栎试材
进行常规蒸汽干燥，在 6 个干燥阶段，辊压预处理试
材的干燥速率均大于未处理材。在压缩率和压缩方
向相同时，干燥速率随压缩次数的增加而增大; 压
缩率和压缩次数相同时，径向压缩的弦切板材干燥
速率略快于弦向压缩的径切板材，其对应的对照样
也具有相同的特点; 压缩方向和压缩次数相同时，
干燥速率随着压缩率的增加而加快。
3) 辊压预处理蒙古栎试材常规蒸汽干燥全程
的干燥速率呈现出与各干燥阶段相同的特点(2 种
工艺除外); 以试材初含水率 50%、终含水率 15%
计算，辊压预处理试材的全程干燥时间均少于未处
理材，径切板干燥时间缩短了 6. 67% ～ 23. 64%，弦
切板干燥时间缩短了 4. 55%～ 13. 02%。
4) 研究证明，辊压预处理可在蒙古栎试材内部
形成微观的水分移动新路径，缩短了木材干燥时间。
参 考 文 献
鲍甫成，胡 荣，谭 鸥，等 ． 1984． 木材流体渗透性及影响其因子的
研究 ．林业科学，20(3) : 277 － 289．
(Bao F C，Hu Ｒ，Tan O，et al． 1984． Fluid permeability in wood and
factors affecting on it． Scientia Silvae Sinicae，20(3) : 277 － 289．
［in Chinese］)
鲍甫成，胡 荣 ． 1990．泡桐木材流体渗透性与扩散性的研究 ．林业科
学，26(3) : 239 － 246．
(Bao F C，Hu Ｒ． 1990． Studies on the fluid permeability and diffusion of
the Paulownia wood． Scientia Silvae Sinicae，26 (3 ) : 239 － 246．
［in Chinese］)
鲍甫成，吕建雄 ． 1992． 木材渗透性可控制原理研究 ． 林业科学，28
(4) : 336 － 342．
011
第 1 期 董晓璐等: 辊压预处理条件对蒙古栎干燥速率及纹孔结构的影响
(Bao F C，Lü J X． 1992． A study on the principle of permeability
control of wood． Scientia Silvae Sinicae，28 ( 4 ) : 336 － 342．［in
Chinese］)
鲍甫成 ． 1993．木材流体可渗性有效毛细管半径和数量的研究 ． 林业
科学，29(6) : 521 － 530．
(Bao F C． 1993． A study on the mean effective radii and numbers of
capillary in wood． Scientia Silvae Sinicae，29(6) : 521 － 530．［in
Chinese］)
罗 雯，王天龙，姜恩来，等 ． 2010． 木材内部微爆破处理对杨木干燥
速率的影响 ．木材加工机械，(6) :19 － 21，18．
(Luo W，Wang T L，Jiang En L，et al． 2010． The effect of micro-
explosion on average drying rate of poplar． Wood Processing
Machinery，(6) :19 － 21，18．［in Chinese］)
苗 平，顾炼百 ． 2002． 马尾松木材在高温干燥中的水分扩散性 ． 林
业科学，38(2) : 103 － 107．
(Miao P，Gu L B． 2002． Moistures unsteady-state diffusion during high
temperature drying of masson pine timber． Scientia Silvae Sinicae，
38(2) : 103 － 107．［in Chinese］)
苗 平，薛 伟，徐柏森 ． 2007a．蒸汽爆破预处理对蒙古栎微观结构
的影响 ．林业科技开发，21(4) :51 － 53．
(Miao P，Xue W，Xu B S． 2007a． Effects on steam explosion treatment
on the microstructures of Mongolian oak lumber． China Forestry
Science and Technology，21(4) :51 － 53．［in Chinese］)
苗 平，庄寿增，刘 彬，等 ． 2007b． 蒸汽爆破预处理对蒙古栎地板
坯料干燥速率的影响 ．木材工业，21(3) : 39 － 41．
(Miao P，Zhuang S Z，Liu B，et al． 2007b． Effect of steam explosion
pretreatment on drying rate of oak lumber． China Wood Industry，21
(3) : 39 － 41．［in Chinese］)
苗 平，庄寿增，刘 进，等 ． 2007c． 蒸汽爆破处理对板材渗透性的
影响 ．南京林业大学学报，31(3) :39 － 42．
(Miao P，Zhuang Z S，Liu J，et al． 2007c． Effects of steaming explosion
treatment on the permeability of lumber． Journal of Nanjing Forestry
University，31(3) :39 － 42．［in Chinese］)
肖雪芹，苗 平，王晓敏 ． 2010． 爆破处理对赤桉板材干燥速度的影
响 ．干燥技术与设备，8(5) :224 － 228．
(Xiao X Q，Miao P，Wang X M． 2010． Effect of explosion pretreatment
on Eucalyptus lumber’ s drying rate． Drying Technology ＆
Equipment，8(5) :224 － 228．［in Chinese］)
周永东，Torganikov G，Vinden P，等 ． 2011．微波预处理加速阔叶树材
干燥的技术分析 ．木材工业，25(1) : 23 － 25．
(Zhou Y D， Torganikov G，Vinden P， et al． 2011． Technological
analysis of microwave pretreatment for fast drying of hardwood．
China Wood Industry，25(1) : 23 － 25．［in Chinese］)
Compere A L． 2005． High speed microwave treatment for rapid wood
drying． US Department of Energy，Forest Products Industry of the
Future，229 － 236．
Flynn K A， Goodell B S． 1996． Physical effects of the pulsation
preservative treatment process on northeastern red spruce ( Picea
rubens Sarg． ) ． Forest Product Journal，46(1) : 56 － 62．
Flynn K A，Goodell B S． 1994． Efficacy of pressure treating northeastern
red spruce with CCA using the pulsation process． Forest Product
Journal，44(10) : 47 － 49．
Vinden P，Torgovnikov G． 2000． The physical manipulation of wood
properties using microwave． Proceeding of International Conference
of IU FＲO: The Future of Eucalypts for Wood Production Tasmania，
Australia，240 － 247．
(责任编辑 石红青)
111