全 文 ：第 !" 卷 第 #$ 期
% $ # # 年 #$ 月
林 业 科 学
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2345!% $ # #
氮气吸附法表征杨木应拉木的孔隙结构
苌姗姗#6胡进波#6’0IDCGCPF/%6]PDEFICU QCIF€/DVN7
"#1中南林业科技大学材料科学与技术学院6长沙 !#$$$!#
%1-IY/CI4/DCNUNfy3IFDlPNN4hyFDN’D[D0! qFD[NCVD4yf/F4KN0DNC%6QCIF3N7!$;9#
71(FV4D4P4’?IC0NVhNC?ICU4f/F4KN0DNC! qFD[NCVD4yf/F4KN0DNC%6QCIF3N7!%;8$
摘6要!6在常规解剖特征分析的基础上!采用氮气吸附法对杨木应拉木的比表面积及孔径分布等孔结构参数进行
研究!并通过解析氮气吸附等温线判断孔隙的形状& 结果表明’ 杨木应拉木 G)+比表面积为 %#1; @%)EA# !是对应木
的 #7 倍# 杨木应拉木试样具有完好的介孔特征"孔径 % c9$ F@$!并具有一定量的微孔和大孔# 内部存在*墨水瓶+状
和狭缝状孔隙!孔径为 9 F@的孔体积分布密度最大!孔径在 ! c" F@的孔体积占总孔体积的 "!1!>!孔径超过 #9 F@
的孔体积占总体积的 #$1:>& 杨木应拉木中大量存在的中孔孔隙可归因于应拉木木纤维中的厚壁胶质层&
关键词’6应拉木# 孔隙结构# 氮气吸附法
中图分类号! &":#666文献标识码!,666文章编号!#$$# A"!::"%$####$ A$#7! A$"
收稿日期’ %$#$ A$8 A%## 修回日期’ %$#$ A$" A#$&
基金项目’ 湖南省自然科学基金资助项目"##JJ!$%8$ ! 高等学校博士学科点专项科研基金资助课题"%$#$!7%##%$$$7$ ! 中南林业科技大
学引进高层次人才科研启动基金资助课题 "#$!$##$ $ !湖南省教育厅资助科研项目 "$;’#$$" $ !中南林业科技大学校青年基金资助课题
"%$$:$7$G$ &
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K%$-,4*’=(/,-"$%,’PH*/,-"$%,’D*$;,(
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=2/$-#:$’6GIVNU /F 4?N3/F[NF4D/FI0IFI4/@D3I0IFI0WVDV! 4?NK/CNV4CP34PCNV/XK/K0IC4NFVD/F M//U! VP3? IVVKN3DXD3
VPCXI3NICNI! K/CN[/0P@NIFU K/CNVD^NUDV4CDYP4D/FVMNCN3?ICI34NCD^NU YWFD4C/ENF IUV/CK4D/F‘UNV/CK4D/F @N4?/U5+?N
V?IKNV/X4?NK/CNVMNCNNV4D@I4NU YWFD4C/ENF IUV/CK4D/F DV/4?NC@V5+?NCNVP04VV?/M4?I4K/K0IC4NFVD/F M//U MD4? G)+
VKN3DXD3VPCXI3NICNI/X%#1; @%)EA# ! M?D3? DV#7 4D@NV?DE?NC4?IF 4?I4DF /KK/VD4NM//U5S/K0IC4NFVD/F M//U ?IVDF4I34
@NV/K/C/VD4W"K/CNVD^NYN4MNNF % A9$ F@$ MD4? DFZY/40NIFU V0D4V?IKNK/CN! IVMN0IVI3NC4IDF I@/PF4/X@D3C/K/CNV
IFU @I3C/K/CNV5+?N@I_D@P@[I0PN/XK/CNVD^NUDV4CDYP4D/F IKKNICVI49 F@5+?NK/CN[/0P@NMD4? UDI@N4NCCIFEDFE
XC/@! A" F@@IZNVPK "!1!> /X4?N4/4I0! IFU 0ICENC4?IF #9 F@! #$1:>5+?N?DE? I@/PF4/X@NV/K/CNV3IF YN
I4CDYP4NU 4/4?N4?D3Z EN0I4DF/PV0IWNCDF K/K0IC4NFVD/F M//U5
>*9 ?,-(/’64NFVD/F M//U# K/CNV4CP34PCN# FD4C/ENF IUV/CK4D/F‘UNV/CK4D/F @N4?/U
66应拉木是树木中的非正常木材!广泛存在于阔
叶材倾斜树干或树枝的上侧"(VNYCIFUV%’1*!#;"%$
和部分速生阔叶材垂直树干中"刘盛全等! #;;8$!
通过产生高拉伸应力使树干或枝维持自然角度方向
"RICUC/K! #;8!# QDV?NC%’1*!#;:#$& 许多应拉木
以含有胶质纤维为特征!而胶质层的微细结构对应
拉木的材性和加工利用有重要的影响!特别是对应
拉木的干缩特性有着直接的影响 "QIFE%’1*!
%$$:I# %$$:Y$& 有研究表明 "’0IDC%’1*!%$$: $’
由于胶质层具有凝胶胶体的一些性质!在干燥过程
中!会引起应拉木微结构网络的收缩和塌陷!造成应
拉木的纵向收缩异常大!致使木材多翘曲和开裂!给
加工和利用带来困难& 要解决这些问题!就需要详
细了解应拉木内部孔径分布这个最基础的参数& 目
前研究木材孔隙结构主要采用电子显微镜直接观察
法 "王丽娟等! %$$9# 董卫国等! %$$" $& +)f!
Tk+)f!&+f!,Qf等分析技术存在制样难%样品易
损坏等缺点!而且只能进行定性研究!不能对孔隙分
布%孔体积%孔表面积进行定量表征# 而氮气吸附法
在不改变材料原始特性的基础上!能定量得到微观
6第 #$ 期 苌姗姗等’ 氮气吸附法表征杨木应拉木的孔隙结构
结构的统计信息! 更能揭示材 料的 总 体 特 征
".I0NF4DF %’1*!%$$9# ]PDEFICU %’1*!%$$:$& 本文
在常规解剖特征分析的基础上!利用 ,&,S%$#$ 型
比表面积和孔径分析仪对杨木应拉木的孔径分布及
比表面积特征进行测定!通过解析氮气吸附等温线!
对杨木应拉木的孔隙结构进行表征!为全面认识应
拉木和提高其利用价值提供理论依据&
#6材料与方法
@F@A试验材料
试验材料取自杨木"@#=0*0&VK5$的倾斜树干!
于 %$$: 年 % 月采自法国蒙彼利埃一林场& 该样木
树高 #91: @!胸径约 %7 3@!倾斜和翘曲的形状标志
着正处于将树干恢复直立状态的过程中& 采伐前首
先测量立木的生长应变!然后进行试样采集并始终
保持湿润状态!储藏于冰箱中备用& 杨木树种很容
易在倾斜树干上侧产生具有胶质纤维的应拉木并伴
有很大的纵向生长拉应力"QIFE%’1*!%$$:Y$&
@FCA试验方法
#1%1#6轴向生长应变测量6目前!树木或锯材的生
长应力 >还不能直接用仪器测量!通常是测定与生
长应力密切相关的生长应变!然后通过公式 >.
A<-3-"其中’ <-是轴向弹性模量# 3-是纵向生长
应变$换算得到生长应力 ",C3?NC! #;:8$& 测试生
长应变的方法主要有 7 种’ *D3?/0V/F 法"*D3?/0V/F!
#;"#$ %单孔法"也称法国轴向生长应变仪法%’DCIU‘
Q/Cz4法$ "OIFE%’1*!%$$## ’0IDC%’1*!%$$7$ 和
表面粘贴应变片法 "O/V?DUI%’1*!%$$%# JP0DNF %’
1*!%$$:$& 本研究采用表面粘贴应变片法测定生
长应变!由于未对轴向弹性模量进行研究!根据生长
应变与生长应力间的线性关系!文中直接以生长应
变的变化作为轴向表面生长应力的指示值来表征轴
向表面生长应力!称为生长应力指示值 "EC/M4?
V4CNVVDFUD3I4/C!h&($&
测定时!首先目测树干的倾斜方向!选择倾斜最
上部或弯曲最凹部为第 # 个测量点!然后在胸高处
按逆时针方向等距离选定 : 个点& 用手工凿小心地
除去测试位置上的树皮%韧皮部和薄形成层!避免破
坏次生木质部& 随后将连接应变仪表的应变片粘贴
在木质部表面!并保持其方向与树干的轴向一致&
分别在距离应变片上端和下端 9 @@处!且与树干
轴向垂直的方向上锯槽!槽深约 9 @@!直到读数基
本稳定后记下数值!即为生长应力指示值 h&(& h&(
的单位是微应变"$* i$@)@A# iV4CIDF e#$8$!若为
拉伸应力则应变值显示为负!反之压缩应力为正&
根据生长应力指示值 h&(选取应拉木和对应木试
样!立即浸泡在水中防止干缩&
#1%1%6显微观察6用滑走式切片机切出 #% $@厚
的横切片!经番红和固绿双重染色后制成永久切片!
在 !$$ 倍的光学显微镜下观察& 由于胶质层松软多
孔!在切片染色过程中!能较快较多地吸收金属盐
类!使胞壁比其他胞壁层深一些&
#1%176氮气吸附 A脱附测量6进行氮气吸附试样
的尺寸为 # @@e# @@e9 @@"ke+e-$& 首先采
用乙醇溶液对试样进行脱水置换!然后在 S/0IC/F
7#$$ 型 ’2% 超临界干燥反应釜中进行干燥预处理&
干燥完成后!称取 #1$ c#19 E干燥试样装入专用样
品管中进行脱气处理& 在 !$$ d和低于 818" e
#$ A%SI真空度下脱气 #% ? 以上!直到达到 71;; e
#$ A7SI恒定压力!其目的主要是去除以物理形式黏
附在孔隙表面上的气体及其他吸附杂质分子!使样
品表面变得洁净!以确保比表面积及孔径测量结果
的准确有效& 脱气处理完成后!使样品自然冷却至
室温后!准确称取*样品管 j样品+的质量!计算样
品净重&
使用美国 fD3C/@NCD4D3V公司生产的 ,&,S%$#$
型比表面积和孔径分析仪进行吸附等温线的测定!
以氮气作为吸附介质!试验温度为 ""1! B& 吸附 A
脱附的相对压力 =V=$ "=为吸附压力!=$ 为氮在
""1! B下的饱和蒸汽压$选择在 $1$# c$1;;9 之
间& 在每个吸附分压下!每克吸附剂有 7 @-氮气的
最低进气量!保证样品的初始吸附相对压力在 #$ A:
以下!确保低分压下吸附等温线的取得&
测得不同吸附氮气压力下平衡吸附量后!采用
G)+的多层吸附理论及其公式可计算得到单分子
层饱和吸附量!然后根据氮分子在液氮沸点温度下
的有效截面积%阿伏伽德罗常数推算出比表面积
"3V$’
3V T
5@)F)1@
%% !$$)H
e#$ U#:&
式中’ 3&为被测样品比表面积 "@
%)EA# $# 5@为标
准状态下氮气分子单层饱和吸附量"@-$# 1@为氮
分子等效最大横截面积 "密排六方理论值 1@ i
$1#8% F@%$# H为被测样品质量"E$# F为阿伏伽
德罗常数"81$% e#$%7$&
代入上述数据!得到氮吸附法计算比表面积的
基本公式’
3V T!178 5@VH&
66用递推法计算不同孔径区间的孔半径!常用的
是 BN0[DF 原理& BN0[DF 原理假设孔隙为圆柱状!计
97#
林 业 科 学 !" 卷6
算公式为’
$Z T
%$5@
>J0F"=V=$$
&
式中’ $Z 为毛细管的半径# =V=$ 为氮气的相对压
力# $是氮气沸点时的表面张力# 5@是氮气的摩尔
体积# >是气体常数# J是绝对温度&
中孔孔 径 分布使 用 GJT"GICCN4! J/WFNC和
TI0NFUI$原理进行计算!计算公式为’
WK2 T
$K2
$Z2 c#’2 V
[ ]% [
%
#W2 U#’(
2U#
XT#
33 ]Q &
式中’WK2为孔隙容积# $K2为最大孔半径# $Z2为毛细
管半径# W2为毛细管体积# ’2为吸附的氮气层厚度#
33Q为先前排空后的面积&
孔体积依据 ’图法"hCNEE%’1*!#;:%$进行估
算& 这种方法通过把标准试样的氮吸附量除以其单
分子吸附层容量!得到统计的平均吸附层数!再乘以
单分子氮吸附层的厚度!得到吸附层的厚度 ’# 然后
通过和某个标准试样比较!将研究试样的吸附等温
线直线化!通过分析与直线的偏离来获得微孔结构
的信息&
图 #6杨木立木胸高处围绕树干方向的
h&(绝对值变化
QDE1#6h&(IYV/0P4N[I0PNVI0/FE4CPFZ KNCDK?NCW
I4YCNIV4?NDE?4DF K/K0ICV4IFUDFE4CNN
%6结果与分析
CF@A立木表面轴向生长应变
试验所用样木在胸高处周向上 : 个等分点的生
长应力指示值 h&(如图 # 所示"图中显示为 h&(的
绝对值$& 所测定的杨木立木表面轴向生长应变均
为负值!即整个树干外围的生长应力形式以拉应力
为主!并且以倾斜树干最上部的生长应力为最大
"h&(绝对值为 # !:: $*$!树干倾斜最下部附近的
生长应力为最小"h&(绝对值为 !:$ $*$& 整体上
看来!沿倾斜树干周向从 $=逆时针旋转!其立木表
面轴向生长应变逐渐增加!到达某一位置"%%9=$出
现最大值后又开始降低& 本文得出的杨木表面轴向
生长应变的数值及变异模式与其他研究学者有关杨
树的研究结果较为一致 "方长华! %$$"# 周亮等!
%$#$$&
由于在树干外围测得的生长应变值与相应处的
生长应力成一定的比例!而且高拉伸应力总是伴随
着应拉木的产生"+CyFICU %’1*!#;"9$!因此本研究
选取拉应力最大处"第 # 位置点$作为应拉木试样!
拉应力最小处"第 8 位置点$作为对应木试样!分别
进行解剖观察和氮气吸附 A脱附测量&
CFCA解剖特征
杨木应拉木和对应木的横切显微图片如图 % 所
示& 与对应木相比!应拉木的主要特征是它的纤维
细胞内壁存在胶质层!形成胶质纤维& 经染色后的
胶质层呈蓝色!易于从横切面上与其他组织区分&
胶质层几乎是由高结晶的纤维素组成!其他非纤维
素的填充物质很少"’4y%’1*!#;8;$!应拉木中大
量的中孔孔隙主要来源于具有凝胶胶体性质的胶质
层"’0IDC%’1*!%$$:# ’?IFE%’1*!%$$;$&
从图 %G可以看出’ 胶质层与相邻壁层之间结
合松弛!外貌起皱并沿同一个方向填充于细胞腔!这
种分离现象主要是由于使用传统的切片方法造成的
"’0IDC%’1*!%$$9$& 若对试样进行包埋处理!并在
离试样端部 #9$ $@处进行切片!可避免这种分离
现象的产生&
胶质层的出现是应拉木形成过程中显微结构方
面的一个主要变化"HIUVMN0%’1*!#;99# RICUC/K!
#;8!# ’4y%’1*!#;8;$& 不同生长应力水平的应拉
木!其胶质层在外形%厚度及分布上也不尽相同
"’0IDC%’1*!%$$8# kPN0N%’1*!%$$8# ’?IFE%’1*!
%$$;$& 虽然应拉木的拉伸应力水平与其微观解剖
形态的变异之间没有发现必然的相关关系"’0IDC%’
1*!%$$8# kPN0N%’1*!%$$8# 苌姗姗! %$$;$!但是
在超微结构水平上的观察可以对应拉木微观组织结
构方面的一些共性进行全面的了解&
CFEA吸附等温线
根据 G)+理论" &DFE%’1*!#;:9$!G)+常数是
反映氮气吸附法有效性的一个重要指标!当此常数
值小于 :$ 时!说明吸附质与吸附剂之间的吸附能力
较弱!采用此方法对单层氮气分子吸附量等指标的
确定较困难# 特别是当此常数小于 7$ 时!吸附质之
间的作用力占主导!采用此方法来分析试样孔径结
构分布时!吸附质间的作用就不可忽略& 本研究中!
应拉木和对应木试样的 G)+常数均大于 :$"表 #$!
87#
6第 #$ 期 苌姗姗等’ 氮气吸附法表征杨木应拉木的孔隙结构
图 %6经番红a固绿染色后的杨木对应木",$与应拉木"G$横切显微图片
QDE1%6+CIFV[NCVNVN34D/FV/X/KK/VD4NM//U ",$ IFU 4NFVD/F M//U "G$ DF K/K0ICVKN3DNVV4IDFNU MD4? VIXCIFDFaXIV4ECNNF
表明采用此方法分析试样的孔隙结构是较适合的&
图 7 是在温度为 ""1! B时测得的杨木应拉木
和对应木的氮气吸附 A脱附曲线& 从吸附容量上来
看!杨木应拉木的氮气吸附量为 !"18 3@7)EA#!显著
高于对应木的氮气吸附量"#1% 3@7)EA#$!是对应木
的 !$ 倍& 所吸收的氮气会在吸附剂表面形成一个
单吸附分子层!为估计吸附剂的总表面积提供了依
据& 利用 G)+方法计算出的试样的比表面积列于
表 #& 从表 # 可以看出’ 杨木应拉木的 G)+比表面
积为 %#1; @%)EA#!是对应木的 #7 倍!这一结果与
’0IDC等"%$$:$对栗木")1&’12%1 &1’-51$应拉木的研
究结果一致&
表 @A杨木应拉木和对应木的孔结构参数!
)#2B@A)*O$<-#&:;#-#:$*-%/$%:/,0$*’/%,’?,,(#’(,"",/%$*?,,(%’","&#-/"*:%*/
试样类型
&I@K0N4WKNV
)G)+
,G)+a
"@%)EA#$
BIa
F@
BU a
F@
由 ’图法计算得到的孔结构参数 S/CNV4CP34PCNKICI@N4NCV3I03P0I4NU YW’‘K0/4
中孔体积
fNV/K/CN[/0P@NWfSa
"3@7)EA# $
总表面积
+/4I0VPCXI3NICNI,+a
"@%)EA# $
外部表面
)_4NCFI0VPCXI3NICNI,)a
"@%)EA# $
应拉木
+NFVD/F M//U
##! %#1; " 8 $1$7" %%1# ##18
对应木
2KK/VD4NM//U
:9 #1" ## #% $1$$# #1" #19
66! )G)+’ G)+常数 G)+3/FV4IF4# ,G)+’ G)+比表面积 G)+VKN3DXD3VPCXI3NICNI# BI"BU $ ’ 依据吸附"脱附$曲线计算的平均中孔孔径 fNIF
@NV/K/CNUDI@N4NC/F IUV/CK4D/F " UNV/CK4D/F$ YCIF3? /X4?NDV/4?NC@5
66根据国际纯化学与应用化学联合会"(qS,’$分
类"&DFE%’1*!#;:9$!图 7 所示的杨木应拉木吸附
等温线属于"!+混合型吸附等温线& 其特点是’
吸附量在低相对压力下迅速上升!此阶段主要发生
微孔的填充!表明应拉木试样中有一定的微孔结构#
当 =V=$ 超过 $1# 以后!吸附量随着相对压力的增大
仍继续增加!但上升趋势缓慢!此阶段发生中孔和大
孔的多层吸附# 在相对压力 =V=$ 约 $1! 时!吸附质
发生毛细管凝聚!等温线迅速上升!脱附等温线与吸
附等温线不重合!脱附等温线在吸附等温线的上方!
产生吸附滞后# 当 =V=$ 超过 $1" 以后!吸附量又一
次迅速上升!在较高分压处未能达到吸附饱和!并且
出现吸附 A脱附滞后回线!具有+型等温线特征!由
毛细凝聚而发生大孔容积填充& 表明应拉木试样中
存在大量的孔径范围在 % c9$ F@的中孔和一定量
的大孔" <9$ F@$& (qS,’将吸附滞后环分为 T#!
T%!T7 和 T! 四种情况" &DFE%’1*!#;:9$!每一类
反映一定的孔结构类型& 从吸附分支和脱附分支的
图 76杨木应拉木与对应木的氮气
吸附 A脱附等温线
QDE576*D4C/ENF IUV/CK4D/F‘UNV/CK4D/F DV/4?NC@/X
4NFVD/F M//U IFU /KK/VD4NM//U DF K/K0ICVKN3DNV
形状来看!属 T7 型滞后环!其反映的是一种具有平
行壁的狭缝状毛细孔&
"7#
林 业 科 学 !" 卷6
CFGA孔形状和孔径分布
一般多孔材料的孔形状极不规则!孔隙的大小
也各不相同!其中很重要的%最常用的一种参数就是
孔体积按孔隙有效半径大小的分布& (qS,’依据
不同尺寸孔隙中分子吸附的不同!将细孔分为以下
7 类’ 孔径小于 % F@为微孔! % c9$ F@为中孔!大
于 9$ F@为大孔&
通常由吸附曲线计算出的孔径对应着孔腔尺
寸!而脱附曲线计算出的孔径则对应着孔口尺寸
"hC/NF %’1*!%$$!$& 因此!对吸附和脱附的孔径尺
寸进行比较!可以得到孔形状分布的一些信息& 根
据吸附和脱附曲线得到的峰值孔径分别列于表 #&
从表 # 可以看出’ 杨木应拉木中具有孔腔小于 % 倍
孔口的*墨水瓶+状的孔结构类型!而对应木中则显
示了具有孔腔小于孔口的*烟囱+状孔隙!这种孔结
构一定程度上降低了毛细管凝聚的能力&
图 ! 是根据脱附等温线绘制的杨木应拉木和对
应木 GJT中孔孔径分布& 从图中可以看出’ 杨木应
拉木的孔体积要远高于对应木!说明应拉木试样中
含有较多的中孔孔隙& 当孔径为 9 F@时!应拉木和
对应木试样的孔径分布均存在一个明显的波峰!表
明所研究的杨木试样中存在许多孔径为 ! c" F@的
孔隙!但是孔体积在应拉木与对应木间相差很大&
对于杨木应拉木!孔径在 ! c" F@的孔体积占总孔
体积的 "!1!>!! c#9F@的孔隙体积占总体积的
:;1%>! 孔径在 #9 F@以上的孔体积占 #$1:>&
图 !6杨木应拉木与对应木的脱附孔径孔容关系曲线
QDE5!6HNV/CK4D/F @NV/K/CNVD^NUDV4CDYP4D/FV/X
4NFVD/F M//U IFU /KK/VD4NM//U DF K/K0ICVKN3DNV
对应木孔径分布曲线位于次坐标轴 &PY‘I_DV
MIVPVNU X/C/KK/VD4NM//U5
本研究中有关杨木应拉木的孔隙结构参数与栗
木应拉木"’0IDC%’1*!%$$:$及 ,%E’#2-1 $0:$1"热带
树种$应拉木"’?IFE%’1*!%$$;$所测量的结果极
其相似’ 吸附等温曲线均具有典型的中孔滞后环!
且中孔体积较高!孔形状为口窄腹宽的*墨水瓶+状
或狭缝状!以及存在大量孔径为 ! c" F@的孔隙等&
由于栗木应拉木%,%E’#2-1 $0:$1 应拉木及本研究中
的杨木应拉木均具有较高的拉应力!且均存在大量
的胶质纤维!由此推测相似的孔结构参数可能与这
些应拉木树种中厚壁的胶质层相关& 由此引发了一
个新的思考’ 仅仅是因为厚壁胶质层中存在大量的
孔隙允许保持润胀时的高水合状态2 如果是这样!
无论是厚壁还是薄壁胶质层!其所有的纤维素在润
胀状态时应该没有本质的区别& 这也可能解释了为
什么不同类型的应拉木均可以产生相似的高拉伸生
长应力& 因此!可以从树木成熟过程的不同阶段来
进一步探究应拉木胶质层中凝胶类物质的孔结构特
性!进而理解应拉木中高生长应力的产生机制&
CFNA(图法
通过吸附等温线类型能定性地考察材料表面微
孔结构!但不能进行定量的比较和研究!’图法较好
地解决这个问题& 比较图法即 ’图法!是以典型的
多分子吸附为标准!把研究试样的等温吸附线直线
化!为研究微孔结构及吸附机制提供较好的分析方
法& ’图在一定程度上反映出样品的孔隙情况!若 ’
值曲线经过原点!则表明样品缺乏微孔隙!若不经过
原点则往往是微孔作用的反应"hCNEE%’1*!#;:%$&
杨木应拉木在 "" B吸附氮的 ’图如图 9 所示&
图 96杨木应拉木在 "" B吸附氮的 ’图
QDE596’‘K0/4/X4?NIUV/CK4D/F /X*% I4"" B
/F K/K0IC4NFVD/F M//U
从图 9 可以看出’ 应拉木试样的 ’图呈现 % 条
直线& 在低压下!吸附量偏移直线!这是由微孔填充
引起的& 在 ’值较小时!曲线最初的部分为线性!反
向延长后与纵坐标相交!说明所研究试样中均含有
一定量的微孔!通过此直线的斜率线可求出试样的
总表面积 ,+& 当统计吸附层的厚度大于 $19 F@
:7#
6第 #$ 期 苌姗姗等’ 氮气吸附法表征杨木应拉木的孔隙结构
时!曲线斜率增加!不再呈线性!表明氮气分子在中
孔发生毛细管凝聚& 这种凝聚继续持续直到吸附层
厚度达到 %19 F@!又出现了一条几乎与 ’轴平行的
直线!将此直线往外推!在 (轴上的截距对应中孔体
积 WfS!其斜率为外部表面积 ,)!分别列于表 #&
从表 # 可以看出’ 由 ’图计算得到的试样总表
面积与通过 G)+方法得到的结果一致& 外部表面
积 ,)与总表面积 ,+存在一定的正相关性!杨木应
拉木试样孔隙的外部表面积为 ##18 @%)EA#!显著高
于对应木"仅为 #19 @%)EA# $& 对于杨木应拉木的
中孔体积 WfS!也显著高于对应木!说明应拉木试样
含有更多的中孔孔隙!与依据吸附等温线得到的结
论一致& 与 ’?IFE等"%$$;$的研究结果相比!本研
究杨木应拉木孔隙的外部表面积 ,)%总表面积 ,+
及中孔体积 WfS均略低于具有厚壁胶质 层 的
,%E’#2-1 $0:$1"热带树种$应拉木!但显著高于具有
薄壁胶质层的其他热带树种&
胶质层几乎由纯纤维素组成!其他非纤维素的
填充物质很少!因此由基本纤丝%微纤丝和纤丝相互
穿插形成一些具有平行壁的狭缝状毛细孔& 除主要
成分纤维素之外!胶质层还包含果胶以及木葡聚糖
和"#!!$ A&A半乳糖糖基的半纤维素"*DV?DZPY/%’
1*! %$$"# ,CNFU! %$$:# G/M0DFE%’1*! %$$:#
fN0NC/MD3^%’1*!%$$:$!这些组成成分也可能存在
于其他细胞壁层"如对应木细胞壁层$中以水合状
态存在从而保持其多孔性& 纹孔膜已被证实是由果
胶状 的 凝 胶 组 成 "nMDNFDN3ZD%’1*! %$$## .IF
(NKNCNF! %$$"$!这也可能是大量中孔存在的地方&
76结论与讨论
#$ 所测定杨木立木表面轴向生长应变变化幅
度为’ A# !:: cA!:$ $*!树干外围的生长应力形
式以拉应力为主!并且以倾斜树干最上部的生长应
力最大!树干倾斜最下部附近的生长应力最小& 与
对应木相比!杨木应拉木具有大量的胶质纤维!胶质
层与相邻壁层之间结合松弛!外貌起皱并沿同一个
方向填充于细胞腔&
%$ 杨木应拉木 G)+比表面积为 %#1; @%)EA#!
是对应木的 #7 倍& 杨木对应木和应拉木试样中均
存在孔径为 ! c" F@的孔隙!但孔体积相差很大&
应拉木中存在大量孔径为 % c9$ F@的中孔和一定
量的大孔" <9$ F@$!其中孔径在 ! c" F@的孔体
积占总孔体积的 "!1!>!! c#9 F@的孔体积占总体
积的 :;1%>! 孔 径 在 #9 F@ 以 上 的 孔 体 积 占
#$1:>!并具有*墨水瓶+状和狭缝状毛细孔&
7$ 应拉木中高生长应力的产生是几种机制的
共同作用引起!而应拉木树种的微观结构特性及其
与机械性能间的联系是研究应拉木高生长应力产生
的基础& 杨木应拉木具有显著高于对应木的中孔孔
隙可能与大量存在的胶质纤维直接相关!因此进一
步可从应拉木中胶质层的出现与其微细结构的关系
及不同应力水平下应拉木的微细结构等方面进行
研究&
参 考 文 献
苌姗姗5%$$;5应拉木胶质层残余生长应力及其非正常形变过程研
究5北京林业大学博士学位论文5
董卫国!徐6静!黄俊鹏5%$$"5氮气吸附法表征棉纤维的孔结构5
纺织学报! %:"8$ ’ 9 A"5
方长华5%$$"5胶质层对杨树应拉木生长应力和木材性质的影响5
安徽农业大学博士学位论文5
刘盛全!江泽慧5#;;85刺楸木材应拉木材性研究5林业科学!
7%"9$ ’ !"$ A!"95
王丽娟!鲁安怀!王长秋!等5%$$95吸附法对天然斜纤蛇纹石纳米
管内径的表征5岩石矿物学杂志!%!"#$ ’ 8" A"%5
周6亮!刘盛全!刘亚梅!等5%$#$5欧美杨 #$" 杨偏心生长应变分布
规律5林业科学!!8"!$ ’ #"# A#""5
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林 业 科 学 !" 卷6
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!责任编辑6石红青"
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