全 文 ：第 ws卷 第 v期
u s s w年 x 月
林 业 科 学
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∂²¯1ws o‘²1v
¤¼ou s s w
÷ 射线直接扫描法研究毛竹材密度
的径向变异规律
王朝晖 江泽慧
k中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|tl
阮锡根
k南京林业大学 南京 utssvzl
摘 要 } 采用单色 ÷ 射线直接扫描法测定了竹材密度径向连续变化曲线 o以到竹青外皮的相对距离为自变量 o以
基本密度为因变量建立非线性经验回归方程为 ψ€ αξu p βξ n χk ξ [ tl o相关系数都在 s1{ ∗ s1|以上 o提出径向分
层劈篾的可行性 ∀分析了不同年龄和不同高度竹材密度径向变异规律 o在竹子生长过程中 o竹青部位密度变化小 o
竹肉部位密度变化大 o是决定竹材平均密度的主要因子 ~随着高度的增加 o各密度组成分量均提高 o最小密度提高
幅度比最大密度提高幅度略大 o由于竹片的竹壁厚度减小使得竹片的密度梯度k密度差r距离l绝对增大 ∀平均基
本密度与中点密度相关性最高 o相关系数达 s1|zv ∀竹材径向密度梯度与最大密度具有正相关性 ∀对于同一高度
竹秆 o密度梯度主要取决于最小密度 o随最小密度的减小而增加 ~对于不同高度的竹秆 o径向最大密度 !最小密度随
着高度增加而增加 o密度梯度主要取决于竹壁厚度 o随竹壁厚度的减小而绝对增加 ∀与木材相比 o竹材的密度梯度
是杨木的 v ∗ w倍 o在竹材加工时应采取各种措施减少或避免因密度梯度大引起的干缩不均而导致的表面开裂 ∀
关键词 } ÷ 射线直接扫描法 o竹材径向密度变异 o密度梯度
中图分类号 }≥z{t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsv p sttt p sy
收稿日期 }ussw p st p tx ∀
基金项目 }国家/十五0科技攻关项目/竹藤资源培育及高效利用产业化关键技术研究与示范0的部分内容 ∀
Στυδιεσ ον Ραδιαλ ς αριατιον ιν ∆ενσιτψ οφ Μοσο Βαµ βοο Υσινγ Ξ2ραψ Σχαννινγ
• ¤±ª«¤²«∏¬ ¬¤±ª «¨∏¬
k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ ΙνδυστρψoΧΑΦ Βειϕινγtsss|tl
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k Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγutssvzl
Αβστραχτ } ׫¨ ¥¤°¥²²·¨¶·³¬¨¦¨¶¦²∏¯§¥¨ ¶¦¤±±¨ §¥¼·«¨ ÷2µ¤¼ §¨±¶¬·²°¨ ·¨µ·²ª¨··«¨ ¶∏¦¦¨¶¶¬√¨ ³µ²©¬¯¨ ²±µ¤§¬¤¯ √¤µ¬¤·¬²±
¬± §¨±¶¬·¼q׫¨ ³µ²©¬¯¨ ²±µ¤§¬¤¯ √¤µ¬¤·¬²±¬± §¨±¶¬·¼ ²©¥¤°¥²²·¬°¥¨µ°¬ª«·¥¨ ¤¦¦²µ§¤±¦¨ º¬·«·«¨ ¨´ ∏¤·¬²± ²© ψ€ αξu p βξ n
χkξ [ tl oξ ¬¶µ¨ ¤¯·¬√¨ §¬¶·¤±¦¨ ©µ²° ¥¤°¥²²ªµ¨ ±¨·²¼¨ ¯¯²º o°²µ¨²√¨ µ·«¨ µ¨ªµ¨¶¶¬²±¦²¨©©¬¦¬¨±·¥¨¼²±§s1{ ∗ s1| qŒ·¬¶³²¶¶¬¥¯¨
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§¬µ¨¦·¬²± ¤¯¶²¬±¦µ¨¤¶¨ q׫¨ ¥¤°¥²²¤√¨ µ¤ª¨ §¨±¶¬·¼ «¤¶ ¬¨¦¨¯¯ ±¨·¦²µµ¨ ¤¯·¬²± º¬·«¬·¶°¬§§¯¨§¨±¶¬·¼q׫¨ ¥¤°¥²² §¨±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶
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§¨±¶¬·¼ªµ¤§¨¶²© ¥¤°¥²² ¦∏¯° ¬± ·«¨ µ¤§¬¤¯ §¬µ¨¦·¬²± ¤µ¨ ±²µ°¤¯ ¼¯ v ²µw ·¬°¨ ¶¥¬ªª¨µ·«¤± ·«¤·²© º²²§q…¨ ¦¤∏¶¨ ·«¤·
¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦°¬ª«·¯ ¤¨§·² ¤± ∏±¨ √¨ ± ¶«µ¬±®¤ª¨ ·² ³µ²§∏¦¨ ·«¨ ¶∏µ©¤¦¨ ¦µ¤¦® ²©¥¤°¥²²o¶²°¨ ³µ²·¨¦·¬²±¶¶«²∏¯§ ¥¨ §²±¨ ·²
µ¨§∏¦¨ ·«¨ ©¨©¨¦·q
Κεψ ωορδσ} ÷2µ¤¼¶¦¤±±¬±ªo•¤§¬¤¯ √¤µ¬¤·¬²±¬± ¥¤°¥²² §¨±¶¬·¼o⁄¨ ±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶
随着国家天然林保护政策的制定 o高效开发利用竹材资源成为重要课题 ∀毛竹k Πηψλλοσταχηψσ ηετεροχηψχλα
√¤µqπυβεσχενσl为我国主要用材竹种 o若要对其竹材进行科学利用 o就必须深入研究它的结构和性能 ∀我国竹
业科技工作者对竹子栽培经营研究较多 o而对竹材材性研究相对较少k关明杰等 ousstl ∀日本学者竹内叔雄
kt|xzl著5竹的研究6颇有影响 ~著名林学家梁希等kt|wwl曾对国产竹材物理力学性质进行试验研究 ~著名木
材学家李源哲等kt|{yl进一步研究竹材物理力学性质 o为竹材试验方法标准奠定了基础 ∀杨云芳等kt||yl
曾对毛竹材纤维束含量径向分布做过研究 o但没有定量描述竹材密度径向变化 ∀由于不同年龄 !不同部位毛
竹材微纤丝角差异较小k江泽慧等 ousssl o因此密度是决定竹材力学强度和干缩性的主要因子tl ∀本研究以
÷ 射线直接扫描法定量研究竹材密度的径向变异规律 o系统分析了竹材密度梯度的变化规律 o旨在为竹材加
工利用服务 ∀
tl 王朝晖 q竹材材性变异规律及其与加工利用关系研究 q中国林业科学研究院博士论文 ousst
t 材料与方法
111 试样制备
竹材采自安徽广德 o分别不同年龄采集 t度竹 !u度竹 !v度竹 !w度竹kt度相当 u年l各 v ∗ w株 o其中 t
度竹为当年发笋成竹 ∀同一株竹秆在不同高度取样 o从基部到梢部以节间序数表示高度 o分别在第 tu !u{ !uw
节间中段不同方向取试条 o然后将试条加工成厚度均为 t1s ∗ t1v °°的径切片试样 o共计取样 ty{个 ∀用 ÷
射线沿试样径向进行逐点扫描 o获得竹材密度径向变化图 o通过实测整个样品的平均密度 o精确推算出竹材
密度径向变化图上每点所代表的实际密度 ∀
112 单色 ÷ 射线直接扫描法测定微密度原理和方法
实践和理论可以证明 o单色强度为 Ιs 的 ÷ 射线 o垂直入射通过厚度为 τ的物质层后 o透射后射线强度为
Ι € Ιs ¬¨³kp Λ° Θτl ktl
式中 Θ为物质密度 oΛ° 为质量吸收系数 o是波长和物质元素组成的函数k与 ÷ 射线波长 !吸收物质的种类及
其密度有关的量l o由ktl可得
Θ € ≈¯ ±kΙsΠΙl Πk Λ° τl kul
kul式是 ÷ 射线密度计算的基本公式 ∀由kul式可知 }如果知道 Ιs !Ι !Λ° !τ o物质的密度即可求得 ∀ Ιs !Ι
射线强度可从闪烁计数器或正比计数器量得 o厚度 τ可以用螺旋测微计或测厚仪测量 ∀ ÷ 射线管发出的 ÷
射线谱可分为连续 ÷ 射线k又称白色 ÷ 射线l和特征 ÷ 射线两大部分 ∀由于白色 ÷ 射线包括大量短波部分 o
且电压越高短波限的波长越小 o因此质量吸收系数偏小 ∀对于薄样品测量效果明显降低 o电压的波动将引起
质量吸收系数的改变 ∀由于上述原因 o本次试验采用能量处于 x1tv ∗ x1y| ®¨ ∂ 范围的单色 ÷ 射线测量 t1s
∗ t1v °°厚的竹材样品 o其分辨率相对较高 ∀单色软 ÷ 射线木材密度计原理参见相关文献k阮锡根等 o
t||x ~潘惠新等 ot||yl ∀加工出的样品用螺旋测微尺实测厚度 o准确至 s1st °° ~扫描方向为径向 o厚度方向
为弦向 ∀步进电极转速为 vsβ°¬±pt ~样品步进速度为 tx °°#°¬±pt ~前缝宽度 }水平 s1y °° o垂直 s1tx °° ~后
缝宽度 }垂直 s1wx °° ~管电压 }vs ®∂ ~管电流 }ts °„ ~射线源为 ƒ x¨x靶 o采用 ±滤波 ∀用竹材自身作为标准
样品估算竹材质量吸收系数 ∀由公式kul可得 o竹材样品的平均密度应为
cΘ € tΝ 6
Ν
ι € t
Θι € tΝΛ° τ 6
Ν
ι € λ
±¯ ΙsΙι kvl
由重力法求出扫描竹片的平均基本密度 cΘo将 cΘ!Ιs 和 Ιι 代入前面公式 oΙι 为每一测量点所得透射强度
数值 oΝ为样品的取样总数 ∀由此式可以求得该样品的 Λ° τ o从而可以求出竹片径向扫描测量点的基本密度
值 o一般从竹青到竹黄扫描测量点数为 xs ∗ tss个 ∀竹材径向某测量点微密度 Θ € ≈¯ ±kΙsΠΙl Πk Λ° τl ∀
u 结果与分析
211 竹材微密度径向变异分析
由于加工试样时不同竹片厚度略有差异 o一般在 t1s ∗ t1v °°之间 o而 Λ° 值与厚度有关 o对同一试样加
工时尽量保持厚度均匀 o对于不同厚度竹材的 Λ° 值 o一般在 ty ∗ us¦°u#ªpt之间 ∀竹材 ÷ 射线径向k从竹青
到竹黄l扫描密度图谱见图 t ∀由于不同高度竹片的宽度k径向竹壁厚l是不同的 o为了分析不同宽度竹片的
密度径向变异规律 o将竹黄到竹青外皮的距离定为 t o以到竹青外皮的相对距离为自变量 o以基本密度为因
变量建立非线性经验回归方程为二次多项式曲线 ψ€ αξu p βξ n χk ξ [ tl o回归相关系数都在 s1{ ∗ s1|以
上 o表明经验方程拟合效果良好 o列举典型经验方程如表 t ∀
utt 林 业 科 学 ws卷
表 1 扫描竹材各试样基本密度径向变化的经验回归方程式 ≠
Ταβ . 1 Θυαδρατιχ ρεγρεσσιον εθυατιον οφ ραδιαλ ϖαριατιον ιν δενσιτψ
试样编号
≥³¨¦¬°¨ ± ‘²q
平均基本密度
…¤¶¬¦§¨±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
Λ° 值
Λ° √¤¯∏¨Πk¦°u#ªptl
二次回归方程
±∏¤§µ¤·¬¦µ¨ªµ¨¶¶¬²± ¨´ ∏¤·¬²±
相关系数
• ª¨µ¨¶¶¬²± ¦²¨©©¬¦¬¨±·
t p x p tu p v s1xyz z t|1x|w {{ ψ€ s1{vw wξu p t1t|x zξ n s1{{x v s1|v| x
t p x p t{ p w s1yux u t{1vzw t ψ€ t1tv{ |ξu p t1wz| zξ n s1|{u w s1|us |
t p x p uw p v s1yxu s t{1tvy y ψ€ t1ttu uξu p t1wxw xξ n t1ssx w s1|s| x
u p u p tu p v s1yyv v ty1vzt{ ψ€ t1tvy tξu p t1xsy {ξ n t1svx z s1|t{ |
u p u p t{ p t s1zt{ z ty1tsw z ψ€ t1sux yξu p t1wtu |ξ n t1s{s { s1|ty u
u p u p uw p u s1zy| x ty1xx{ y ψ€ s1{|| wξu p t1vxv yξ n t1twv | s1|sx z
v p | p tu p w s1x|u { t{1w{s x ψ€ s1|wz uξu p t1vwu uξ n s1|wy s s1|yu |
v p | p t{ p w s1yw{ t tz1wuu | ψ€ s1|wu sξu p t1vxt wξ n t1ssz v s1|xv w
v p | p uw p t s1yzt s ty1|zv s ψ€ s1|ts sξu p t1w|s |ξ n t1tts u s1|z| x
w p w p tu p u s1x{xw t{1y{x z ψ€ s1zzu wξu p t1tuw xξ n s1{{{ u s1|uz x
w p w p t{ p v s1ywyy tz1y|u x ψ€ s1zyz uξu p t1tty |ξ n s1|wz t s1|uy t
w p w p uw p w s1yxx t ty1z|w y ψ€ s1|vy {ξu p t1vtv zξ n s1||y { s1|vv u
≠ ψ}基本密度 ~ξ }竹片径向某点到竹青的相对距离 ~试样编号 }竹龄 p株号 p竹节数 p取样方向 ∀ ψ}…¤¶¬¦§¨±¶¬·¼~ξ }• ¨¯¤·¬√¨ §¬¶·¤±¦¨ ©µ²° ¥¤°¥²²
ªµ¨ ±¨·² ¼¨ ¯¯²º ~≥³¨¦¬° ±¨ ‘²q}„ª¨2Œ±§¬√¬§±¤¯ ‘²qp ‘²§¨ ¶¨µ¬¤¯ ‘²qp ⁄¬µ¨¦·¬²±q
试样编号 ≥³¨¦¬° ±¨·‘²q}v p | p tu p w p t ou
图 t ÷ 射线径向扫描密度图谱
ƒ¬ªqt ÷2µ¤¼ ¶¦¤±±¬±ª³µ²©¬¯¨ ²±µ¤§¬¤¯ ¥¤°¥²²
试样编号 ≥³¨¦¬°¨ ± ‘²q}v p | p tu p w p u
图 u 密度径向变异
ƒ¬ªqu •¤§¬¤¯ √¤µ¬¤·¬²±¬± §¨±¶¬·¼
由图 u可见 o竹材密度从竹青到竹黄开始迅速降低 o约到 trv ∗ tru部位时下降梯度变缓 o密度变化在一
个很窄的范围内 o到接近竹黄时密度达最小值 o最小密度通常不及竹青处最大密度的一半 o而后在竹黄处密
度又有所上升 o通常研究结论认为从竹青到竹黄密度逐渐降低 o没有提及竹黄处密度上升的现象 o竹黄由多
层厚壁石细胞构成k戴伦焰等 ot|x|l o对于不同年龄和高度的竹黄厚度相近 o通常只有 s1{ °°左右 o竹黄密
度通常比最小密度高 xs h以上 ∀
为了验证径向变异拟合方程的可信性 o设定竹黄k或髓环l的厚度为 s1y °° o剔除竹黄部分 o将竹片由外
到内 v等分 o根据回归方程式计算出每个试样内 !中 !外 v等分的平均基本密度 o然后将同一年龄同一竹节内
层平均 !中层平均 !外层平均 o见表 u ∀
表 2 根据经验回归方程估算出竹片内 !中 !外平均基本密度 ≠
Ταβ . 2 Τηε χαλχυλατεδ ουτερ , µιδδλε ανδ ιννερ βασιχ δενσιτψφροµ ρεγρεσσιον εθυατιον kª#¦°pvl
编号
‘²q
外 tΠv
密度
ոᬵ
中 tΠv
密度
¬§§¯¨
内 tΠv
密度
Œ±±¨ µ
编号
‘²q
外 tΠv
密度
ոᬵ
中 tΠv
密度
¬§§¯¨
内 tΠv
密度
Œ±±¨ µ
编号
‘²q
外 tΠv
密度
ոᬵ
中 tΠv
密度
¬§§¯¨
内 tΠv
密度
Œ±±¨ µ
t p tu s1ztu s1xtx s1w{t t p t{ s1zxz s1xvz s1xsz t p uw s1z{v s1xzz s1xwt
u p tu s1z{y s1ytt s1x|z u p t{ s1{vv s1yxy s1yu| u p uw s1{|s s1y|x s1yxx
v p tu s1zx| s1xxw s1xu{ v p t{ s1{sw s1ysw s1x{u v p uw s1{x{ s1yxt s1yst
w p tu s1zyw s xvx s1xsz w p t{ s1z|v s1xzy s1xvw w p uw s1{xx s1yvt s1x{y
tu节平均
„√¨ µ¤ª¨ s1zzt s1xy| s1xwy
t{节平均
„√¨ µ¤ª¨ s1{ts s1ytu s1x{u
uw节平均
„√ µ¨¤ª¨ s1{y{ s1yx| s1ytx
≠第 tu !t{ !uw节平均密度是将 u度以上进行平均计算值 ∀„√ µ¨¤ª¨ §¨ ±¶¬·¼ ²©tu·« ot{·« ¤±§uw·« ±²§¨ ¦¤¯¦∏¯¤·¨§¥¼·«¨ ¥¤°¥²²¤·°²µ¨ ·«¤± u2⁄∏¤ª¨ q
日本竹材专家 ≠²®² Œ±²®∏¦«¬等kt|||l测出毛竹外 !中 !内三层基本密度分别为 s1{tx ! s1ytu !s1xxs
ª#¦°pv o而本次试验用回归法算出 u度 !v度 !w度竹材第 t{节k中部高度l外 !中 !内三层基本密度分别为
vtt 第 v期 王朝晖等 }÷ 射线直接扫描法研究毛竹材密度的径向变异规律
s1{ts !s1ytu !s1x{u ª#¦°pv o两者是非常接近的 o用经验方程估算的内层基本密度比日本专家实测值略大 o主
要由于竹黄密度增大造成最小密度回归值比实际最小密度偏大所致 ∀由图 v可见 o对于同一高度竹材近竹
青 trv处密度明显偏大 o比其余部分密度高 vs h ∗ ws h o随着竹节高度提高 o径向从竹青到竹黄相应部位的
密度均增加 o竹肉部位密度增加相对幅度比竹青部位略大 ∀根据竹材的这种径向变异特性 o可以考虑分层劈
篾 o将径向不同部位的竹篾进行分级 o用竹青部位的竹篾压制成强度较高的竹质人造板 o而用其余竹肉部位
的竹篾压制成强度较低的竹质人造板 o也可根据模量匹配原则 o将两种不同部位的竹篾按一定比例均匀混合
压制成符合某种密度要求的人造板 o这样可以提高竹篾使用效率和附加值 ∀
212 竹秆年龄 !高度对竹材径向密度组成分量和密度梯度影响的分析
竹材径向密度梯度 }∆Γ € kΘ°¤¬ p Θ°¬±lΠk Ρ°¤¬ p Ρ°¬±l o表示竹材径向密度变异幅度与最大密度和最小密
度之间距离的比值 ∀中点密度是指从竹青到竹黄的中点处的密度实测值 ∀按照以上公式将 ty{个试样的密
度组成分量及密度梯度求出 o取其平均值 o见表 v ∀
表 3 不同年龄和不同高度竹材基本密度的分量分析
Ταβ . 3 Αναλψσισ οφ δενσιτψ χοµ πονεντσ οφ βαµ βοο ατ διφφερεντ αγεσ ανδ ηειγητσ
编号
‘²q
平均基本密度
…¤¶¬¦§¨±¶¬·¼rkª#¦°pvl
最大密度
¤¬q§¨±¶¬·¼
Πkª#¦°pvl
测量值
 ¤¨¶∏µ¨§
回归值
• ª¨µ¨¶¶¬√¨
测量值
 ¤¨¶∏µ¨§
中点密度
¬§§¯¨§¨±¶¬·¼
rkª#¦°pvl
最小密度
¬±q§¨±¶¬·¼
rkª#¦°pvl
测量值
 ¤¨¶∏µ¨§
密度梯度
Šµ¤§¨¶rkª#¦°pv¦°ptl
t度竹第 tu节 tu·« ±²§¨ ¤·t2⁄∏¤ª¨ s1xy| s1xyz s1|ts s1xv{ s1vz{ s1z{y
u度竹第 tu节 tu·« ±²§¨ ¤·u2⁄∏¤ª¨ s1yyz s1yyx s1|{u s1yvz s1xst s1yz|
v度竹第 tu节 tu·« ±²§¨ ¤·v2⁄∏¤ª¨ s1ytv s1ytu s1|ys s1xz| s1wu{ s1ztt
w度竹第 tu节 tu·« ±²§¨ ¤·w2⁄∏¤ª¨ s1ysu s1yss s1||s s1xys s1v|u s1{us
第 tu节平均值 „√¨ µ¤ª¨ tu·« ±²§¨ s1ytv s1ytt s1|ys s1xz{ s1wux s1zw|
第 tu节变异系数 ∂ q¤·tu·« ±²§¨Πh y1yw y1yy v1zx z1vw tu1|x {1zt
t度竹第 t{节 t{·« ±²§¨ ¤·t2⁄∏¤ª¨ s1ysu s1x|| s1|x| s1xyw s1v|w s1|{y
u度竹第 t{节 t{·« ±²§¨ ¤·u2⁄∏¤ª¨ s1zsx s1zsw t1ssy s1yzz s1xws s1zz{
v度竹第 t{节 t{·« ±²§¨ ¤·v2⁄∏¤ª¨ s1yyy s1yyw s1||v s1yvt s1w|w s1{vs
w度竹第 t{节 t{·« ±²§¨ ¤·w2⁄∏¤ª¨ s1yvv s1yvt t1ssu s1x|z s1wu{ s1{y{
第 t{节平均值 „√¨ µ¤ª¨ t{·« ±²§¨ s1yxt s1yw| s1||s s1ytz s1wyw s1{yy
第 t{节变异系数 ∂ q²©t{·« ±²§¨Πh y1z| y1|v u1ty z1{v tw1tu ts1ut
t度竹第 uw节 uw·« ±²§¨ ¤·t2⁄∏¤ª¨ s1yvw s1yvt s1|ys s1x|| s1wws t1sw|
u度竹第 uw节 uw·« ±²§¨ ¤·u2⁄∏¤ª¨ s1zwx s1zwu t1sw| s1ztx s1xxv s1||u
v度竹第 uw节 uw·« ±²§¨ ¤·v2⁄∏¤ª¨ s1y|y s1y|{ t1svs s1yys s1xsz s1|xs
w度竹第 uw节 uw·« ±²§¨ ¤·w2⁄∏¤ª¨ s1y{z s1y{w t1sws s1yxs s1w{x t1s|t
第 uw节平均值 „√¨ µ¤ª¨ uw·« ±²§¨ s1y|t s1y{| t1sus s1yxy s1w|y t1sut
第 uw节变异系数 ∂ q²©uw·« ±²§¨Πh y1x{ y1yw v1|{ z1ux |1w{ y1s{
从表 v可见 o基本密度回归值和实测基本密度值非常接近 ∀随年龄变化 o竹材不同密度组成分量变异幅
度差异较大 o其中最大密度变异幅度最小 o说明年龄变化对于竹材最大密度影响很小 o而最小密度变异幅度
最大 o说明年龄变化对于竹材最小密度影响很大 o正是由于 t度竹最小密度比 u度竹和 u度以上竹子小很
多 o而 t度竹最大密度比 u度竹和 u度以上竹子稍小 o从而使任何高度 t度竹比其它年龄竹的密度小 !而密
度梯度大 o这说明竹材从 t度竹到 u度竹的生长过程中 o平均密度的增长主要发生在竹肉部分 o是竹肉密度
提高的过程 o从而使最小密度大幅提高 ∀而从 v度竹到 w度竹生长过程中 o情况恰恰相反 o最大密度没有降
低 o而最小密度有所降低 o从而使 w度竹的平均密度比 v度竹低 o同时使 w度竹的密度梯度有增大的趋势 ∀
这说明在竹子生长过程中 o竹肉密度变化大 o由于竹肉在竹材中所占比例大 o所以竹肉密度的变化会决定竹
材的平均密度 ∀
由图 w可见 o对于同一年龄不同高度的竹材来说 o随着高度的增加 o各密度组成分量均提高 o最小密度提
高幅度比最大密度提高幅度略大 o但是由于随着高度的增加 o竹片的竹壁厚越来越薄 o单位距离的密度差异
相应提高 o从而使得竹片的密度梯度随着高度的增加而绝对增大 ∀
wtt 林 业 科 学 ws卷
图 v 不同高度竹材密度径向变异
ƒ¬ªqv …¤°¥²²µ¤§¬¤¯ √¤µ¬¤·¬²±¬± §¨±¶¬·¼
¤·§¬©©¨µ¨±·«¨¬ª«·¶
图 w 不同年龄不同高度竹材密度梯度变异
ƒ¬ªqw …¤°¥²² §¨±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶¤·§¬©©¨µ¨±·
¤ª¨¶¤±§«¨¬ª«·¶
213 通过竹材密度组成分量和密度梯度之间相关性分析竹秆高度对密度梯度的影响
为了分析竹材平均基本密度与以上各种密度组成分量之间以及各密度组成分量之间的内在联系 o将不
同年龄和不同高度 ty{个试样竹材密度与相应的密度组成分量进行相关分析 o得出相关系数见表 w ∀
表 4 竹材密度各组成分量之间的相关系数
Ταβ . 4 Ρεγρεσσιον χοεφφιχιεντ αµ ονγ δενσιτψ χοµ πονεντσ
平均基本密度
…¤¶¬¦§¨±¶¬·¼
基本密度回归值
• ª¨µ¨¶¶¬√¨ §¨ ±¶¬·¼
最大密度
¤¬q§¨ ±¶¬·¼
中点密度
¬§§¯¨§¨±¶¬·¼
最小密度
¬±q§¨±¶¬·¼
密度梯度
⁄¨ ±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶
平均基本密度 …¤¶¬¦§¨±¶¬·¼ t1sss
基本密度回归值 • ª¨µ¨¶¶¬√¨ §¨ ±¶¬·¼ s1||{ 3 3 t1sss
最大密度 ¤¬1§¨ ±¶¬·¼ s1xz| s1xzx t1sss
中点密度 ¬§§¯¨§¨±¶¬·¼ s1|zv 3 3 s1|zx 3 3 s1wvu t1sss
最小密度 ¬±q§¨±¶¬·¼ s1{x{ 3 3 s1{yu 3 3 s1uwv s1{{t 3 3 t1sss
密度梯度 ⁄¨ ±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶ s1tv| s1tuw s1yut 3 p s1st p s1ty t1sss
从表 w可见 o平均基本密度与相应基本密度回归值相关系数非常高 o表明二次多项式方程拟合效果良
好 o同时平均基本密度与中点密度相关性最高 o相关系数 Ρ € s1|zv o由表 v可见中点密度略小于平均基本密
度约 x h o但可作为表征竹材密度可靠的基本参量 ∀其次 o竹材平均基本密度与最小密度相关系数达 Ρ €
s1{x{ o竹材平均基本密度与最大密度相关系数只有 Ρ € s1xz| o竹材平均基本密度与密度梯度相关系数最小
Ρ € s1tv| o中点密度与最小密度相关性也较高 o相关系数 Ρ € s1{{t ∀
由于 t度竹的最小密度较小导致密度梯度较大 o一般高度越高 o密度梯度越大 o由于这种矛盾性造成密
度梯度与竹材密度及其各分量的相关性较小 ∀现剔除 t度竹 o将 u度以上年龄所有高度竹材密度梯度与相
应的密度及其分量进行相关分析 o见表 x ∀
表 5 2 度以上竹材径向密度梯度与各密度组成分量之间的相关系数
Ταβ . 5 Ρεγρεσσιον χοεφφιχιεντ βετωεεν δενσιτψ χοµ πονεντσ ανδ δενσιτψ γραδεσφορ τηε βαµ βοο ατ µ ορε τηαν 22∆υ αγε
平均基本密度
…¤¶¬¦§¨±¶¬·¼
基本密度回归值
• ª¨µ¨¶¶¬√¨ §¨ ±¶¬·¼
最大密度
¤¬q§¨±¶¬·¼
中点密度
¬§§¯¨§¨±¶¬·¼
最小密度
¬±q§¨±¶¬·¼
密度梯度
⁄¨ ±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶
密度梯度 ⁄¨ ±¶¬·¼ ªµ¤§¨¶ s1vt s1u| s1zw 3 s1tz p s1s| t1ss
竹壁厚度 ≤∏¯°¶·«¬¦®±¨ ¶¶ p s1xz p s1xy p s1ty p s1xz p s1xx p s1wv
从表 x可见 ou度以上竹材径向密度梯度与最大密度具有正相关性 o但相关系数不是很高 o这是由于对
于同一高度的竹秆 o竹壁厚度相近 o密度梯度随着最大密度的增加而增加 o随着竹秆高度的增加 o最大密度略
有增加 o密度梯度的绝对增加主要取决于竹壁厚度k即最大密度与最小密度之间的距离l的减小 ∀表 w可见 o
xtt 第 v期 王朝晖等 }÷ 射线直接扫描法研究毛竹材密度的径向变异规律
密度梯度与最小密度相关性较低 o这是由于对于同一高度的竹秆 o竹壁厚度相近 o密度梯度与最小密度呈负
相关 o而随着竹秆高度的增加 o最小密度对密度梯度影响较小 o主要取决于竹壁厚度减小 o结果使得密度梯度
与最小密度呈正相关 o这种不确定性导致总体上密度梯度与最小密度相关性小 ∀综上所述 o对于同一高度竹
秆 o密度梯度主要取决于最小密度 o随最小密度的减小而增加 ~对于不同高度的竹秆 o最大密度 !最小密度随
着高度增加而增加 o密度梯度主要取决于竹壁厚度 o随竹壁厚度的减小而绝对增加 ∀竹壁厚度与密度及其各
分量一般呈弱负相关 o竹壁越厚 o竹青相对比例有减小趋势 ∀与木材相比 o竹材的密度梯度是很大的 o一般杨
树的木材密度梯度在 s1u ∗ s1v ª#¦°pv¦°ptk阮锡根等 ot||xl之间 o由本文可知竹材密度梯度为 s1z ∗ t1s o是
杨木的 v ∗ w倍 ∀正是由于竹材密度梯度大导致竹青和竹黄弦向干缩差异大 o从而使得因干缩引起的表面裂
纹由竹青向竹黄方向扩展 ∀因此在生产竹地板和竹集成材时在板坯含水率调整后 o应该用油漆封住端头 ~也
可考虑采用侧压板k径向l组坯工艺 o应采取各种有效措施减少或避免因干缩不均引起的表面开裂 ∀
v 小结
竹材微密度从竹青到竹黄径向变化 o开始迅速降低 o约到 tΠv部位时下降梯度变缓 o密度变化在一个很
窄的范围内 o到接近竹黄时密度达最小值 o而后在竹黄处密度又有所上升 o主要由于竹黄属于厚壁细胞 o通常
比最小密度高 xs h以上 ∀以到竹青外皮的相对距离为自变量 o以基本密度为因变量建立非线性经验回归方
程为二次多项式曲线 ψ€ αξu p βξ n χk ξ [ tl o回归系数都在 s1{ ∗ s1|以上 ∀用该回归方程估算出 u度 !v
度 !w度竹材第 t{节k中部高度l外 !中 !内三层平均基本密度分别为 s1{ts !s1ytu !s1x{uª#¦°pv ∀根据竹材的
这种径向变异特性 o可以考虑分层劈篾 o对竹篾进行分级 o以提高竹篾使用效率和附加值 ∀
关于不同年龄竹材微密度径向变异规律 }这说明在竹子生长过程中 o竹肉部位密度变化大 o同时由于竹
肉在竹壁厚度中所占比例大 o竹肉部位密度是决定竹材的平均密度的主要因子 ∀关于不同高度竹材微密度
径向变异规律 }对于同一年龄不同高度的竹材来说 o随着高度的增加 o各密度组成分量均提高 o最小密度提高
幅度比最大密度提高幅度略大 o但是由于随着高度的增加 o竹片的竹壁厚越来越薄 o单位距离的密度差异相
应提高 o从而使得竹片的密度梯度绝对增大 ∀对于同一年龄不同高度的竹材来说 o随着高度的增加 o平均基
本密度与各密度组成分量之间的关系 }以平均基本密度与中点密度 !最小密度相关性较高 ∀
竹材径向密度梯度变化规律 }总体上 u度以上竹材径向密度梯度与最大密度具有正相关性 ∀对于同一
高度竹秆 o密度梯度主要取决于最小密度 o随最小密度的减小而增加 ~对于不同高度的竹秆 o密度梯度主要取
决于竹壁厚度 o随竹壁厚度的减小而绝对增加 ∀与木材相比 o竹材的密度梯度为 s1z ∗ t1sª#¦°pv¦°pt o是杨
木的 v ∗ w倍 o在竹材加工时应采取各种措施减少或避免因密度梯度大引起的干缩不均而导致的表面开裂 ∀
参 考 文 献
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江泽慧 o邹惠渝 o阮锡根等 q应用 ÷ 射线衍射技术研究竹材超微结构 ´ }竹材纤丝角 q林业科学 ousss ovykvl }tuu p tux
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阮锡根 o潘惠新 o李火根等 q材性改良研究 ´ }÷ 射线木材密度测定 q林业科学 ot||x ovtkvl }uys p uy{
杨云芳 o刘志坤 q毛竹材抗拉弹性模量及抗拉强度 q浙江林学院学报 ot||y otvktl }ut p uz
竹内叔雄 o竹的研究kt|vul q北京 }建筑工程出版社k中文译本l ot|xz
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