毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化

毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化 毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化 第33卷第5期 2009年9月 南京林业大学(自然科学版) JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition) V【1.33.NO.5 Sept.,2009 毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化 杨淑敏,江泽慧,任海青,费本华 (中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091) 摘要:应用x一射线衍射法对不同竹龄毛竹材的微纤丝角进行测定 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,探讨毛竹微纤丝角的生长发育规律.结 果表明:各竹龄竹材细胞次生壁微纤丝角的径向变异规律呈现波动趋势,平均微纤丝角为9.4.,最大值和最小值 分别为12.05.和7.6l.,差值小于4.44.,微纤丝角从竹青到竹黄存在显着差异.竹材的微纤丝角从0.5,1.5a 呈增加趋势,而后几年呈下降趋势,到6.5年稍有回升,随后叉下降,直至10.5年生竹材微纤丝角值又变得较 大,竹龄对微纤丝角影响显着.竹秆的中部和下部平均微纤丝角分别为9.32.,9.39.和9.50.,随竹秆高度增加 竹材微纤丝角逐渐减小,差异较显着 关键词:毛竹;材质生成;微纤丝角;变异:X-_射线衍射 中图分类号:$795文献标志码:A文章编号:1000—2006(2009)05—0073—04 Variationsofthemicrofibrilangleindevelopmentalmosobambooculms YANGShu-rain,JIANGZe—hui,RENHai—qing,FEIBen-hua (ResearchInstituteofWoodIndustry,CAF,Beijing100091,China) Abstract:Themicrofibrilangleofmosobambooagedfrom1.5to10.5yearswasmeasuredand analyzedbyX—raydif- fractionestimation.Temporalandspatialvariationpatternswerestudiedinthispaper.Theresultsshowedthattheradial variationofthemierofibrilangleofsecondarycellwallwithinagestookirregulartendencywiththedistancerangedfrom barktopith.Theaverage,maximumandminimumofradialmicrofibrilangleseparatelywas9.4.,12.05.and7.61., thedifferenceislessthan4.44..Themicrofibrilangleincreasedfrom0.5to1.5year,followingdecreased,thenin— creasedreached6.5year,butalargevaluepresentin10.5year.Therewassignificantdifferencebetweenageofbarn— booandmicrofibrilangle.LongitudinalvariationsofMFAdecreasedwithincreasedbambooheight,with9.32.,9.39. and9.50.separatelyinthetop.middleandbaseofbamboo. Keywords:l/IOSObamboo;maturation;microfibrilangle;variation;X—raydiffraction 毛竹(Phyllostachypubescens)是我国南方重要的森林资源,据统计,我国现有毛竹林 面积超过 300万hm,约占全世界竹林面积的20%,并且近年来种植面积有不断扩大趋势…. 微纤丝角(MFA)为木 材细胞次生壁s,层微纤丝排列方向与细胞主轴所形成的夹角,或表述为细胞壁中 纤维素链的螺旋卷索与 纤维轴之间的夹角,微纤丝角大小对木材性质,纸张强度,纤维复合材料性能及纺 织品强度均有很大 的影响.,是衡量木材性质的重要指标之一.传统测定微纤丝角的方法有碘染色法, ,偏光显 汞浸渍法 微镜法,x一射线衍射法,荧光显微镜法等.x一射线测定的微纤丝角是大量数据的 平均值,具有快速,准 确,可信度高等优点,应用较广.近年来,对针,阔叶树木材微纤丝角的变异规律及其 与木材的物理,力学 和化学特性的相关关系进行了大量研究,但对竹材的微纤丝角研究还比较少...笔者选取了不同年龄 的竹材,探讨毛竹微纤丝角的时空变异规律,从而揭示竹材生长发育规律及其结构形成与功能的相互关 系,为合理有效地开发竹资源,发展竹浆造纸及竹质人造板工业提供科学依据. 1材料与方法 1.1试材 试验用毛竹来自浙江富阳市庙山坞自然保护区,位于我国亚热带北部(119.56,120.02E,30.03, 收稿日期:2008—11—01修回日期:2009—05—21 基金项目:国家"十一五"科技支撑计划(2006BADI9B0403) 作者简介:杨淑敏(1972一),博士后.江泽慧(通讯作者),教授,研究方向为木材科学与技术.E—mail:shangke620@hetmail.coin. 引文格式:杨淑敏,江泽慧,任海青,等.毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化[J].南京林业大学:自然科学版,2009,33(5):73 — 76. 74南京林业大学(自然科学版)第33卷 30.06N),中亚热带季风气候区,水热资源丰富.属浙西低山丘陵区天目山系余脉,山体主脉呈东西走 向,由主脉延伸的多呈南北向,支脉为该区主体,峡谷相间,谷向朝南,濒临富春江.海拔50,536.9m,土 壤为长石砂岩或石英砂岩发育而成的红壤.气候属中亚热带季风气候,季风显着,四季分明,降水充沛,温 暖湿润.区内气候温和,夏季炎热,冬少严寒;年平均气温16.1oC,极端最高气温40.2~C,极端最低温 一 14.4?;年平均降水量1441.9mm,多集中于5至6月.其中黄家望森林公园森林面积333hm,森林 覆盖面积96.5%,是中国林业科学研究院亚热带林业研究所的竹木研究基地. 毛竹采于2007年9月中旬,选择立地条件基本相同的地段,具有代表性的0.5,1.5,2.5,4.5,6.5, 8.5,10.5年生毛竹各3根,参考GB/T15780--1995《竹材物理力学性质试验方法》的试样采集方法.竹 材伐倒后,记录胸径,枝下高和竹高,每株从离地面约1.5m的整竹节处向上截取,每隔约2.0m长完整竹 节处截取竹段,直至7.5m处,运回气干备用.为保证统计结果的可靠性,选取了代表性的样品,并尽可能 保证更多的样品数,分别在不同年龄的第13节,20节和27节的竹段中间截取尺寸为T×10mm×20mm (径×弦×纵)的竹块3个,沿径向从竹青到竹黄将竹块劈成尺寸为1film×10mm×20mm(径×弦×纵) 的小样片待用.削制过程注意测试面的光滑平整. 1.2微纤丝角测定 采用x一射线衍射法测定微纤丝角,测试仪器为美国Panalytical公司最新型号的粉末x一射线衍射仪 (X'PertPro),样品用双面胶垂直固定在旋转样品台上,采用点聚焦光源,透射衍射模式.入射光与试样弦 面垂直,接收光与入射光的夹角为22.4.,主要扫描参数如下:管电压40kV,管电流40mA,扫描步进0.5., 样品台旋转范围0.,360.,根据衍射图谱强度,采用0.6T法用高斯 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数拟合并计算微纤丝角度. 由于竹材较硬,纵向长于20mm的小竹块在劈制小竹片时比较困难,所制样品1mm×10mm×20mm 需要用硬质塑料制作模具,模具固定在样品台上,再将小竹片贴到模具上. 利用0.6T法(为角距离)计算竹材的微纤丝 角,将x一射线衍射仪所得的Phi扫描强度曲线 (图1)数据导入Origin处理软件,基于高斯函数拟合 自动对x一射线衍射谱进行S-G平滑,本底的测定与 扣除,实现了微纤丝角的快速计算. 对于双峰拟合,其拟合函数为Y=.+b,exp+ 62ex]+62唧[].式 中,o是常数,u和u+180是峰值所对应的中心,or, 和是拐点高度处的半峰宽,b和b:为峰高,此时 T:or+or,,微纤丝角为0.6T,对于单峰拟合,or=一. ,+:,则微纤丝角为1.2o-….毛竹典型的Phi扫 描强度曲线及高斯函数拟合情况,通常拟合相关系 角度/(.) allgle 图1毛竹微纤丝角的x一射线衍射图谱 X-raydiffractionpatternofmicrofibrilanglefor mosobamboo 数在0.99以上,通过拟合得到or.和,然后计算出微纤丝角. 2结果与分析 2.1微纤丝角的竹龄变异一 微纤丝角随竹龄的变化趋势如图2,竹材的微纤{ 丝角从0.5,1.5a呈增加趋势,而后几年呈下降趋亵 势,到6.5a时稍有回升,随后又下降,直至10.5a微. 纤丝角值又变得较大.在0.5,10.5a的竹材中,平 均微纤丝角最大值和最小值分别出现在1.5a和 8.5a,为9.98.和8.88.(表1).经方差分析可知 (表2),不同竹龄的微纤丝角有显着差异(=0.01).一 图2微纤丝角随年龄增加的变化趋势 Thevariationofmicrofibrilanglebyageformo- sobamboo 第5期杨淑敏,等:毛竹材质生成过程中微纤丝角的变化75 表1 Table1 不同年龄,部位的竹材微纤丝角比较 Microfibriiangleformosobambooin differentageandlocation 表2竹龄,部位对竹材微纤丝角影响的方差分析 Table2Analysisofvarianceformicrofibrilangle byageandposition 注:在0.0l水平显着相关,Sig.<0.O1差异显着. 2.2微纤丝角的径向变异 从竹青到竹黄,按照1mm厚取样测试微纤丝角径向变化趋势见图3.由图3可见,微纤丝角未呈现出 明显的一致性规律,但有如下趋势:(1)微纤丝角在靠近竹青处较小,随之增大,而后呈现逐渐下降趋势,直至 竹黄处达到最小.(2)从竹黄到竹青微纤丝角呈无规律的波动趋势.方差分析结果表明(表2),竹壁径向位 置对微纤丝角有显着差异.微纤丝角最大值和最小值分别为12.O5.和7.6l.,差值小于4.44.. ? 竹青到竹黄的距离/mm radialpositionfrombark e 1234567 竹青到竹黄的距离/ram radialpositionfrombark 呈p 1234567 竹青到竹黄的距离/mm radialpositionfrombark 图3毛竹微纤丝角的径向变异 Fig.3Theradialvariationofmierofibrilangleformosobamboo — +一0.5a;一?一1.5a;'2.5a;—*一4.5a;一.一6.5a;?…8.5a;…+一10.5a 2.3微纤丝角的纵向变异 竹秆不同高度对微纤丝角的影响见图4,竹材上,中和下部的平均微纤丝角分别为9.32.,9.39.和9.50., 其中基部的平均微纤丝角较大,从基部到上部逐渐减小.经方差分析,各个高度处的微纤丝角不存在显着差 异(表2).对上,中和下部不同部位,以高度为自变量(),以微纤丝角平均值为因变量(Y),进行回归分析并 得到回归方程(表3).结果表明,微纤丝角与树高部位的关系用多项式方程模拟最好(R=1). 蓄 f..,基部中部上部 纵向位置 heightinstem 图4竹材微纤丝角随高度变异模式 Fig.4Thevariationpatternofmicrofibrilangleindifferent longitudinallocationformosobamboo 口0.5a;圈1.5a;?2.5a;团4.5a;图6.5a;图8.5a;目10.5a 表3竹材微纤丝角与竹高的回归关系 Table3Regressionrelationshipmicrofibril angleandheight 竹龄/aage回归方程regressionequation 3讨论 木材微纤丝角与木材的物理力学性质紧密相关,对木材的机械性能和尺寸稳定性具有重要影响,与木 材密度,纵向收缩率和弹性模量呈正相关,与木材抗拉强度,抗撕裂强度和硬度呈负相关….并且微纤 丝角也与木材的化学特性相关,木素的含量随微纤丝角的降低而降低. 树木内的微纤丝角因树种的基因型和细胞形成时的外界条件不同而不同,但以前所报道树种的微纤 76南京林业大学(自然科学版)第33卷 丝角径向变异遵循如下规律:微纤丝角在髓心处最大,从髓心到形成层逐渐变小,一般在10,16a后达到 一 个稳定值…I2.幼龄材和早材的微纤丝角分别比成熟材及晚材的要大'川.微纤丝角在单株树木 中的纵向变异是随树高的增加而逐渐减小,当达到一定的高度后微纤丝角达到一个较为稳定的值,但在树 木梢头部微纤丝角又有所增大.一般应压木比正常材在相同树干处微纤丝角要大". 竹材的微纤丝角变化规律没有木材的明显.在此次研究中,7种竹龄的竹材微纤丝角未呈现一致的 规律性变化,在0.5,1.5a之间微纤丝角呈上升趋势,随后逐渐下降,到10.5a又有所回升.每个竹龄微 纤丝角的径向变化为在靠近竹青处较小,随之增大,而后呈现逐渐下降趋势;或者从竹青到竹黄呈现波动 趋势.径向微纤丝角从下到上逐渐减小,上,中,下部的竹材平均微纤丝角分别为9.32.,9.39.和9.50.. 各个高度处的微纤丝角存在显着差异.竹材微纤丝角的变化幅度仅为4.44.,要比木材小得多.此次试 验只测定了微纤丝角的变异规律,还需和竹材环境因子,种源和干形等因子综合分析,以此来评定微纤丝 角对竹材其他物理,力学和化学特性等的影响. [I2] [13] [14] [15] [16] fl7] [18] [19] [2O] [21] 22 23 24 25 26 [参考文献] 江泽慧.世界竹藤[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002. 曹福亮.林分密度对南方型杨树木材性质的影响[G]//吕=E行,方升佐.杨树定向培育技术.北京:中国林业出版社,1997. WalkerJCF,ButterfieldBG.Theimportanceofmicrofibrilangletotheprocessingindustries[ J].NewZeal,1996,4O:34—4O. 孙成志,尹思慈.卜种国产针叶树材管胞次生壁纤丝角的测定[J].林业科学,1980,16(4):302—303. SentiFJ,Ben&senAB.Measuringmicro-fibrillaranglesusinglightmicroscopy[J].Wo odandFiberScience,1980,17(4):564—567. 江泽慧,邹惠渝,阮锡根,等.应用X射线衍射技术研究竹材超微结构I.竹材纤丝角[J].林业科学,2000,36(3):122—125. 王朝晖.竹材材性变异规律与加1利用研究[D].北京:中国林业科学研究院,2001 余雁,王戈,覃道春,等.X射线衍射法研究毛竹微纤丝角的变异规律[J].东北林业大学,2007,35(8):28—29,51. CaveID.FheoryofX—raymeasurementofmicrofibrilangle[J].ForestProductsJournal,1966,16(10):37—42. StuartS,EvansR.X-raydiffractionestimationofthemicrofbrilanglevariationineucalyptwo od[J].Appita,1994,48(3):197—200. ShupeTF,ChoongET,StokkeDD,etalVariationincelldimensionsandfibrilanglefortwofert ilizedeven—agedloblollypineplantations [J】WoodandFiberScience,1996,28(2):268—275. 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