这个命题所涉及的范围越来越大了,而且木材的吸湿和解吸过程/影响因素也及其复杂,所以只能把相关资料深度筛选进行阐述,在进入木材的吸放湿探讨前,先把之前的探讨内容再精简:根瘤纤维的线向收缩能力大大超过一般木种的纤维,球形的构造使得根瘤像一只可以伸缩的“海绵球”,记得有资料把它比喻成石楠木的“储水囊”,它的吸放湿能力超过了其它木种、甚至石楠本身的茎干和根部组织。
接下来就是比较微观的探讨。
1)首先说说木材中水的几种状态:
-自由水指以游离态存在于木材细胞的胞腔、细胞间隙和纹孔腔这类大毛细管中的水分,包括液态水和细胞腔内水蒸汽两部分。
-吸着水是指以吸附状态存在于细胞壁中微毛细管的水,即细胞壁微纤丝之间的水分。
-化合水 是指与木材细胞壁物质组成呈牢固的化学结合状态的水。
这张木材胞壁的含水状态图比较形象:
2)再说木材中水份的移动
在说之前,必须把“纤维饱和点”说清楚,即木材细胞壁吸着水处于饱和状态而细胞腔无自由水时称为木材纤维饱和点,此时的含水率为纤维饱和点含水率。纤维饱和点含水率平均约为30%。
水份在木材中的移动分两种情况:木材含水率在“纤维饱和点”之下和之上:
以烟斗为例,假设烟斗很干即在“纤维饱和点”之下,那么抽烟时的水汽会有三种移动方式:
1)在水蒸汽梯度压力的作用下,水蒸汽沿着细胞腔并通过纹孔及纹孔膜上小孔,由内向外扩散。
2)在毛细管力作用下,吸着水沿着细胞壁内微内细管系统的移动。
3)两种路径相互交替移动
也就是说,此时只有水蒸气在内部传递,水蒸汽移动的速度主要取决于纹孔膜上小孔的数量和直径,而且木材吸湿的空间位置在于细胞壁中无定形区域,根瘤的细胞组织结构应该利于水份的吸收。
假设烟斗吸满水蒸气,含水率在“纤维饱和点”之上:
水分在木材细胞腔内主要呈液体状态,水蒸汽也以饱和状态存在于细胞腔内。由于各个部位的水蒸汽压力是一致的,此种情况下,理论上是没有蒸汽状态的水分在木材内部移动,只有因毛细管张力差引起的液态水——自由水沿着细胞腔与纹孔的移动,所以取决与毛细管张力差,也就是说靠的是水的输送能力,根瘤的短纤维有助于水份的蒸发,和快干衣速干性一个道理。
3)木材干缩(湿胀)的种类也不得不说:
普通木材的干缩分为线干缩与体积干缩二大类。线干缩又分为顺着木材纹理方向的纵向干缩和与木材纹理相垂直的横向干缩。在木材的横切面上,按照直径方向和与年轮的切线方向划分,横向干缩分为径向干缩与弦向干缩,如图:
纵向干缩是沿着木材纹理方向的干缩,其收缩率数值较小,仅为0.1—0.3%,对木材的利用影响不大。横纹干缩中,径向干缩是横切面上沿直径方向的干缩,其收缩率数值为3—6%;弦向干缩是沿着年轮切线方向的干缩,其收缩率数值为6—12%,是径向干缩的1-2倍。
再看看年份与干缩的关系:
以油松为例,超过一定年份后,因轴向、径向、切向的收缩率的变化趋于零,其容积收缩率保持不变,我认为这种趋势也适用于石楠根瘤,超过一定年份后根瘤的吸水性变化趋于零,也就是说,不是越老树龄的根瘤就一定吸水性越好。
把根瘤的吸放湿归纳一下便于记忆:
吸湿:
1)根瘤细胞结构能让水分子更容易通过并在细胞腔/细胞壁储存水
2)根瘤的细胞间不定形组织能为水提供更多储存空间
3)根瘤纤维方向的伸缩性能提高水的储存空间
放湿:根瘤的短纤维能提高干燥的速度
吸放湿性能与树龄:随着树龄增加吸放湿能力增加,但是超过一定树龄后,吸放湿能力趋于稳定。
4)接着聊年轮,细心的斗友可以注意到我国南北树木的年轮差异,南方潮湿温暖树木年轮宽,北方干燥寒冷树木年轮窄,所以生长环境影响树木细胞的生长,而树木细胞的特性影响收缩率和吸放水能力。在说根瘤之前先说普通树木的年轮生长特征。
春季形成层细胞分裂快,个大壁薄,在材质上表现疏松而色浅,称为春材;由夏季到秋季,形成层的活动渐次减低,细胞分裂和生长渐慢,个小壁厚,材质上致密而色深称为秋材。而且由于气候的变化的不均与可以引起缓变和急变:
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树木的年轮,就是树干横截面上木质疏密相间的同心圆圈。每一个年轮的宽度包括当年的春材和秋材。多数温带树种一年形成一个年轮,因此年轮的数目表示树龄的多少,年轮的宽窄则与相应生长年份的气候条件密切相关,在干旱年份树木生长缓慢,年轮就窄,在湿润年份年轮就宽。