木材流体渗透性是指流体在压力梯度下进入、通过和流出木材的难易程度。在木材非机械加工处理过程中, 无论将流体注入木材如防腐、阻燃、浸提、改性、油漆和染色处理, 或将流体自木材内排出如木材干燥和真空处理, 都与木材流体渗透性密切相关。因此, 深入研究改善难浸注木材渗透性的各种处理方法及其影响机理, 一直被视为当今国际上木材流体关系研究领域的前沿课题。本研究的目的是通过对两种难浸注木材边材和心材的生材分别进行普通气干和溶剂置换以及对其气干材进行水浸处理, 研究这3种不同处理方法对木材气体渗透性的影响, 并在此基础上探明其影响机理。具体而言, 对生材直接进行普通气干处理, 以研究具缘纹孔塞位置因高表面张力的自由水的移动而发生偏移对木材渗透性的影响规律; 对生材直接进行溶剂置换处理, 以保持具缘纹孔塞在立木状态时的原有位置, 进而探讨溶剂置换处理提高木材渗透性的可能性; 对气干材则采取水浸处理的方法, 即先对气干材置于水中浸渍, 然后进行溶剂置换干燥, 以揭示已发生偏移的纹孔膜可以回弹的可能性及其对渗透性的影响。

本研究用试材采自4株长白鱼鳞云杉(Picea jezoensis Var komarovii)、5株臭冷杉(Abies nephrdepis)。有关具缘纹孔塞位置的测定系通过用光镜在半薄切片上测量纹孔闭塞率的方法来确定。具缘纹孔的闭塞率从早材的200个纹孔、晚材的100个纹孔中统计。气体渗透性的测定系通过将3种处理试样待含水率基本调整至10%后利用水上升置换渗透性测定仪来完成(鲍甫成等, 1992)。本试验采用3种方法对试样进行处理, 具体方法如下。

冬季新伐倒的4株长白鱼鳞云杉及5株臭冷杉运回后, 立即进行解锯制作成尺寸为2 cm×2 cm×10cm (后一尺寸为纵向)的试样, 于不同株、不同方向分别挑选出在纵向上处于相同年轮层内的2个试样为1对, 其中云杉生材边材26对, 生材心材27对, 臭冷杉生材心材26对(因只有1株能取出边材, 故本研究中没有臭冷杉边材)。每1对试样中的其中1个进行普通气干处理, 即直接由生材状态在室内进行气干; 另1个试样则进行溶剂置换干燥处理。

本试验采用酒精有机溶剂(表面张力22.32 dyne/cm)置换木材内自由水, 具体方法如下:溶剂置换前先测定含水率组试样(与普通气干和溶剂置换处理用试样的部位相同)的含水率, 得出此时(相当于生材时)长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材的平均全干含水率(M₁)分别约为182 %、65 %、62 %; 然后对所有处理试样(包括渗透性试验用的溶剂置换处理试样、2枚称重试样、4枚解剖用试样及4枚化学成分分析用试样)进行称重得到各试材组的总湿重(W₁), 其中长白鱼鳞云杉生材边材组36枚试样湿重共计1401.66 g, 长白鱼鳞云杉生材心材组37枚试样湿重共计783.51g, 臭冷杉生材心材组35枚(缺1枚解剖用试样)试样湿重共计690.05 g。根据各试材组的平均含水率(M₁)及总湿重(W₁), 可分别计算出云杉边材、心材及臭冷杉心材试材组的全干总重量W₀ (W₀=W₁/ (1+M₁))分别约为498、474、427 g。3组生材试样称重后立即分别置于3个玻璃容器中, 首先依次用约50%、70%、95 %浓度的酒精溶液约1800~2000mL各置换1次, 每1次室温下浸泡2 d, 然后用100%的酒精溶液置换数次, 每次置换亦浸泡2 d, 直至根据每次(级)置换后所测溶液比重而得到的每1次(级)所置换出水分数量的总和(W)而计算出的试样平均含水率M₂ (M₂= ((W₁-W) -W₀) /W₀)至纤维饱和点以下为止。本试验云杉生材边材组置换7次后共置换出水分(W) 784 g, 含水率约24 %; 长白鱼鳞云杉及臭冷杉的生材心材组各置换5次后分别置换出水分298.2 g和243 g, 含水率均低于5 %。置换完成后取出试样置于室内蒸发, 并且每天对称重的试样进行称重, 当前后两次的称重值恒定时, 可以认为试样内的酒精已挥发排尽。本试验试样置于室内10d后, 称重试样的重量逐渐减小至恒定, 表明溶剂置换处理试样已可以同其相对应的普通气干处理试样一起进行含水率平衡的调整(鲍甫成等, 1991)。试样含水率基本平衡至10%后, 开始测定其气体渗透性。

上述4株长白鱼鳞云杉及5株臭冷杉解锯后, 一部分试条气干后直接制作成2 cm×2 cm×10cm的气干试样。从制作好的气干渗透试样中挑选出长白鱼鳞云杉边材、心材及臭冷杉心材试样各16枚, 将所挑选出的试样置于含水率平衡箱内进行含水率调整, 待含水率基本平衡后测定每1个试样的气体渗透性, 至此试样的气干时间为18个月。每1试样测定完渗透性后即进行水浸处理。

本试验水浸处理分2步进行。第1步对气干材试样使用灭菌蒸馏水浸泡, 直至所有试样吸水至下沉为止。在水浸之前, 先对所有试样称重。为了缩短试样吸水下沉所需的时间, 放入水浸之前先对试样进行抽真空处理。本试验全部水浸试样(包括渗透性试验用试样及称重、解剖、化学成分分析用试样各组7枚)至吸水沉降时为止, 共浸泡了2周。全部试样下沉后, 取出试样并用纱布揩净表面水后称重, 根据此湿重及浸泡前试样重(当时平均含水率约为10%)便可按上述计算方法算出浸泡后各类试材的平均含水率, 本试验云杉边材约242 %、心材约235 %, 臭冷杉心材约215 %。

本试验水浸处理的第2步系将水浸后的试样进行酒精溶剂置换干燥。如同生材的酒精置换处理一样, 先将云杉边材、心材、臭冷杉心材水浸后的试样分别放入3个玻璃容器内, 用不同浓度的酒精溶液逐级置换水分, 每1类水浸后的试样均置换7次, 每次3 d。根据上述计算方法, 置换后的云杉边材、心材、臭冷杉心材的平均含水率分别约为22 %、24 %、24%。置换后的试样放在室内气干, 通过对称重试样的称重, 发现放置1周后试样重量便接近试样水浸前的重量, 表明试样内酒精已挥发殆尽, 随之放入含水率调整箱内进行含水率调整。待试样含水率调整到约10%后, 再1次测定其气体渗透性。

由表 1、2可以看出, 长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材的生材经普通气干处理后, 其气体渗透性较低, 分别约为0.114、0.045和0.111darcy。Siau (1995)指出, 对于气干材而言, 当松科木材由生材状态开始水分干燥至纤维饱和点时, 此时管胞腔内的自由水已基本上被蒸发排尽, 于是便在起连通功能的管胞具缘纹孔对的纹孔室内形成了气——液弯月面, 从而产生了毛细管张力; 当弯月面移动至纹孔膜塞缘上的微孔时, 由于塞缘上的微孔非常小(0.02~4 μm), 所产生的高毛细管张力可以使纹孔膜发生移动从而偏向纹孔室的另一端口, 因而形成纹孔闭塞, 降低了木材渗透性, 增加了流体在木材内的浸注难度。本试验对3类试材在普通气干状态下的具缘纹孔分别进行了观察, 结果发现(表 4), 长白鱼鳞云杉气干边材早材和晚材具缘纹孔的闭塞率由生材时的5 %和12 %显著增加至99 %和81%, 表明了木材内水分的干燥过程导致了边材中管胞具缘纹孔膜的偏移, 从而引起纹孔膜上的纹孔塞对纹孔口的闭塞, 造成边材气干处理后渗透性的下降; 长白鱼鳞云杉气干心材和臭冷杉气干心材具缘纹孔的闭塞率与生材状态时比较无显著变化, 绝大部分为关闭状态, 早材尤其如此, 表明了普通气干处理对心材内管胞具缘纹孔的闭塞率没有影响, 这是因为在立木状态时心材纹孔就已经发生了偏移。此外还可以看出, 长白鱼鳞云杉生材边材经普通气干后早材管胞内具缘纹孔的闭塞数比晚材要高, 这是由于晚材管胞腔较小、纹孔膜较厚因而具有较大可以抵抗变形的刚性的缘故(Siau, 1995)。

表 1 长白鱼鳞云杉生材边材和心材经普通气干处理后及酒精置换处理后试样的气体渗透性 Tab.1 The air permeability of yezo spruce green sapwood and heartwood after air-drying and ethanol exchange drying treatments

表 1 长白鱼鳞云杉生材边材和心材经普通气干处理后及酒精置换处理后试样的气体渗透性 Tab.1 The air permeability of yezo spruce green sapwood and heartwood after air-drying and ethanol exchange drying treatments

表 2 臭冷杉生材心材经普通气干处理后及酒精置换处理后试样气体渗透性 Tab.2 The air permeability of fir green heartwood after air-drying and ethanol exchange drying

表 2 臭冷杉生材心材经普通气干处理后及酒精置换处理后试样气体渗透性 Tab.2 The air permeability of fir green heartwood after air-drying and ethanol exchange drying

表 4 长白鱼鳞云杉、臭冷杉木材于各种状态下管胞具缘纹孔的闭塞率 Tab.4 The fraction of aspirated pits in yezo spruce and fir tracheids under different states

表 4 长白鱼鳞云杉、臭冷杉木材于各种状态下管胞具缘纹孔的闭塞率 Tab.4 The fraction of aspirated pits in yezo spruce and fir tracheids under different states

Siau (1995)同时又指出, 若将松科木材生材内的自由水用低表面张力的有机溶剂进行置换后, 在其后续的蒸发干燥过程中, 管胞内具缘纹孔膜微孔气——液界面上的压力差较小, 不足以使纹孔膜发生偏移, 因而有可能保持生材状态下的原来位置。本试验对3种试材的生材直接进行酒精溶剂置换处理。考虑到普通气干处理和溶剂置换处理两组试样各为首尾相接, 在以下讨论中将以普通气干处理组作为对照组进行分析和比较。本试验研究发现, 长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换处理后气体渗透性约为11.713 darcy, 与普通气干处理组试样进行对比, 26个试样中, 其中增加最小的亦达10.36倍, 增加最大的高达271.63倍, 平均渗透性增加101.5倍(表 1); 通过对酒精置换及普通气干两组处理试样的气体渗透性进行成对比较分析, 表明两组试样渗透性的差异亦非常显著, 其显著水平为99.9 % (表 3)。表明了长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换处理后其气体渗透性与相应普通气干对照试样的气体渗透性相比较得到了非常显著的增加。

表 3 酒精置换处理和水浸处理对木材渗透性影响的成对比较分析 Tab.3 The paired comparison analysis for the effect of ethanol exchange drying and soaking treatments on air permeability of wood

表 3 酒精置换处理和水浸处理对木材渗透性影响的成对比较分析 Tab.3 The paired comparison analysis for the effect of ethanol exchange drying and soaking treatments on air permeability of wood

本试验长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换干燥后较普通气干后试样气体渗透性的增加幅度比Bramhall (1971)利用苯醇溶剂置换干燥对加拿大西部产难浸注花旗松(Pseudotsuga menziesii)边材早材渗透性渗透增加的10~100倍以及美国太平洋沿岸产较易浸注的花旗松边材早材渗透性增加的4~20倍还要高。如果以本试验酒精置换处理后的气体渗透性作为其生材时的渗透性, 则长白鱼鳞云杉气干边材的渗透性仅为其生材渗透性的约1%, 此与Comstock等(1968)和Erickson等(1959)所得的研究结果非常接近, 表明了酒精置换处理对提高长白鱼鳞云杉边材干燥后的气体渗透性非常显著有效。Comstock和Côté (1968)曾对加拿大红松(Pinus resinosa)和加拿大铁杉(Tsuga canadensis)的生材边材分别进行普通气干和溶剂置换干燥后的渗透性作了比较, 所用置换溶剂包括戊烷、二乙醚、酒精、甲醇、丙酮、三氯乙烷、氯仿、甲苯、溶纤剂、对氯甲苯、二氧乙烷、糠醛等一系列有机溶剂(表面张力为17~44 dyne/cm), 结果发现两个树种生材边材的透水性均为5.3 darcy, 有机溶剂置换干燥后边材的透气性略高于5.3 darcy, 而普通气干后的红松边材透气性仅为其生材透水性的4.5%, 略高于本试验云杉边材的结果, 普通气干的铁杉边材透气性仅为其生材的0.3 %, 比本试验云杉边材的1%稍低。Erickson和Crawford (1959)曾通过测量花旗松和西部铁杉(Tsuga heterophylla)边材的透水性来研究不同干燥方法的处理对木材渗透性的影响, 结果发现这两种树种的生材边材经过酒精溶剂置换、乙醇和苯置换、丙酮溶剂置换干燥后其透水性均保持同生材一样, 但两个树种边材的透水性均因普通气干的缘故而大大降低, 其中花旗松普通气干边材试样透水性仅为其生材时的1.3 %, 与本试验云杉边材的试验结果非常接近; 西部铁杉普通气干边材的透水性仅为生材时的3 %, 略高于本试验云杉边材的结果。

对于生材心材而言, 本试验结果发现, 酒精置换处理对长白鱼鳞云杉生材心材及臭冷杉生材心材试样干燥后气体渗透性的影响远不如它对长白鱼鳞云杉生材边材的影响。27枚溶剂置换处理后的云杉心材试样中, 有21枚试样的气体渗透性较其普通气干的对照试样气体渗透性略有增加, 其中有3枚增加1倍以上; 另外还有6枚试样略有降低或无变化(表 1)。26枚臭冷杉心材试样中, 有19枚试样的气体渗透性得到了增加, 其中有5枚增加在1倍以上; 另有7枚略有降低或无变化(表 2)。尽管长白鱼鳞云杉生材心材和臭冷杉生材心材经溶剂置换处理后比普通气干后试样的平均气体渗透性分别增加约62 %和30%, 但通过成对比较分析, 两个树种生材心材的酒精置换干燥试样与普通气干试样之间的气体渗透性差异不显著(表 3), 表明酒精置换处理对提高长白鱼鳞云杉和臭冷杉生材心材干燥后的气体渗透性无效, 这与Bramhall等(1971)、Petty (1978)等学者所得出的不同干燥方法对心材试样渗透性无显著影响的结论一致。

综上所述, 本试验结果表明酒精置换处理对提高长白鱼鳞云杉生材边材试样干燥后的气体渗透性非常显著有效, 但对云杉和臭冷杉生材心材则无效。

Siau (1995)曾指出, 影响针叶材毛细管系统有效性高低的最主要因素系在流体输导中起连通作用的纹孔系统, 而影响纹孔输运流体有效性的最主要的3个因子为: (1)由于纹孔膜偏移而导致的纹孔塞堵塞纹孔口; (2)由于浸提物沉积在纹孔膜上堵塞了纹孔膜微孔; (3)覆盖在纹孔膜上的一种无定形的、类似木质素的结壳物质镶嵌在纹孔膜上而堵塞了微孔。因此, 针叶材生材经溶剂置换处理后比经普通气干处理后试样渗透性获得增加的原因有可能来自二方面:一方面, 系由于低表面张力的溶剂置换后的试样在干燥过程中可以阻止纹孔膜发生偏移, 以保持干燥后试样纹孔塞位置的生材时位置; 另一方面, 溶剂置换过程中除了把高表面张力的自由水置换出外, 同时也带出了纹孔膜上的一些浸提物。

关于第1方面的原因, 本试验系通过用光镜在半薄切片上来测定纹孔闭塞率的方法加以论证。表 4列出了本试验用的长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材在生材时、普通气干、溶剂置换和水浸处理后4种状态下的管胞具缘纹孔闭塞率。由表 4明显看出, 长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换处理后, 早材和晚材管胞具缘纹孔的闭塞率基本上保持与其生材状态下相同, 分别约为8%和17 %, 绝大部分纹孔处于中间位置的开放状态; 而长白鱼鳞云杉生材边材经普通气干处理后, 早材和晚材具缘纹孔的闭塞率分别由生材时的5 %和12 %显著增加至99%和81%, 表明木材内水分的干燥过程导致边材中管胞具缘纹孔膜的偏移, 从而引起纹孔膜上的纹孔塞对纹孔口的闭塞。长白鱼鳞云杉心材和臭冷杉心材在生材状态时绝大多数的早材和晚材纹孔就已处于关闭状态, 酒精置换处理后2树种心材的纹孔闭塞率与普通气干处理后的纹孔闭塞率没有什么区别, 都是几乎所有的纹孔处于闭塞状态。可见, 云杉生材边材经酒精置换处理后之所以比普通气干后的气体渗透性大10~270倍, 主要是由于前者试样内早、晚材纹孔闭塞率远远低于后者的缘故, 也就是说, 酒精置换处理可以有效地阻止试样内管胞具缘纹孔在经酒精置换处理后的干燥过程中纹孔膜发生偏移, 因而基本上保持了试样干燥后纹孔的位置与生材时一样; 而两个树种的生材心材经酒精置换处理后与普通气干后试样的气体渗透性无显著差异, 可能正是由于心材在生材状态时纹孔膜就已发生偏移的缘故。由于心材在生材状态下其绝大多数纹孔已处于关闭状态, 因为纹孔闭塞是树木生活状态下心材形成过程中所产生的现象(Côté, 1963), 后续进行的试图保持生材时纹孔开放状态的溶剂置换干燥以达到改善木材干燥后渗透性的目的就失去意义。

关于溶剂置换处理过程中浸提物的抽出对渗透性作用的问题, 本试验亦进行了探讨。通过对溶剂置换处理后的试样(每株取1枚代表)进行苯醇和热水浸提物的测定, 并与对照用原料的苯醇和热水浸提物含量进行比较(表 5), 可以发现, 经过10~15 d的酒精置换, 长白鱼鳞云杉生材边材、心材和臭冷杉生材心材试样的苯醇和热水浸提物含量均有降低, 前者分别相应减小35 %、18 %、25 %, 后者分别相应减小约10%、43 %、13 %。如果考虑到这一点, 有可能推断前面所述的云杉生材边材试样经酒精置换处理后比经普通气干后试样平均气体渗透性显著增加的约100倍中也许掺杂着浸提物减小所起的作用在内。为了分清纹孔塞位置的开闭和浸提物减小两者作用的大小, 将与溶剂置换处理试样同样大小的云杉生材边材试样进行苯醇溶剂热浸提处理长达2个月, 内含苯醇浸提物基本排尽的情况下, 其平均气体渗透性仅较对照组试样气体渗透性约增加2.5倍(表 6), 比起溶剂置换处理后平均气体渗透性较对照组试样气体渗透性增加约100倍的显著效果仍然小得多。由此可见, 云杉生材边材经溶剂置换处理相对于边材普通气干后试样渗透性的显著增加, 主要是由于酒精置换干燥中防止了边材试样内纹孔膜的偏移; 酒精置换过程中小部分浸提物的排出即使起到某些增加渗透性的作用, 但与前者使纹孔塞保持在中间位置开放状态的改善效果相比, 可以忽略不计。而长白鱼鳞云杉生材心材和臭冷杉生材心材经溶剂置换处理后, 比心材普通气干后试样的平均气体渗透性只分别提高约62 %和30%, 效果较小, t检验差异不显著, 这除上述溶剂置换对改变纹孔塞位置不起作用的原因以外, 一部分浸提物的排除也可能没有起作用有关。

表 5 酒精置换处理和水浸处理试样及对照原料的苯醇和热水浸提物含量 Tab.5 The extractives of samples from ethanol exchange drying, soaking treatment and control groups(%)

表 5 酒精置换处理和水浸处理试样及对照原料的苯醇和热水浸提物含量 Tab.5 The extractives of samples from ethanol exchange drying, soaking treatment and control groups(%)

表 6 苯醇浸提处理试样和对照原料的浸提物含量及其渗透性 Tab.6 The extractives and air permeability of samples from benzene-ethanol extraction treatment and control groups

表 6 苯醇浸提处理试样和对照原料的浸提物含量及其渗透性 Tab.6 The extractives and air permeability of samples from benzene-ethanol extraction treatment and control groups

研究结果已经表明, 酒精置换处理可以有效地起到阻止云杉生材边材在后续干燥过程中纹孔膜产生偏移, 从而保持原来生材状态时原有的渗透性, 显著提高试材在溶剂置换干燥后的气体渗透性。在此基础上进一步探讨水浸处理对于纹孔膜已发生偏移的气干试样渗透性的作用问题, 将纹孔塞已发生偏移的气干材先进行水浸泡, 试图以打开已偏移的纹孔塞与纹孔缘之间的氢键结合, 再利用纹孔膜自身的弹性, 使原来已经偏移的纹孔塞重新回到中央位置, 然后同对生材的溶剂置换处理一样立即进行溶剂置换干燥, 以保持已回弹到中央位置的纹孔塞不再发生偏移, 从而提高普通气干材渗透性。

由表 7、8可见, 长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材气干试样经水浸处理后的渗透性均较其水浸前的气体渗透性有所增加, 其中云杉边材有5枚试样渗透性增加在1倍以上, 全部试样(16枚)平均渗透性增加约85 %; 云杉心材有5枚试样渗透性增加1倍以上, 全部试样(16枚)平均渗透性增加约49 %; 臭冷杉心材有3枚试样增加1倍以上, 全部试样(16枚)平均增加65.5 %。通过对各组试材处理前后之间的渗透性进行t检验成对比较分析(表 3), 各组试样处理前后渗透值的差异均为显著, 表明本试验条件下的水浸处理对提高长白鱼鳞云杉气干边材、心材和臭冷杉气干心材的渗透性有作用。

表 7 长白鱼鳞云杉气干材水浸处理前后试样的气体渗透性 Tab.7 The air permeability of air-dried yezo spruce specimens before and after soaking treatment

表 7 长白鱼鳞云杉气干材水浸处理前后试样的气体渗透性 Tab.7 The air permeability of air-dried yezo spruce specimens before and after soaking treatment

表 8 臭冷杉气干材水浸处理前后试样渗透性 Tab.8 The air permeability of air-dried fir specimens before and after soaking treatment

表 8 臭冷杉气干材水浸处理前后试样渗透性 Tab.8 The air permeability of air-dried fir specimens before and after soaking treatment

同生材的溶剂置换处理一样, 水浸处理改善木材渗透性的作用亦可能来自两方面。1是由于水浸处理可能使因普通气干已偏移的纹孔膜重新回弹到中间的开放位置, 提高了试样的渗透性; 2是由于处理过程中试样首先经水浸泡, 尔后又经溶剂置换干燥, 这样可能亦会浸提出一部分浸提物, 从而提高试样的渗透性。为了阐明第1点, 本试验亦首先对水浸处理后的试样进行半薄切片并在光镜下观测其早、晚材的纹孔闭塞率, 有关实验数据已列入表 4。由表 4可以看出, 已气干18个月的长白鱼鳞云杉边、心材和臭冷杉心材经水浸处理后, 纹孔闭塞率有所降低, 但大多数具缘纹孔仍处于关闭状态, 其中早材具缘纹孔的闭塞率分别是81%、87 %和78 %, 晚材具缘纹孔的闭塞率分别为63 %、70%和53 %, 早材纹孔闭塞率分别降低了18 %, 0和8 %, 晚材纹孔闭塞率分别降低了22 %, 17 %和34 %, 表明了有一小部分已发生偏移的具缘纹孔经过水浸处理后已回到中央的开放位置, 从而提高了其渗透性。

尽管纹孔闭塞率发生上述降低变化, 但水浸处理后各类试材的多数纹孔仍处于关闭状态, 纹孔闭塞率降低不多, 早材上的纹孔尤其如此, 或许这就是云杉气干边材经水浸处理后渗透性远小于其生材边材经酒精置换处理后的主要原因。这可能是由于试样气干时间过长和水浸泡时间不够的缘故。Thomas和Kringstad (1971)曾将气干3个月的火炬松(Pinus taeda)边材试样置于水中浸泡1周, 然后以正戊烷溶剂置换干燥, 结果发现所有纹孔的纹孔塞都位于中央; 而对于已气干13个月的边材试样, 采取同样方法只能使40%的偏移纹孔重新回弹到中央位置。表明纹孔闭塞时间愈长, 解除闭塞使其纹孔塞回到中央位置的纹孔数也愈少。而本试验用心、边材在水浸前气干已达18个月, 偏移纹孔的纹孔塞与纹孔缘之间可能有更多的氢键结合, 利用水浸泡来打开氢键亦就更为困难(Thomas et al., 1971); 再者, 纹孔膜还会因气干时间长久发生蠕变或应力松弛, 产生永久的偏移, 这样即使氢键打开了也因纹孔膜的蠕变或应力松弛难以回弹到中央的开放位置(Nicholas, 1973)。另外, 本试验条件下气干试样在水中的浸泡时间仅为2周, 只是使所有试样达到吸水沉降, 如果让试样吸水沉降后在水中再多浸一段时间, 或许可能有更多的闭塞纹孔重新回弹到原来生材时的中央位置。本试验水浸处理后各组试材晚材偏移纹孔的回弹率均略高于早材, 可能与晚材纹孔膜厚且管胞直径较小从而具有较早材纹孔膜刚性大有关(Siau, 1995)。这种性质决定了晚材纹孔膜一方面较早材抵抗偏移的能力强, 另一方面偏移后抵抗纹孔膜蠕变或应力松弛的能力亦要比早材强, 因而较早材的偏移纹孔容易经水浸后产生回弹。

为了证明第2点, 本试验利用水浸处理后每组试材的各4枚试样(每株1枚代表)进行苯醇、热水浸提物含量的测定, 结果表明(表 5), 与对照用原料的成分相比较, 水浸处理后的云杉边材、心材及臭冷杉心材的苯醇浸提物含量约分别减小了68 %、15 %、32 %, 热水浸提物含量亦约分别减小了36 %、27 %、34 %, 表明水浸处理过程中确有一部分浸提物被浸提出来。根据气干云杉边、心材和臭冷杉心材经2个月苯醇浸提处理后的平均气体渗透性比对照组试样气体渗透性分别增加约25 %、49 %、46 %的结果(表 6), 可以推断本试验条件下水浸处理云杉气干边材所得到的平均气体渗透性显著增加85 %, 可能包括水浸处理使一部分已偏移的纹孔(早材和晚材分别约为18 %和22 %)重新回到了中央的开放位置, 以及水浸处理过程中一部分浸提物排出(苯醇和热水浸提物分别减小约68 %和36 %)两方面的作用, 两者相比较, 即使假设一部分浸提物排出对渗透性的作用与苯醇浸提处理对渗透性的作用相等(平均气体渗透性增加约25 %), 则前一因素一部分已偏移纹孔塞重新回到中央位置的作用仍使渗透性增加约60%, 是浸提物排出作用的2.4倍, 因此前一作用可能更为主要。云杉气干心材经水浸处理后早材纹孔的闭塞率基本上无变化, 只是晚材纹孔的闭塞率降低了17 %, 并且水浸处理后渗透性获得的增加率与苯醇浸提物处理后的增加幅度完全一样, 因此水浸处理云杉气干心材后平均气体渗透性增加的49 %, 可能系主要来自试样内一部分浸提物排出(苯醇和热水浸提物含量分别减小约15 %和27 %)的作用, 同时晚材纹孔塞闭塞率降低了17 %也可能有点作用。臭冷杉气干心材经水浸处理后平均气体渗透性增加65 %, 亦可能来自水浸处理使约8 %已偏移的早材纹孔和约37 %已偏移的晚材纹孔, 经水浸泡重新回弹到中间的开放位置以及处理过程中试样内一部分浸提物排出(苯醇和热水浸提物含量分别减小约32 %和34 %)两方面的综合作用, 若设一部分浸提物排出对渗透性的作用与苯醇浸提处理对渗透性的作用相同(平均气体渗透性增加约46 %), 则因部分回弹纹孔而引起的渗透性增加率约为19 %, 两者相比较, 部分浸提物排出的作用为部分回弹纹孔作用效果的2.4倍, 可能更为主要。

长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材的生材经普通气干处理后, 其气体渗透性较低, 分别约为0.114、0.045和0.111darcy, 其中长白鱼鳞云杉边材的早、晚材纹孔闭塞率由生材时的5 %和12 %显著增加至99 %和81%, 这是其渗透性低的主要原因; 长白鱼鳞云杉心材和臭冷杉心材的早、晚材纹孔闭塞率分别为97.5 %和86.3 %, 94.9 %和92.2 %, 与其生材时的纹孔闭塞率接近, 其渗透性低是其固有的特性。

长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材的生材经酒精置换处理后, 其气体渗透性分别约为11.713、0.074和0.144 darcy, 比普通气干处理对照组试样的平均渗透性分别增加约101.5倍、62 %和30%, t检验表明, 前者差异非常显著, 但后两者差异不显著。长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换处理后早材和晚材管胞具缘纹孔的闭塞率基本上保持同生材状态时一样低, 分别约为8 %和17 %; 长白鱼鳞云杉和臭冷杉生材心材经酒精置换处理后早材和晚材具缘纹孔的闭塞率基本上保持同生材状态时一样高, 绝大部分为关闭状态。长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材的生材经酒精置换处理后, 苯醇和热水浸提物分别降低了35 %和10%、18 %和43 %、25 %和13 %。长白鱼鳞云杉生材边材经酒精置换处理后, 其平均气体渗透性较普通气干处理试样的平均气体渗透性显著增加的主要原因, 是经酒精置换干燥后其纹孔的闭塞率基本上保持同生材状态时一样低, 绝大多数纹孔仍处于开放, 纹孔塞保持中间位置的结果, 其次一部分浸提物在置换过程中被浸提出也可能是个原因。长白鱼鳞云杉生材心材和臭冷杉生材心材经酒精置换处理后比普通气干处理后试样的平均气体渗透性只分别提高约62 %和30%, 效果较小, 主要原因是酒精置换处理对降低长白鱼鳞云杉和臭冷杉生材心材干燥后管胞具缘纹孔的闭塞率无效, 因为此时溶剂置换对改变纹孔塞位置已不起作用, 同时置换过程中一部分浸提物的排除也可能没有发生多大作用。

已气干18个月的长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材经水浸处理后, 其平均气体渗透性较处理前分别增加约85 %、49 %、65.5%, t检验表明差异均显著。长白鱼鳞云杉边材、心材和臭冷杉心材经水浸处理后早、晚材的纹孔闭塞率分别降低了18 %和22 %、0和17 %、8 %和34 %, 苯醇和热水浸提物分别减少了68 %和36 %、15 %和27 %、32 %和34 %。它们渗透性的增加可能来自纹孔塞位置回弹和浸提物减少两个方面, 但对于长白鱼鳞云杉边材纹孔塞位置回弹可能是主要原因, 而对于长白鱼鳞云杉和臭冷杉心材则浸提物减少可能是主要原因。