木材的滲透性研究(自寫論文)

木材的滲透性研究摘要：本文在綜合分析大量文獻的基礎(chǔ)上,詳細介紹了國內(nèi)外木材滲透性研究領(lǐng)域中的主要理論和常用的木材結(jié)構(gòu)模型,簡述了學者們在木材滲透性研究取得的主要成果,并提出一些今后研究的方向和趨勢。關(guān)鍵詞：木材滲透性，理論，模型，影響因子，趨勢ReviewofResearchonWoodPermeabilityAbstract:Basedonanoverallanalysisoftheworldwideresearchonwoodpermeability,thispapersummarizedtheprimarytheoriesandmodelsforstudyingwoodpermeability.Theachievementsinthisareaofstudymadebytheresearcherswerealsoreviewed.Keywords:Woodpermeability，theory，model，Influencefactors，trend前言木材滲透性是描述氣體或液體(統(tǒng)稱“流體”)在木材中滲透難易程度的物理量，是木材的一個重要性質(zhì)指標[1]。流體在木材中的滲透主要有兩個途徑，其一是紋孔系統(tǒng)，其二是細胞壁毛細管系統(tǒng)。木材滲透性研究主要包括：探索木材流體滲透性的特點及其滲透機制，及尋求控制木材流體滲透性的方法，以便更好地為木材資源的充分利用、木材加工處理技術(shù)的進一步發(fā)展提供重要的理論依據(jù)。在木材非機械加工處理過程中,無論將流體注入木材如防腐、阻燃、浸提、改性、油漆和染色處理,或?qū)⒘黧w自木材內(nèi)排出如木材干燥和真空處理,都與木材流體滲透性密切相關(guān)。因此,深入研究木材的滲透性理論和改善難浸注木材滲透性的各種處理方法及其影響機理,一直被視為當今國際上木材流體關(guān)系研究領(lǐng)域的前沿課題。本綜述的目的是，綜合分析國內(nèi)外相關(guān)文獻，從研究現(xiàn)狀、影響因素及改善措施等方面入手，試圖最清晰完整地呈現(xiàn)有關(guān)木材滲透性理論的研究成果，為今后的研究與應用提出建議。木材滲透的基本理論木材是一種天然生長的多毛細孔材料，具有各種稱之為毛細管的天然通道，某些流體在特定條件下可以流動于其中。木材內(nèi)流體的遷移可分為兩大類。第一類是質(zhì)量流即流體在壓力梯度或毛細壓力梯度作用下，沿木材結(jié)構(gòu)中空隙網(wǎng)絡的移動。流體在木材內(nèi)質(zhì)量流的強弱取決于木材的滲透性。第二類是擴散，擴散有兩種，氣體之間的擴散(包括水蒸氣在細胞腔空氣中的擴散)和細胞壁里結(jié)合水的擴散。流體在木材中的滲透有別于流體在木材中的擴散。正如Siau教授[2]指出的那樣，滲透是一種體流，是因靜壓力梯度或毛細管壓力梯度作用出現(xiàn)在木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互連通孔隙中流體的流動。木材流體滲透性是木材的一個重要性質(zhì)，木材加工處理如木材干燥、改性、防腐、膠粘、化學制漿等都與滲透性關(guān)。1.1達西定律流體憑借壓力差，以穩(wěn)定狀態(tài)在木材中流動，一般遵循達西(Darcy)定律。達西定律描述液體在木材以及其他多孔性固體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)流動，通常用下式表示。傳導率=通量÷梯度公式1.1在方程(l.1)中傳導率實際上也就是滲透率。達西定律應用于木材中還有許多假設(shè)和附加條件，其基本假設(shè)是:1.流體流動是以粘滯流或?qū)恿鞣绞竭M行的穩(wěn)態(tài)流動，因此層流流速以及容積流速與所施加的壓力差成正比;2.液體是均勻的和不可壓縮的;3.多孔性固體是均勻的;4.液體與多孔性固體之間不發(fā)生相互作用:5.滲透性與試樣在流動方向上的長度無關(guān)。達西定律應用于木材中氣體和液態(tài)水的移動時，在許多情況下與以上假設(shè)并不相符，盡管如此，用它作為表征流速和壓力梯度之間關(guān)系的基本方程仍然是適用的。木材對于不可壓縮流體如液體達西定律可按下式表示:kl=通量/梯度=(V/tA)/(△P/L)=QL/(A△P)公式1.2其中，kl:液體的滲透率(cm3液體/cmatms);V:液體流過的體積(cm3);t:該體積的液體通過木材所需的時間(s);Q:液體的體積流量率(cm3/s);L:液體流過的長度(cm);A:液體流過的面積(cm2);△P:試樣兩端的壓力差(atm)。從公式1.2顯然可見，滲透率在數(shù)值上等于單位多孔性立方固體，在相對兩面施加單位壓力差時，液體移動的速度。此方程適用于側(cè)面對應平行及端面相互平行的試材。修正L’=L+1.2r。這里L為毛細管實際長度，r為毛細管半徑。短毛細管中滑流按Clausing因子減少，相應AdZumi方程中的滑流分量要乘上Clansing因子Kc，對于不同的L/r，Kc如下所示[3]:Kc=1/(1+0.SL/r)，L/r≤1.5，Kc=1/(1+0.375L/r)，L/r>1.5。無論是Darcy定律或與其等效的Hagan—Poiseuille方程，還是Adzumi方程都描述了體積流率(Q)與壓強差(△p)間的線性關(guān)系。但是，對于短毛細管來說，即使流體處于層流(粘性流)狀態(tài)也會出現(xiàn)非線性流。為了將滲透理論應用于結(jié)構(gòu)復雜的木材，木材科學工作者提出了一些簡化的木材結(jié)構(gòu)模型，常用的有以下幾種：(1)均勻并聯(lián)毛細管模型。這是最簡化的流體縱向滲透木材結(jié)構(gòu)模型。視木材內(nèi)流體滲透路徑由數(shù)目眾多、大小均勻、互不相通且平行排列的毛細管所組成。此模型適用于導管開口的環(huán)孔材流體縱向滲透，Smith和Lee使用該模型計算了幾個闊葉材的縱向滲透系數(shù)，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與實驗值很符合[4]。(2)Sebatian針葉材模型。該模型可用于氣體滲透。對于針葉材不論氣體縱向滲透還是橫向滲透，都可看作為管胞腔流阻和紋孔膜微孔流阻的串聯(lián)。若紋孔膜微孔半徑足夠小，管胞腔流阻可忽略，則由Klinkenberg方程描述的滲透系數(shù)與平均壓力倒數(shù)間的關(guān)系成線性。Sebatian于1965年首先運用該模型研究白云杉木材結(jié)構(gòu)特性[5]。(3)Petty模型一流體縱向滲透的木材結(jié)構(gòu)模型。這是用于流體縱向滲透的木材結(jié)構(gòu)模型。理論分析和實驗結(jié)果都表明木材內(nèi)存在著流導值(流阻值)相差懸殊的兩大類等效毛細管，如針葉材管胞腔與紋孔膜微孔(闊葉材導管腔與紋孔膜微孔)，木材流導就是由許多個這樣兩種毛細管串聯(lián)通道平行排列所構(gòu)成，一個通道的流阻為:1g=lgt+1gL這里gt為管胞或?qū)Ч艿牧鲗В琯L為紋孔膜微孔的流導，g為兩流阻串聯(lián)的等效流導，木材的滲透系數(shù)則為單位滲透截面所有通道等效流導的并聯(lián)值。該模型可用來說明滲透系數(shù)與平均壓力倒數(shù)間的非線性關(guān)系;類似Sebatian模型，由滲透系數(shù)和平均壓強倒數(shù)的曲線，得到這兩個流阻值和它們所對應的等效毛細管半徑和數(shù)量密度。(4)Comstock針葉材模型[6]。針葉材中流體滲透基本上是通過連接管胞的具緣紋孔對進行的。同理，紋孔膜微孔較管胞腔小很多，管胞腔對流體的阻力可忽略，流體滲透阻力全由紋孔膜微孔產(chǎn)生。Comstock假定紋孔全部位于管胞的徑面并集中在管胞兩端，并假定所有紋孔膜微孔大小相同;管胞端部均有兩個紋孔對將上下左右相鄰的管胞連通，一系列平行排列的成串管胞構(gòu)成木材滲透通道，連接相鄰管胞的紋孔對不僅是流體縱向滲透通道，也是流體橫向滲透通道，故這一模型適用于針葉材縱向滲透和橫向滲透。Comstock據(jù)此導出了針葉材縱向滲透系數(shù)與橫向滲透系數(shù)比值的關(guān)系式，計算結(jié)果與實驗結(jié)果十分接近。(5)針葉樹材氣體滲透的三維流阻網(wǎng)絡模型。鮑甫成、侯祝強[33.34]根據(jù)針葉樹材管胞流阻和管胞在縱向、徑向、弦向的連接特性，建立了一個描述針葉樹材氣體滲透性的三維流阻網(wǎng)絡模型，計算了針葉樹材氣體滲透系數(shù)，所得馬尾松木材氣體縱向、徑向、弦向滲透系數(shù)計算值與測量值十分吻合。在木材流體滲透性研究工作中，還采用直接實驗觀察的方法研究木材流體滲透性，通常是將含有示蹤劑(彩色染料、銅、銀、碳、砷等金屬或非金屬離子)的流體滲透進入木材試件，而后將木材試件切片制樣，用光學顯微鏡、電子顯微鏡及其它成象設(shè)備觀察示蹤劑移動和分布情況，了解掌握流體滲透的機理和規(guī)律。這種方法最突出的特點是極具直觀性。一方面可以直接觀察木材各構(gòu)造層次(粗視結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、超微觀結(jié)構(gòu))對流體滲透作用機制;另一方面可以通過對滲透過程開始到結(jié)束整個過程連續(xù)觀察，詳盡了解木材中流體滲透的全過程，據(jù)此驗證與完善滲透理論和模型[3]。不過，這種方法不易于對木材流體滲透性作完整的定量描述。1.4木材中流體的形態(tài)[1、3、7]在外界壓力梯度下，流體于多孔介質(zhì)中可能發(fā)生的各種流動包括:黏性流(線性)、紊流(湍流)、滑流及非線性層流也可能同時包含上述幾種流動類型。1.4.1黏性流(線性層流)當流體通過多孔介質(zhì)，其黏性力占主導地位時，流體成分靠彼此間質(zhì)點力相互跟隨，使流體流動呈流線型。此時，流動類型屬于黏性流或線性層流，流動呈穩(wěn)態(tài)，遵循達西(Darcy)定律:流體在多孔介質(zhì)中流動的體積流速與能量損耗呈線性關(guān)系，與介質(zhì)長度線性負相關(guān)，與穩(wěn)定傳導率呈比例關(guān)系。針對液體，達西定律的數(shù)學表達式如下:式中:Kl：多孔介質(zhì)對液體的比滲透率，m3·m-1;Q：體積流速，m3·s-1;L：流動方向上樣品長度，m;A：垂直流動方向上樣品橫截面積，m3;ΔΡ為壓強差，Pa;μ：流體黏度，Pa·s。而對于可壓縮流體如氣體，達西定律的數(shù)學表達式可以用Q(=PQ/P)代替Q，表示如下:式中:Kg：在真實氣體滲透性條件下的氣體比滲透率;P：流速Q(mào)可以被測量下的壓強，Pa;P為P1和P2的算術(shù)平均值，Pa;其他因素與方程(1)和(2)中對應單位相同。根據(jù)方程(3)，氣體流速在恒定的平均壓強下與壓強降直接成比例，說明介質(zhì)的多孔結(jié)構(gòu)總是在流動方向上保持不變，也即，滲透性不依賴于流向上的試件長度。此外，在多孔介質(zhì)內(nèi)流動的液體黏性流也能被Poiseuille方程精確描繪。其假設(shè)多孔介質(zhì)是由一束直的統(tǒng)一平行毛細管所組成，且每根毛細管都遵循Poiseuille定律，那么液體通過多孔介質(zhì)的黏性流可以表達為:而對于氣體，Poiseuille定律可以寫成:式中:N：統(tǒng)一平行直毛細管的數(shù)量;r：其半徑，m。Poiseuille方程和Darcy方程都是基于Navier-Stokes方程推導出來的，當假設(shè)流體為穩(wěn)態(tài)，多孔介質(zhì)為平行直毛細管狀，流動中忽略不計慣性力時，兩者可以描述流體在多孔介質(zhì)中的流動，且是等價的。即:式中:n表示每單位橫截面積上的毛細管數(shù)量，m-2。式(7)表明:如果一流體流經(jīng)一多孔介質(zhì)時完全遵循達西定律，那么比滲透性不會被測量流體所影響。Darcy方程和Poiseuille方程均表明:在平均壓強下，流速Q(mào)和壓強降ΔP呈線性正相關(guān);針對氣體，表示比流速(QLP/ΔP)和平均壓力P間關(guān)系的直線應該通過坐標原點。1.4.2紊流(湍流)理論和試驗均表明:對于平行于毛細管壁的高流速，流動類型是瞬變的;且似乎存在一個“轉(zhuǎn)變點”，低于此時層流穩(wěn)定，高于此時層流很可能變得不穩(wěn)定，并且受輕微干擾時形成漩渦。這種包含漩渦的流動常被稱為湍流(紊流)。對于層流存在于長的平滑管或毛細管中的“轉(zhuǎn)變點”通常用雷諾數(shù)來界定:式中:P：流體密度，kg·m-3;v：直毛細管中的平均流速，m·s-1。當在一長直毛細管中的雷諾數(shù)超過2300時，發(fā)現(xiàn)流體中的層流減弱，漩渦或紊亂增加。因此，流體在長直毛細管中的臨界雷諾數(shù)為2300，低于此，流體是完全黏滯性的。當流體(液體或氣體)發(fā)生紊亂時，Poiseuille和Darcy定律不再有效，壓強降與流速的平方大致成比例。1.4.3滑流或努森(Knudsen)擴散達西定律或它的等價Poiseuille定律的偏離不僅在高流速中發(fā)現(xiàn)(紊流)，也在由分子影響產(chǎn)生的低流速中發(fā)現(xiàn)。當多孔介質(zhì)的毛細管尺寸比流體(尤指氣體)分子的平均自由程小或在相同級數(shù)時，即發(fā)生滑流現(xiàn)象。此時，分子－分子碰撞逐漸減弱，分子－毛細管壁碰撞增加。如果流體的平均自由程遠遠較毛細管半徑大，在流體中就不會出現(xiàn)黏滯流，因為分子僅僅與毛細管壁碰撞，而非彼此碰撞。這種自由分子流動事實上是一擴散過程，被稱為努森擴散。由于液體的平均自由程很小，故滑流多發(fā)生在氣體中。對于氣體在圓形毛細管中發(fā)生的滑流，可以用努森方程描述如下:式中:R：通用氣體常數(shù)(=8.314J·mol-1Κ-1);T：開爾文溫度;Mw：分子質(zhì)量，對于空氣而言，為0.029kg·mol-1;其他同上。另外，由氣體滑流發(fā)生的條件可知，滑流應是氣體的平均自由程和毛細管半徑的函數(shù)。根據(jù)氣體動力學理論，氣體分子的平均自由程可以通過下式計算出來:式中:λ為平均自由程，m;其他同上?；靼l(fā)生的前提是氣體的平均自由程≥毛細管半徑，且氣體在毛細管中流動的流速較低。另外，用努森方程表達滑流的前提是多孔介質(zhì)的通道為圓形毛細管。1.4.4非線性層流如上所述，用于描繪流體以穩(wěn)態(tài)黏性流形式通過多孔介質(zhì)的Poiseuille方程和Darcy定律，是在Navier-Stokes方程的慣性項被忽略的假設(shè)下得到的;但這僅僅對于直毛細管條件時是對的，而對于在曲線的毛細管或短毛細管—經(jīng)常出現(xiàn)在多孔介質(zhì)中的情形，由于動能損耗影響和末端效應影響都很明顯，慣性項變得越來越重要。引入慣性項的最終結(jié)果是在壓強降和流體速率間產(chǎn)生了一個不再是線性關(guān)系的關(guān)系，從而使得達西定律發(fā)生偏移。但無論如何，線性流仍然保持穩(wěn)定;更確切地說，它們不會波動，只是一些穩(wěn)定的次級流動或許出現(xiàn)在這種體系的較高流速中。這種在多孔介質(zhì)中由于動能損耗和末端效應影響引起達西定律偏移的流動體系常被稱為非線性層流或穩(wěn)態(tài)慣性流。（11）對于流體在毛細管中流動并伴隨發(fā)生非線性層流的描述，Barr(1931)提出了如下方程:（11）式中:ΔP：總驅(qū)動力，Pa;ΔPf：由于摩擦引起的壓強降(線性流)，Pa;ΔPk：由于流體流動橫截面積的突然收縮和擴大引起的動能損耗而產(chǎn)生的壓強降，Pa;ΔPe：由于入口形狀等情形引起的末端效應所產(chǎn)生的壓強降，Pa;m是動能和末端效應的損耗系數(shù)(m=1.19)。方程(11)表明:由動能損耗和末端效應引起的壓強降與流體流速的平方成比例;而湍流條件下，壓強降與流體流速的平方也大致成比例。故按照此種方式，很難通過測量這兩者間的數(shù)量關(guān)系，將由動能效應和末端效應引起的非線性層流與湍流區(qū)分開來。1.5木材中流體的主要通道[1]眾所周知，具有非常復雜和不均勻結(jié)構(gòu)的木材被認為是加固有序的介質(zhì)。它具有類似串并聯(lián)毛細管結(jié)構(gòu)的高度多孔結(jié)構(gòu)，但并非是完全可滲透的材料。根據(jù)Poiseuille方程，流體主要被串并聯(lián)毛細管結(jié)構(gòu)中串聯(lián)的最小路徑和并聯(lián)的最大路徑所控制。因此，流體在木材的流動取決于木材的解剖結(jié)構(gòu)。對于針葉材而言，軸向管胞是其主要結(jié)構(gòu)因子(占總體積的90%～93%)，彼此間通過紋孔對相互連接，故可以大致認為針葉材的主要流通通道為流體從軸向管胞經(jīng)過具緣紋孔對到下一個緊連的軸向管胞。闊葉樹木材比針葉樹木材結(jié)構(gòu)更復雜，因為它的組分組成了更多的細胞類型，其主要的是軸向輸導組織包含導管(55%)和纖維(26%)。纖維通常少紋孔，具厚壁;而導管分子主要通過開放的穿孔板連通。另外，導管腔中的甲基纖維素、其他的堆積物也很大程度上控制著流體的滲透。因此，可以構(gòu)建一個歸納的闊葉樹木材流體流通通道:導管是闊葉樹木材中最主要的開放流通通道，流體通過導管并經(jīng)末端穿孔板到達下一個導管，除非它們被甲基纖維素或其他沉積物堵塞—此時，流體會從導管流向軸向薄壁組織、木纖維和木射線?？傊樔~樹木材的主要流通通道為彼此間通過紋孔對相互連通的管胞;闊葉樹木材為彼此間通過穿孔板相互連通的導管。它們縱橫向彼此連通，被統(tǒng)一視作串并聯(lián)毛細管，共同組成了流體在木材內(nèi)流入、經(jīng)過和流出的主要通道。這種流體在木材真實毛細管中的流動或許可以被近似認為流體在串并聯(lián)玻璃毛細管中流動的組合。1.6木材滲透試驗方法應用上述理論研究木材流體滲透性時，主要以流體(氣體或液體)滲透系數(shù)、液體滲透深度、液體滲透量及液體滲透均勻性為衡量指標。測量滲透系數(shù)的主要方法有吸水沉降法、氣流法和液流法;氣流法又分水上升置換法、水下降置換法和轉(zhuǎn)子流量計測定法;液流法分靜壓力下液體滲透性測量法和高壓力下液體滲透性測量法。此外，還常采用直接試驗觀察的方法研究木材流體滲透性。液體滲透木材的效果如滲透深度、滲透量及滲透均勻性等常采用重量法、圖形分析法、SEM-EDX法、顯色法、原子示蹤法、FTIR紅外光譜法、CT、核磁共振法及在線實時檢測法等測定[1]。這些方法的優(yōu)點是快速、方便、直觀，但不能完整地定量描述。2木材滲透性的影響因素木材的滲透性主要涉及三個方面，即木材、流體（或滲透介質(zhì)）以及外在條件，正是這3方面的聯(lián)合作用決定了木材的流體可滲透程度。故控制和影響木材流體滲透性的因子必然與此三者有關(guān)。具體說來，木材滲透性因下列因素而有所區(qū)別，包括：木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（紋孔的位置、大小、數(shù)量、開閉及有無覆被物，木射線與水平樹脂道，超微結(jié)構(gòu)等），抽提物和樹脂，含水率，微生物，干燥方式，內(nèi)外壓力差，電場，等。其中，最主要的影響因素是木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2.1木材結(jié)構(gòu)影響滲透性的因子很多，有些因子的影響在一定程度上可以通過構(gòu)造因子反映出來，木材構(gòu)造對滲透性的影響最顯著。木材是由微小的組織和細胞組成的多孔和各向異性的物質(zhì)，水分憑借動力(壓力或水分梯度)和木材結(jié)構(gòu)的變化以液體或水蒸氣的形式通過各種通路在木材中移動。通路由導管分子上的穿孔、纖維、射線細胞、紋孔腔和開放的紋孔膜、細胞間的空隙和短時間細胞壁通路組成。闊葉材因?qū)Ч艿拇嬖谑蛊錆B透性在縱向較高，而橫向較低。針葉材由于管胞的徑向壁上有較多的紋孔穿過細胞壁與其他管胞橫向連通，因此徑向的滲透性較大。有的多孔體是可浸透的，只要有空隙相互連通，滲透性就存在。正是因為木材結(jié)構(gòu)因子的綜合作用，導致針葉材低滲透樹種比闊葉材多（鮑甫成，1965）、闊葉環(huán)孔材低滲透樹種比散孔和半散孔材多（鮑甫成等，1984）。同一樹種，縱向滲透性大于橫向滲透性（鮑甫成等，1992）；邊材滲透性往往大于心材滲透性（Robertetal.,1996）；弦向滲透性與徑向滲透性及早材滲透性與晚材滲透性隨樹種而異（Baoetal.,1999）。2.1.1紋孔經(jīng)過多年的研究，國內(nèi)外絕大多數(shù)學者都認為管胞具緣紋孔是控制針葉材滲透性的首要構(gòu)造因子。Jagels[8]認為液體流經(jīng)針葉材主要經(jīng)過胞腔和紋孔；具緣紋孔對，特別是紋孔塞部分，在流體滲透時受到較大作用力[9]；在流體滲透時，具緣紋孔的滲透阻力最大[10]；Petty[11]認為，具緣紋孔在液體滲透時提供90%的阻力；我國學者鮑甫成等[9]以基本密度為0.365g/cm3的針葉材為例計算出縱、橫向滲透時，通過細胞腔的壓降，大約分別為紋孔的0.006%和0.000000016%，即通過細胞腔的阻力很小，與紋孔相比完全可以忽略不計，換言之，流體的滲透阻力幾乎全由紋孔控制。眾所周知，有效紋孔膜微孔大而多者，滲透性高。紋孔中的紋孔塞在某些情況下會產(chǎn)生偏移，形成紋孔閉塞，進而對木材的滲透性產(chǎn)生巨大影響。而影響有效紋孔膜微孔大小和數(shù)量的主要因素有：由于紋孔膜偏移而導致的紋孔閉塞;由于抽提物沉積而導致的紋孔膜微孔堵塞;由于結(jié)殼物質(zhì)沉積鑲嵌在紋孔膜上而形成的微孔堵塞[12]。關(guān)于紋孔閉塞的形成機理，各國學者都進行過一些研究和描述，其中以Hart和Thomas(1967)[13]最有代表，現(xiàn)將其介紹如下（圖1）：圖1.紋孔閉塞的形成原理圖a表示大半徑的彎月面在紋孔口形成；圖b表示紋孔緣與紋孔塞之間已形成彎月面，由于其半徑小于a中半徑，因此產(chǎn)生的表面張力更大；在上面的紋孔腔排空后，蒸發(fā)沿著塞緣上的微孔進行(圖c中)，從而產(chǎn)生比b中大得多的表面張力，如果外界空氣壓力和水分中產(chǎn)生的張力之差足夠大，紋孔塞將產(chǎn)生偏移；直至如圖d所示的整個紋孔塞正好蓋住紋孔口，這個紋孔就閉塞了；圖e和f表示紋孔塞繼續(xù)偏移，最終形成完全閉塞紋孔。理論上而言，液體是不能通過完全閉塞的紋孔產(chǎn)生流動的，木材中閉塞紋孔所占的比例越高，其滲透性就越差，反之，則好。Siau（1995）[14]總結(jié)了過去許多學者的研究成果，把形成紋孔閉塞的主要因子歸結(jié)為以下五條：a.所蒸發(fā)的液體必須能與木材形成氫鍵的能力且必須兼?zhèn)浣o予體和接受體二者的性質(zhì)。b.所蒸發(fā)的液體使木材濕脹的能力必須近似等于或大于水。c.紋孔膜上微孔要小。d.其表面張力與接觸角之間的關(guān)系必須具備能使初始毛細作用力大到足以令紋孔膜產(chǎn)生偏移的能力。e.紋孔膜的剛性要低。2.1.2抽提物等木材抽提物的化學組成包括酚類、脂類、蠟狀物、異構(gòu)體和萜類化合物，抽提物成分、含量及其在木材中的分布，是否堵塞或阻礙流體滲透路徑等都將影響木材的滲透性。邊材比心材滲透性高，部分原因是由于心材形成過程中浸提物的覆蓋造成有效紋孔膜微孔半徑的減小和數(shù)量的減少。細胞壁是由許多層次組成的,依周瑩等[4]結(jié)論：細胞壁各層次中，微纖絲周圍常為豐富的基質(zhì)結(jié)殼物質(zhì)和抽提物等沉積和包裹著,這些物質(zhì)也明顯地堵塞著木材的微細結(jié)構(gòu),和影響著胞壁微毛細管的性質(zhì),是落葉松木材滲透性差的又一重要原因。樹脂或樹膠量少且分散，則流通通道順暢，滲透性高(Matsumuraetal．，1995b)。如落葉松(Larixgmelinii)滲透性差，其含有的豐富樹脂就是主要原因之一[15]。2.1.3含水率在橫向傳導中,由于傳導途徑方向與木材中占絕大多數(shù)的軸向細胞的胞壁垂直,決定了氣體在傳導中必須與木材內(nèi)表面進行大量而又充分的接觸,木材在較低含水率時,由于氣體具有一定的相對濕度,空氣中的水分與木材的內(nèi)表面進行單純的表面反應作用,在木材接觸的界面上產(chǎn)生吸著。吸著主要是由于吸著點的數(shù)量和結(jié)合力大小決定的。木材的吸濕是由細胞的內(nèi)表面積大小以及內(nèi)表面積和水的親和能力大小決定的,濕脹木材細胞內(nèi)表面積大約為（3.5-7.5）×106cm2/g。木材吸著點是木材成分中經(jīng)基(-OH)和梭基(-COOH)等。這種吸著作用使得在低含水率下極易進人木材中氣體中的水分部分被吸收，降低了氣體的通量,從而使?jié)B透性降低。隨著含水率的提高,水分在木材內(nèi)部表面上形成致密的水分子層,從而擴大了纖絲相互間的距離,而且形成吸著水分子層后,水分與細胞壁結(jié)合體對空氣中的水分吸著作用大為降低,空氣在木材內(nèi)傳導的效率提高,使得木材內(nèi)氣體流動的阻力減小,滲透度達到最大值。不同含水率使木材滲透性達到最大值的主要原因是樹種不同、紋理方向不同、內(nèi)部成分對氣體傳導的影響不同所致。當達到極點以后,木材內(nèi)表面繼續(xù)吸附水分#形成二次結(jié)合水和多層結(jié)合水,從而使木材中氣體傳導的通路減小,特別是在接近纖維飽和點時#在微孔膜的微孔處,由于水的作用使微孔閉合,氣體傳導受阻,因而滲透性變小。在軸向傳導中,在低含水率時,滲透度較高,這主要原因是氣體在軸向的傳導,主要是取決于軸向的細胞、管胞或?qū)Ч?、纖維相交疊連接處紋孔膜的狀態(tài)，隨著含水率的增加,紋孔膜上開始有水分凝結(jié),微孔尺寸與數(shù)目減小,阻礙了氣體的傳導,從而使?jié)B透性變小。在纖維飽和點左右木材滲透性最低。滲透性大小的變化是受木材內(nèi)可供流體傳導的微孔大小及數(shù)量所決定的,并且這種構(gòu)造上的變化是受木材含水率的影響,在含水率升高的過程中,紋孔膜上微纖絲膨脹或有水分凝結(jié),使得紋孔膜上微孔半徑減少和數(shù)量減少[16]。苗平等[17]采用升水容積置換法分別測量了I－72楊木材徑向、弦向和縱向的氣體滲透性，分析了含水率對楊木氣體滲透性的影響。結(jié)果表明:同一含水率條件下，I－72楊木材徑向氣體滲透性稍大于弦向;在較高的含水率階段，縱向氣體滲透性略大于橫向(徑向、弦向)，隨著含水率降低，縱向氣體滲透性與橫向的差異急劇增大。而在各個紋理方向上不同部位的滲透性差異不明顯。隨含水率的降低滲透性有不同程度的提高，并且變異性較小。2.1.4微生物微生物對流體滲透性影響是通過微生物作用對木材構(gòu)造特別是對紋孔構(gòu)造的影響來表現(xiàn)的。早在1970年，Dunleavy和McQuire就發(fā)現(xiàn)了水貯的云杉原木由于細菌的入侵破壞了具緣紋孔、交叉場紋孔的紋孔膜，使其三個紋理方向的滲透性都有很大增加。許忠坤等人[18]杉木木材具有較好防腐性,但經(jīng)微生物處理后,木材液體滲透性提高大55.3%-60.5%,經(jīng)方差分析,對照與處理差異顯著;微生物處理對心材沒有作用;微生物處理改善杉木木材滲透性主要作用在邊材,其作用在前6h,單位體積吸水量占總吸水量的55.3%-60.5%,達到24h后吸水量差異甚微。鮑甫成等[19]利用水池貯存處理木材研究了細菌對改善長白魚鱗云衫木材滲透性的有效性。滲透性增加的原因主要是由于邊材和部分心材試樣受到短芽孢桿菌等細菌的侵蝕,據(jù)電鏡觀察,邊材大多數(shù)具緣紋孔的紋孔塞被細菌降解后形成空洞,心材的管胞內(nèi)壁及具緣紋孔的紋孔緣上有細菌存在。2.1.5滲透介質(zhì)當滲透介質(zhì)為液體時，木材滲透性與液體種類和極性、分子大小及構(gòu)造、液體黏度和濃度等因素有關(guān)。一般來說，液體黏度越低，濃度越低，分子空間體積越小，極性參數(shù)與木材越接近時，滲透性差異不大，通常氮氣滲透略快，氧氣略慢，而空氣介于兩者之間[15]。2.1.6外在條件在染色等需改善木材滲透性的加工中，對木材施加的外在條件即不同處理方法，會有不同程度的改變。鮑甫成等[19]的試驗結(jié)果表明,水池貯存處理長白魚鱗云衫氣干材10周,不僅可以非常顯著地增加其邊材的滲透性(滲透性平均增加29倍),而且其心材滲透性亦有明顯改善(平均滲透性增加1.52倍)。但心材試樣滲透性增加不均勻,僅有50%的心材試樣在水池貯存處理后滲透性得到了增加。木材經(jīng)抽提后,滲透性有明顯提高,并與抽提時間成線性關(guān)系。木材抽提后滲透度提高的程度與其所含相應的抽提物的比例成正相關(guān)。冷水抽提對落葉松滲透性改善較大。堿和苯乙醇抽提效果最明顯,抽提后木材滲透性提高的內(nèi)在原因是除去紋孔膜上的結(jié)殼物質(zhì)，但堿抽提后的木材有較嚴重的變形,苯乙醇抽提后的木材尺寸穩(wěn)定性較好[19]。5種不同干燥方法干燥后人工林杉木邊材的浸注性總是明顯高于心材，經(jīng)大氣干燥、高溫干燥、常規(guī)窯干、高頻真空干燥和冷凍干燥后杉木邊材單位浸注面積的液體吸收量（512分鐘）平均值分別為其心材的7.1、2.9、2.2、9.1和6.5倍。方差分析結(jié)果表明，無論采用哪種干燥方法，人工林杉木心、邊材試樣單位浸注面積的液體吸收量之間均有顯著差異。無論是通過哪一種干燥方法，干燥試樣在經(jīng)過一段時間的液體浸注后，杉木邊材試樣內(nèi)部的液體浸注高度很高，而心材試樣內(nèi)部的浸注高度很低，難以被浸注。人工林杉木邊材浸注性明顯高于心材的原因，除了心材管胞具緣紋孔的閉塞率高于邊材以外，可能還有心材形成過程中浸提物的覆蓋、結(jié)殼物的鑲嵌造成有效紋孔膜微孔半徑和數(shù)量減小和減少的緣故[10]。呂建雄等[20]通過對長白魚鱗云杉和臭冷杉生材分別進行普通氣干處理和酒精置換處理以及對其氣干材進行水浸處理,研究了這3種不同處理方法對木材氣體滲透性的影響及其影響機理。研究結(jié)果表明,長白魚鱗云杉邊材、心材和臭冷杉心材的生材經(jīng)普通氣干處理后,其氣體滲透性較低;長白魚鱗云杉邊材、心材和臭冷杉心材的生材經(jīng)酒精置換處理后,比普通氣干處理對照組試樣的平均滲透性分別增加約101.5倍、62%和30%,t檢驗表明,前者差異非常顯著,但后兩者差異不顯著;已氣干18個月的長白魚鱗云杉邊材、心材和臭冷杉心材經(jīng)水浸處理后,其平均氣體滲透性較處理前分別增加約85%、49%、6515%,t檢驗表明差異均顯著。錢俊等[21]為了研究采用電場手段改良杉木的可行性，將一定含水率的杉木板材置于不同的電場強度（極板間電勢差）中，并在杉木板材上部穩(wěn)定地保持一定量的氯化鈉溶液，5h后，測試板材不同高度（厚度）部位的含水率和鈉離子含量，并與未在電場中滲透的杉木的對應值比較分析，研究電場強度對氯化鈉溶液在杉木中滲透能力的影響，結(jié)果表明：①定向電場的存在，能促進氯化鈉溶液在杉木中的滲透；②在本試驗范圍內(nèi)，隨著電場強度的增加，氯化鈉溶液中水分和鈉離子在杉木中、下部滲透量增加