鄧恩桉種源木材纖維特性分析

鄧恩桉種源木材纖維特性分析

木材纖維是木材的主要組織。木材纖維性質(zhì)的變化規(guī)律是木材材料質(zhì)量改善的基礎(chǔ)。木纖維是兩端尖銳,呈紡錘形,腔小壁厚的細(xì)胞,是闊葉樹的重要組成分子。木纖維起到支持樹體,承受機(jī)械作用的功能,其類別、排列方式及數(shù)量與木材密度、硬度和強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)有著密切聯(lián)系。在造紙和纖維工業(yè)中對(duì)纖維長(zhǎng)度有一定的要求,長(zhǎng)纖維可以提供的結(jié)合面多,有利于提高紙張和纖維產(chǎn)品的強(qiáng)度。纖維長(zhǎng)度大,可以提高紙張的撕裂度、抗拉強(qiáng)度、耐破度和耐折性。鄧恩桉Eucalyptusdunnii因生長(zhǎng)快,材質(zhì)好,抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn),特別是由于其具有較強(qiáng)的耐寒能力,使得對(duì)鄧恩桉的遺傳育種研究工作成為當(dāng)前中國(guó)桉樹育種工作的一個(gè)重要方向。在中國(guó)引進(jìn)耐寒桉的研究過(guò)程中,鄧恩桉是在低海拔地區(qū),尤其是夏雨型涼冷地區(qū)試驗(yàn)中測(cè)試最充分的樹種,在廣西、湖南、福建、云南、江西等地都表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性,具有很強(qiáng)的耐寒能力,生長(zhǎng)速度和干形表現(xiàn)亦較好[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。筆者對(duì)2個(gè)鄧恩桉種源的木材纖維長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比、雙壁厚及壁腔比進(jìn)行測(cè)定分析,以期為鄧恩桉的遺傳改良提供參考。1材料和方法1.1土壤條件及降水量試驗(yàn)地設(shè)在廣西柳州市沙塘教學(xué)林場(chǎng),立地條件均一,土壤為肥沃的土壤,土層深厚,pH4.0~6.0,年降水量約為1400.0mm,年平均氣溫20.5℃,冬季有霜凍(年均約25d)。1.2不同密度的林木生長(zhǎng)駁岸試驗(yàn)試驗(yàn)林于1991年5月營(yíng)造,共13個(gè)種源106個(gè)家系,采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),單株小區(qū),30次重復(fù),株行距2m×3m。試驗(yàn)林于3年生時(shí)進(jìn)行第1次選擇性疏伐,伐除50%生長(zhǎng)較差的林木;1999年底進(jìn)行第2次選擇性疏伐,保留15%生長(zhǎng)表現(xiàn)較好的植株。選取種源A和種源B等2個(gè)種源的平均木各5株,采用生長(zhǎng)錐取樣,在樹高1.3m處于北向鉆入,取得木芯迅速裝入塑料管中,并標(biāo)好北向,帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。1.3木材纖維親水性能的穩(wěn)定性分析—纖維性狀樣品的處理及測(cè)定分心材、中材和邊材3個(gè)部分對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定,用V(冰醋酸)∶V(工業(yè)雙氧水)=1∶1(體積分?jǐn)?shù)>27.5%)的混合液對(duì)木材纖維進(jìn)行離析,采用Nikon80i顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定,對(duì)各個(gè)試件隨機(jī)測(cè)量60根完整纖維的長(zhǎng)度、寬度、雙壁厚、壁腔比等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析采用Excel2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1長(zhǎng)度對(duì)鄧恩桉木纖維生長(zhǎng)的影響木材纖維長(zhǎng)度是纖維形態(tài)中最重要的因子,其變異大小是優(yōu)良紙漿材選擇的基礎(chǔ)。在造紙?jiān)现?可通過(guò)纖維長(zhǎng)度的分布和頻率來(lái)確定造紙工業(yè)中各種纖維漿料的配比,以保證紙張質(zhì)量。纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng),紙張的撕裂度越大,抗拉強(qiáng)度、耐破度和耐折性也都受到纖維長(zhǎng)度的影響。從表1中可知:種源A纖維長(zhǎng)度為874.11~1058.00μm,平均長(zhǎng)度為986.64μm;種源B纖維長(zhǎng)度為826.83~981.57μm,平均長(zhǎng)度為908.91μm。從表2可以看出:種源A中等長(zhǎng)度纖維頻率達(dá)80%以上,種源B中等長(zhǎng)度纖維頻率達(dá)40%以上。由圖1與圖2可知:鄧恩桉林木胸徑生長(zhǎng)與纖維長(zhǎng)度之間無(wú)顯著相關(guān)。在樹干的橫切面上,木纖維平均長(zhǎng)度的徑向變異為:髓心周圍最短,在未成熟材部分向外逐漸增長(zhǎng),到達(dá)成熟材后迅速減緩,然后比較穩(wěn)定。圖3可見:種源A和種源B心材部分纖維長(zhǎng)度最小,由心材向外逐漸增長(zhǎng),纖維長(zhǎng)度呈“心材<中材<邊材”的規(guī)律。2.2不同種源材料對(duì)鄧恩桉纖維寬度的影響木材制漿、造紙及紙張性能都受到木材纖維寬度的影響,通常腔大壁薄的纖維對(duì)紙張的成型和纖維交織有利,反之纖維撕裂強(qiáng)度則較高。從表1可知:種源A和種源B纖維寬度均值分別為25.71μm和19.30μm。從表2可知,種源A纖維寬度集中在15~30μm,占68.01%;種源B纖維寬度集中在15~20μm,占75.11%。由圖4和圖5可見:鄧恩桉林木胸徑生長(zhǎng)與纖維寬度間關(guān)系不顯著。圖6中,2種源心材部分纖維寬度相近,但其徑向生長(zhǎng)呈現(xiàn)出2種不同的規(guī)律。種源A自心材向中材部分,纖維寬度緩慢增長(zhǎng),自中材向邊材部分纖維寬度增長(zhǎng)幅度明顯加大。種源B纖維寬度自心材向外呈逐漸減小的規(guī)律。2.3纖維伸長(zhǎng)比的變動(dòng)木纖維長(zhǎng)寬比的重要性僅次于纖維長(zhǎng)度,它是評(píng)價(jià)一個(gè)樹種是否適于造紙的重要指標(biāo)。纖維長(zhǎng)寬比值越大,在制漿過(guò)程中有足夠大的結(jié)合面,紙張的撕裂指數(shù)越高,強(qiáng)度越高。通常認(rèn)為,纖維長(zhǎng)寬比值小于35~45的木材不能用于制漿,否則紙張的強(qiáng)度過(guò)低,但也有學(xué)者提出纖維長(zhǎng)寬比值小于50則不適于制漿。表1所示:種源A木材纖維長(zhǎng)寬比的變動(dòng)幅度較大,平均為42.94,種源B變動(dòng)幅度則較小,均值為47.13。表2所示,種源A長(zhǎng)寬比大于40和占75.45%,種源B長(zhǎng)寬比大于40占75.67%。由圖7可見:種源A纖維長(zhǎng)寬比自髓心向外逐漸減小,種源B自心材逐漸增長(zhǎng),在中材又逐漸減小,但邊材長(zhǎng)寬比值仍大于心材部分。2.4纖維細(xì)度與寬度木纖維雙壁厚是木材基本密度、木材質(zhì)量和強(qiáng)度的物質(zhì)基礎(chǔ),與紙張強(qiáng)度有著重要關(guān)系。在制漿造紙工業(yè)中,木纖維壁厚度大,成紙的組織膨松多孔,撕裂度大,引力和爆破因子減小;木纖維壁薄,成紙的張力和耐折性強(qiáng)。從表1可知:種源A和種源B的纖維雙壁厚變化情況與纖維寬度變化情況相似,其纖維雙壁厚均值分別為13.44μm和9.40μm。從表2可知:種源A雙壁厚多集中在10.00μm以下,占45.56%;種源B雙壁厚為10.00~20.00μm,占63.11%。從圖8可以看出:鄧恩桉木材纖維雙壁厚自心材部分向邊材增長(zhǎng),種源A雙壁厚整體大于種源B。2.5種源、壁腔比對(duì)紙張性能的影響纖維壁腔比是纖維雙壁厚與腔徑的比值,在造紙工業(yè)上稱為勞氏系數(shù)(Runkel),是衡量纖維原料優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一。通常認(rèn)為,纖維壁腔比越小,紙張的質(zhì)量越好。Runkel研究表明:壁腔比小于1的原料適合制漿造紙,為上等造紙用材,等于1的是中等用材,大于1的是劣等用材。表1所示:種源A和種源B壁腔比優(yōu)劣同存,種源A壁腔比最小值為0.93,最大比值為1.84,其均值為1.37;種源B壁腔比最小值為0.95,最大比值為1.22,均值為1.09。3種源生長(zhǎng)規(guī)律通過(guò)對(duì)2個(gè)鄧恩桉種源纖維形態(tài)的測(cè)定與分析表明,鄧恩桉胸徑生長(zhǎng)與纖維長(zhǎng)度、纖維寬度之間無(wú)顯著相關(guān)性。依照國(guó)際木材解剖學(xué)會(huì)(IAWA)關(guān)于木材纖維的分類,2個(gè)種源鄧恩桉木材纖維長(zhǎng)度為中等纖維(900.00~1600.00μm),適合于紙漿造紙。纖維寬度徑向變異呈自髓心向外逐漸增長(zhǎng)規(guī)律。種源A纖維寬度主要集中在15.00~30.00μm,種源B纖維寬度主要集中在15.00~20.00μm;纖維寬度與胸徑間無(wú)顯著相關(guān)性;徑向上種源A纖維寬度自髓心向外呈逐漸增長(zhǎng)規(guī)律,種源B則自髓心向外逐漸減小。種源A纖維長(zhǎng)寬比均值為42.94,種源B纖維長(zhǎng)寬比均值為47.13;種源A纖維雙壁厚為13.44μm,種源B纖維雙壁厚為9.40μm,徑向變異上兩者均呈自髓心向外增長(zhǎng)的規(guī)律;壁腔比種源A為1.