人工林楊樹(shù)正常木和應(yīng)拉木材性與制漿造紙性能關(guān)系及其模型研究.pdf

1、本文以正常生長(zhǎng)和偏心生長(zhǎng)歐美楊107楊（簡(jiǎn)稱為107楊）木材為研究材料，首先研究?jī)煞N生長(zhǎng)狀態(tài)部分木材材質(zhì)指標(biāo)的的徑向變異模式和整體趨勢(shì)；其次，分別對(duì)正常生長(zhǎng)楊樹(shù)中的正常木和偏心生長(zhǎng)中的應(yīng)拉木進(jìn)行化學(xué)組成和制漿造紙性能研究，分析了其化學(xué)組成、制漿性能和紙張性能的徑向變異模式和整體趨勢(shì)，并對(duì)正常木和應(yīng)拉木進(jìn)行了全面比較，再次，以正常木和應(yīng)拉木的材性和制漿造紙性能徑向變異為基礎(chǔ)，分析材性與制漿性能和紙張性能之間的關(guān)系，并建立了多重線性回歸模型

2、。此外，通過(guò)對(duì)兩種生長(zhǎng)狀態(tài)下立木表面軸向生長(zhǎng)應(yīng)變和內(nèi)部殘余軸向應(yīng)變的研究，分析了生長(zhǎng)應(yīng)變的不同高度、不同周向位置、不同徑向位置的變異模式和整體趨勢(shì)，并結(jié)合生長(zhǎng)性狀和木材性質(zhì)，分析它們之間的關(guān)系。研究得出結(jié)果具體如下：
　　 1．人工林楊樹(shù)正常木木材材性研究
　　 從木材解剖特性來(lái)看，歐美楊107楊是一種非常優(yōu)良的制漿造紙?jiān)?。徑向變異研究得出：木射線比量從髓心向外緩慢上升：導(dǎo)管比量從髓心向外略有下降；纖維比量從髓心向外開(kāi)

3、始保持不變，到第4年輪后開(kāi)始迅速下降；纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、長(zhǎng)寬比、胞腔徑的徑向變異整體趨勢(shì)是從髓心向外開(kāi)始迅速增長(zhǎng)到一定位置后速度開(kāi)始放緩；壁腔比的整體徑向變異趨勢(shì)是從髓心緩慢下降，達(dá)到第4年輪后開(kāi)始迅速攀升到樹(shù)皮；微纖絲角的整體徑向變異趨勢(shì)如開(kāi)口下鄉(xiāng)的拋物線，頂點(diǎn)在第4年輪。方差分析的結(jié)果表明不同單株、不同年輪之間纖維形態(tài)各指標(biāo)的變異都較大，并且這種影響程度在各指標(biāo)之間不一致。年輪對(duì)導(dǎo)管比量和纖維比量影響顯著，對(duì)木射線比量影響不顯著。

4、
　　 從木材化學(xué)組成來(lái)看，歐美楊107楊同樣也是一種非常優(yōu)良的制漿造紙?jiān)?。其徑向變異研究得出：纖維素含量和a-纖維素含量徑向變異整體趨勢(shì)是從髓心向外逐漸增加，在第6年輪處曲線趨于平穩(wěn)；綜纖維素含量和1％氫氧化鈉抽提物含量整體趨勢(shì)都是開(kāi)口向下的拋物線，頂點(diǎn)也都在第5年輪處；苯醇抽提物含量從髓心向外迅速降低；相對(duì)結(jié)晶度整體徑向變異趨勢(shì)是開(kāi)口向下的拋物線，頂點(diǎn)在第5年輪和第6年輪之間。方差分析表明化學(xué)組成在不同單株和不同年輪之間存

5、在著顯著的差異。歐美楊107楊的基本密度偏低，有利于制漿造紙。歐美楊107楊正常木基本密度徑向變異的整體趨勢(shì)線為開(kāi)口向上的拋物線。方差分析表明木材基本密度在不同單株和不同年輪之間存在著顯著的差異。
　　 歐美楊107楊生長(zhǎng)應(yīng)變研究顯示：立木表面軸向生長(zhǎng)應(yīng)力在樹(shù)干外圍的不同周向位置之間比較的差異不顯著，但在不同高度中差異顯著。生長(zhǎng)拉應(yīng)力值越大，纖維雙壁厚越小，此外隨著生長(zhǎng)拉應(yīng)力的增加，軸向的全干干縮率下降。歐美楊107楊內(nèi)部殘余軸

6、向生長(zhǎng)應(yīng)變的整體趨勢(shì)圖如開(kāi)口向下的拋物線，其頂點(diǎn)在髓心位置處。
　　 2．人工林楊樹(shù)應(yīng)拉木木材性質(zhì)研究
　　 應(yīng)拉木在各單株、各年輪之間的分布具有很強(qiáng)的不均勻性。應(yīng)拉木纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、長(zhǎng)寬比以及木射線比量與正常木之間差異不明顯，而微纖絲角度、導(dǎo)管比量要低于正常木，雙壁厚、壁腔比要高于正常，且差異在不同水平上顯著。偏心生長(zhǎng)的歐美楊107楊應(yīng)拉木區(qū)和對(duì)應(yīng)木區(qū)木材解剖特性徑向變異研究得出：應(yīng)拉木區(qū)木射線整體徑向變異模式是從

7、髓心向外以一定速度下降；導(dǎo)管比量從髓心向外一直保持持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；纖維比量在第1（2）年輪和第4年輪之間基本保持不變，隨后才有微弱的下降。應(yīng)拉木區(qū)中和對(duì)應(yīng)木區(qū)中的纖維長(zhǎng)度徑向上整體基本為持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；纖維寬度、壁腔比、雙壁厚從髓心開(kāi)始保持較緩速度增長(zhǎng)；腔徑在第1（2）年輪和第4年輪之間基木保持不變，隨后開(kāi)始緩慢上升；長(zhǎng)寬比徑向變異的整體趨勢(shì)如開(kāi)口向下的拋物線，其頂點(diǎn)位置在第5年輪處；應(yīng)拉木區(qū)中的微纖絲角徑從髓心向外逐漸降低；對(duì)應(yīng)木區(qū)的

8、微纖絲角度整體徑向變異趨勢(shì)如開(kāi)口向下拋物線，且第4年輪是拋物線的頂點(diǎn)。各解剖特性在不同單株和不同年輪比較中得出的結(jié)果存在不同點(diǎn)，纖維長(zhǎng)度、寬度、雙壁厚、微纖絲角、胞腔徑均顯示出較大差異性，而長(zhǎng)寬比卻沒(méi)有差異。木材組織比量中只有應(yīng)拉木區(qū)中的纖維比量在不同單株和不同年輪中差異顯著。
　　 應(yīng)拉木的纖維素含量和a-纖維素含量遠(yuǎn)高于正常木得到的數(shù)值，木材相對(duì)結(jié)晶度略高于正常木，因此木素含量和1％氫氧化鈉抽提物含量相對(duì)應(yīng)的較低，而綜纖維素

9、含量基本沒(méi)有變化。不同單株和不同年輪之間的化學(xué)組成和相對(duì)結(jié)晶度都存在較大差異性。應(yīng)拉木區(qū)密度要高于正常木木材基本密度。應(yīng)拉木區(qū)基本密度的整體徑向變異趨勢(shì)為：從髓心向外保持平穩(wěn)，從第4年輪后呈現(xiàn)迅速上升的趨勢(shì)，一直到樹(shù)皮。不同單株和不同年輪對(duì)應(yīng)拉木區(qū)木材基本密度的影響顯著。
　　 偏心生長(zhǎng)立木生長(zhǎng)應(yīng)力周向變化趨勢(shì)為，整個(gè)樹(shù)干外圍主要生長(zhǎng)應(yīng)力形式主要以拉應(yīng)力為主，并且傾斜樹(shù)干最上部或彎曲樹(shù)干最凸處的生長(zhǎng)應(yīng)力為拉應(yīng)力的最大值，傾斜最下

10、部或彎曲樹(shù)干最凹處的生長(zhǎng)應(yīng)力為拉應(yīng)力最小值或部分單株出現(xiàn)了壓應(yīng)力。不同單株、不同周向位置之間的生長(zhǎng)應(yīng)變差異性較大，而同一單株不同高度之間差異不明顯。立木表面軸向生長(zhǎng)應(yīng)變與木材材質(zhì)之間關(guān)系研究得出，生長(zhǎng)應(yīng)力拉應(yīng)力越大，雙壁厚、壁腔比、軸向全干干縮率、徑向全干千縮率、弦向全干干縮率均顯著增加，纖維寬度和腔徑顯著減少。偏心生長(zhǎng)木材內(nèi)部殘余軸向生長(zhǎng)應(yīng)變的徑向變異整體模式如開(kāi)口向下的拋物線，頂點(diǎn)在髓心處，從散點(diǎn)圖來(lái)看，應(yīng)拉木區(qū)樹(shù)干外圍若干年輪的應(yīng)

11、變值要小于對(duì)應(yīng)木區(qū)相對(duì)應(yīng)的年輪，說(shuō)明應(yīng)拉木區(qū)樹(shù)干外圍的生長(zhǎng)拉應(yīng)力大于對(duì)應(yīng)木區(qū)相對(duì)對(duì)應(yīng)的位置。
　　 3人工林楊樹(shù)正常木和應(yīng)拉木制漿造紙性能研究
　　 在正常木制漿條件實(shí)驗(yàn)中，歐美楊107楊的制漿性能處于中等水平，制漿得率從髓心向外迅速增加，到第6年輪后是出現(xiàn)微弱下降。卡泊值整體趨勢(shì)是如開(kāi)口向上的拋物線，卡泊值從髓心向外開(kāi)始逐漸降低，到第4年輪時(shí)出現(xiàn)最低值，隨后逐漸上升。根據(jù)制漿性能關(guān)系相關(guān)木材性質(zhì)和制漿造紙性能的徑向變異

12、模式和整體趨勢(shì)，本文歐美楊107楊紙漿林的輪伐期要長(zhǎng)于6年。不同單株對(duì)制漿得率的影響不顯著，而對(duì)卡泊值的影響顯著；年輪對(duì)制漿得率的影響顯著，而對(duì)卡泊值的影響不顯著。
　　 抗張指數(shù)的徑向變異整體變化趨勢(shì)為從髓心向外逐漸增加，到第5年輪后開(kāi)緩慢下降；撕裂指數(shù)在生長(zhǎng)輪初期主要還是保持一個(gè)較為平穩(wěn)的緩慢上升的狀態(tài)，到第4、5年輪之間保持基本不變，隨后在第6年輪后迅速攀升；耐破指數(shù)的徑向變異整體趨勢(shì)與抗張指數(shù)較為類似，從髓心向外迅速增加

13、至第5年輪，隨后開(kāi)始緩慢下降。本文認(rèn)為如果以紙張性能最大化目標(biāo)，歐美楊107楊紙漿林最佳輪伐期要不能超過(guò)5年。因此，綜合制漿性能和紙張性能的徑向變異結(jié)果，本文認(rèn)為歐美楊107楊紙漿林的最佳輪伐期應(yīng)該6-7年。不同年輪之間和不同單株之間各紙張性能指標(biāo)均差異顯著。
　　 與正常木相比可以明顯看出，應(yīng)拉木制漿得率較高，紙漿卡泊值較低。不同單株之間制漿得率和卡泊值的差異不顯著；年輪對(duì)制漿得率的影響顯著，而對(duì)卡泊值的影響不顯著。從應(yīng)拉木紙

14、張性能檢測(cè)性能可以看出，應(yīng)拉木制作的紙張抗張指數(shù)和耐破指數(shù)較正常木來(lái)說(shuō)要差的多，但是撕裂指數(shù)差別不大。不同年輪之間應(yīng)拉木各紙張性能指標(biāo)除耐破指數(shù)外均差異顯著，應(yīng)拉木單株之間的各項(xiàng)紙張性能指標(biāo)均差異顯著。
　　 隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高，應(yīng)拉木紙漿打漿度開(kāi)始迅速提高；隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高，應(yīng)拉木紙張抗張指數(shù)和耐破指數(shù)首先增加迅速，隨后速度趨于平緩；應(yīng)拉木紙張撕裂指數(shù)隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高先是出現(xiàn)微弱的提高，然后撕裂指數(shù)開(kāi)始下降。12000轉(zhuǎn)后

15、，應(yīng)拉木紙張抗戰(zhàn)指數(shù)和耐破指數(shù)已經(jīng)被提高到與正常木較為相同的水平，但是整體上看仍然會(huì)低于正常木紙張，此外，打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加對(duì)應(yīng)拉木紙張性能提高具有一定的上限，過(guò)高的打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)紙張性能有所損耗。
　　 4．人工林楊樹(shù)正常木和應(yīng)拉木木材性質(zhì)與制漿造紙性能關(guān)系及模型研究
　　 在正常木木材性質(zhì)與制漿性能相互關(guān)系得出：木材化學(xué)組成的綜纖維素含量、纖維素含量、a-纖維素含量、木材相對(duì)結(jié)晶度、1％氫氧化鈉抽提物含量之間存在顯著的正相關(guān)

16、關(guān)系，與苯醇抽提物含量和木材基本密度之間也存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系或負(fù)偏相關(guān)關(guān)系（年輪數(shù)為控制變量，下同），與半纖維素含量、木射線比量之間關(guān)系不顯著?？ú粗蹬c木素含量、木材基本密度、導(dǎo)管比量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，與纖維比量之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系也顯著。在應(yīng)拉木木材性質(zhì)與制漿性能相互關(guān)系得出：制漿得率與纖維素含量、a-纖維素含量、綜纖維素含量、木材結(jié)晶度、木材密度、纖維比量、年輪數(shù)、含膠質(zhì)纖維比例指標(biāo)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；與1％氫氧化鈉抽提物含

17、量、木素含量、苯醇抽提物含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系?？ú粗蹬ca-纖維素含量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其余指標(biāo)相關(guān)性均不顯著。
　　 采用主成分分析提取所有與制漿性能相關(guān)材性指標(biāo)的主成分，再利用主成分對(duì)分別對(duì)正常木、應(yīng)拉木和整體木材制漿得率和卡泊值進(jìn)行多重線性回歸，得到材質(zhì)指標(biāo)對(duì)制漿得率和卡泊值的經(jīng)驗(yàn)回歸模型。
　　 正常木材性與制漿性能線性回歸模型：
　　 在正常木木材性質(zhì)與制漿性能相互關(guān)系得出：抗張強(qiáng)度與纖維長(zhǎng)

18、度、纖維寬度、纖維長(zhǎng)寬比、胞腔徑、纖維比量、木材結(jié)晶度之間存在正的顯著相關(guān)性或偏相關(guān)性，與木材基本密度、雙壁厚、壁腔比、導(dǎo)管比量之間的負(fù)相關(guān)系數(shù)或偏相關(guān)系數(shù)均顯著，與微纖絲角、木射線比量之間相關(guān)性不顯著。耐破指數(shù)與纖維寬度，胞腔徑顯著正相關(guān)；與雙壁厚和壁腔比之間的顯著負(fù)偏相關(guān)。撕裂指數(shù)與雙壁厚、纖維長(zhǎng)度、纖維長(zhǎng)寬比、壁腔比、木材基本密度的正相關(guān)關(guān)系顯著。由于應(yīng)拉木木材性質(zhì)與紙張性能受到了應(yīng)拉木存在的不均勻性影響，無(wú)法得出顯著的相關(guān)性，因