声波共振处理木材

摘要：纹孔膜是影响木材中水分迁移的主要因素。如果木材中纹孔膜被破坏，纹孔塞不能将纹孔阻塞，结果在木材干燥过程中水分容易逸出。因此从纹孔方面入手，对提高木材干燥速率有很大意义。现代应用的纹孔膜破坏技术例如用化学处理方法、利用外力、生物处理方法大都有所不足。本文提出将声波共振的原理应用到木材纹孔膜的破坏上，并对此方案的可行性进行了分析。

关键词：木材；声波共振；纹孔膜；水分迁移；干燥

木材作为一种生物质材料，在木材干燥过程中，木材内部的水分向表面移动，与此同时，木材表面水分向干燥介质中蒸发。影响木材干燥速度的因子有外因和内因两方面。外因包括干燥介质的温度、湿度和气流循环速度；内因包括木材的树种、厚度、含水率、心边材和纹理方向等。[1]

其中，木材的内部结构是影响干燥速度的主要内因。在立木中，纹孔是相邻细胞间的水分和养分的通道。由于纹孔是由纹孔塞和塞缘组成，并且纹孔塞对水分的迁移有阻碍作用，因此，在木材被伐倒加工过程中，纹孔又对木材干燥等有较大的影响。木材中纹孔膜被破坏，纹孔塞不能将纹孔阻塞，结果在木材干燥过程中水分容易逸出提高木材中水分的迁移速度。因此从纹孔方面入手，对提高木材干燥速率有很大意义。

1 纹孔膜去除方法的研究现状

现代社会，已有很多对去除木材纹孔膜的研究。一是采用化学处理方法，例如：鲍甫成等用苯-乙醇浸提长白鱼鳞云杉后，发现木材的渗透性平均比原来提高了75%[2]；二是利用外力，例如：利用木材燃料燃烧所产生的木煤气中组分的作用以及伴随的远红外辐射的作用，使得木材的纹孔膜破裂[3]；采用蒸汽爆破，不同程度地解除了闭塞纹孔的状态，打开了水分流动的通道[5]等方法。三是生物处理方法，例如：用一些专性厌氧菌和兼性厌氧菌能产生果胶分解酶，使纹孔膜降解[6]；

然而，以上的方法在应用时仍然有所不足。运用化学药剂的方法，由于苯、甲苯、乙醇化学药品价格高，一些厂商难以承受，同时，苯、甲苯对人体有毒害作用，不宜过多使用。并且在被处理木材在被使用时，处理残留的有毒有机物极易挥发到空气中，有害环境；利用外力的方法，虽然取得了良好的效果，但有些方法成本较高，不适合大批量的生产应用；运用生物的方法，用真菌开启木材细胞通道，若接种木腐菌，容易引起木材腐朽，无法准确控制腐蚀程度，并且耗时较长不适合在生产大规模干燥木材使用。

2 声波共振原理及可行性

共振是指一个物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动的情形。此一特定频率称之为共振频率。自然中有许多地方有共振的现象。一些应用共振原理的例子：乐器的音响共振、动物耳中基底膜的共振，磁共振波谱，核磁共振仪等等。

在声学中，共振也被称为“共鸣”。 根据分子物理学的原理，生物所有细胞并有其固有的振动频率。当一种频率的声波作用在一个系统上时，系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，此时，系统极易发生碎裂的现象。寻求所干燥的木材的特有频率，在特定空间内，给其一个相应频率的声波，破坏木材内部的纹孔膜。

可行性：王金满等人根据木材平行毛细管模型计算了我国东北红松（Pinus Koraiensis）和兴安落叶松（Larix dahurica）两种木材纹孔膜上微孔的平均半径r和有效微孔数目N[7]。说明了各木材的纹孔膜形态上和结构上有一定的规律。并且，纹孔膜与木材细胞壁其他部分的结构组成及物质组成也不同，因此具有不同的频率。所以人们可以利用声波共振这个原理将许多物质“粉碎”成微粒。而且产生声波的费用相对较低。因此，将声波共振原理应用到木材加工上面，破坏纹孔膜，对提高水分在木材中的迁移率很有帮助，有利于加快干燥速率。

3 方案的提出

首先要进行测定木材纹孔膜的频率。树种不同，则纹孔膜的厚度不同，组成的成分比例相对也有不同，因此不同树种的纹孔膜应该有不同的固定频率。而在同一种树种中的纹孔膜，由于化学组成一样，组成比例也大致相同，所以应该可以明确的确定出频率的大致范围。因此，为测定特定木材纹孔的频率，可在在实验室进行小型试验探究，随后建立常用木材纹孔膜频率库。并进一步确定木材经过处理后水分迁移速率的变化频率以及该频率是否有害人类的身心健康。

即使在今后的是实验中验证了破坏纹孔的频率不会影响到人类的身心健康，也要建立独立的声波纹孔膜破坏室，来降低伤害几率。

参考文献

[1] 刘一星，赵广杰. 木质资源材料学

[2] 鲍甫成，吕建雄. 长白鱼鳞云杉木材渗透性与苯-乙醇浸提对其影响的研究. 木材工业，1991（5）： 28-32.

[3] 安藤实 纹孔膜破坏的木材 专利申请日1995.10.12

[4] 王贵富，影响木材干燥速度的因素 （访问） 2011-3-28

[5] 张耀丽，徐永吉，蔡力平. 毛果冷杉湿心材无损探测及其蒸汽爆破对木材性能的影响，南京林业大学学报（自然科学版）2006-03-01

[6] 张耀丽，蔡力平，徐永吉. 毛果冷杉湿心材的闭塞纹孔及细菌对木材结构的降解，南京林业大学学报（自然科学版）2006-01-30

[7] 王金满，戴澄月， 刘一星. 木材纹孔膜微孔尺寸与数目计算，东北林业大学学报，1990-12-27