木材吸著水研究(低場核磁共振技術)
木材中水分存在哪些狀態?
按水分與木材的結合形式與位置,可分為三類:自由水、吸著水和結合水。木材中主要水分是自由水和吸著水,化合水的含量非常少。日常使用中,吸著水對木材的性能起著至關重要的作用。
木材自由水:
木材中的毛細管系統有兩大類,即大細管系統和微毛細管系統。木材中的水分就存在于這些毛細管系統之中。
由細胞腔組成的大毛細管系統,對水分的束縛力很小以至無束縛力,水分能夠從大毛細管系統的斷面自由地蒸發出去。因此,把存在于大毛細管系統內的水分,叫做自由水。自由水的增減,只能影響木材的重量、保存和燃燒能力,而不影響木材的性質。
木材吸著水:
由互相通連的細胞壁構成的微毛細管系統,對水分有程度不同的束縛力,若要使微毛細管系統內的水分向空中蒸發,必須把空氣的濕度降低到一定的程度;或者在加熱條件下加速水分的運動,才能克服微毛細管的束縛力,向空氣中蒸發。同時,微毛細管系統不但在一定的條件下向空氣中蒸發水分,而且也能夠吸收空氣中的水分。因此,把存在于微毛細管系統內的水分,叫做吸著水。吸著水的增減變化,不僅使木材發生膨脹和收縮,而且也影響到木材的其它物理力學性質。
木材的纖維飽和點:
木材細胞壁含水率(吸著水)在飽和狀態,而細胞腔無自由水時的含水率,稱纖維飽和點。通常以30%為木材纖維飽和點,但不同木材略有差異。
纖維飽和點是木材特性變化的轉折點。在纖維飽和點以下時,木材細胞壁木纖維就像壓縮餅干一樣吸水,木材發生膨脹,含水率增加同時木材強度降低;當達到纖維飽和點時,木材的細胞和細胞間隙就像水庫一樣蓄水,木材體積和性能基本不發生變化;反過來,在纖維飽和點以上時,木材失水木材體積與性能基本不變,在纖維飽和點以下時,木材失去水分木材收縮,木材強度增加。
通俗點說來,木材干燥的過程中,將木材的纖維飽和點控制在30%的臨界點,木材的硬度會得以保正。當木材含水率沒有得到有效的控制,將對木材的使用產生不良的影響。
低場核磁共振技術研究木材吸著水原理
固態冰與液態水的核磁共振T2弛豫時間相差很大,冰的T2弛豫時間僅約6us,木材內吸著水的T2弛豫時間一般為毫,很容易區分。核磁共振分析儀是以質子為探針,能夠準確表達多孔介質內水分含量。通過選擇適當的溫度使木材細胞腔內自由水產生凍結,此時吸著仍然處于液態,從而可以準確獲得細胞壁內吸著水的信號總量。