水曲柳不同受熱時間下的形貌和成分分析

龐九磊

摘 要：隨著現(xiàn)代的室內(nèi)裝修，水曲柳由于其諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。筆者看到好多火災(zāi)現(xiàn)場有水曲柳燃燒過的痕跡，不同時間的過火面有不同的形貌，筆者根據(jù)專家指點，模擬不同受熱時間，觀察其不同形貌的變化。為火災(zāi)后的調(diào)查提供一定的參考，便于火災(zāi)認(rèn)定。

關(guān)鍵詞：不同受熱時間 微觀形貌 分析

中圖分類號：S762 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0245-01

木材一般分為針葉樹材和闊葉樹材。針葉樹材如紅松、落葉松、云杉等。針葉樹材往往密度較小，材質(zhì)較松軟，通常稱為軟材，主要供建筑、家具、樁木等用途。闊葉樹材如樺木、水曲柳、櫟木、櫸木等，種類比針葉樹材多得多。大多數(shù)闊葉樹材密度較大，材質(zhì)較堅硬，因此俗稱硬材，用途如家具、室內(nèi)裝修、等。與針葉樹材相比，闊葉樹材更多地被用于家具和室內(nèi)裝修。其中水曲柳樹質(zhì)略硬、紋理直、結(jié)構(gòu)粗、花紋美麗、耐腐、耐水性較好，易加工但不易干燥，韌性大，膠接、油漆、著色性能均好，具有良好的裝飾性能，是目前家具、室內(nèi)裝飾用得較多的木材，是制膠合板的良好材料，也可供飛機、造船、中草藥等廣泛使用[1]。

1 木材的顯微結(jié)構(gòu)

木材顯微結(jié)構(gòu)是將常溫狀態(tài)下自然風(fēng)干水曲柳原木在掃描電鏡下進(jìn)行觀察，在掃描電鏡下觀察水曲柳是由無數(shù)的管狀細(xì)胞有序結(jié)合而成，一般情況下，木材沿縱向生長的細(xì)胞占絕大多數(shù)，少數(shù)細(xì)胞橫向生長[3]，但在掃描電鏡下可以觀察到水曲柳縱向生長細(xì)胞與橫向生長細(xì)胞數(shù)量大致相同，截面觀察細(xì)胞排列結(jié)構(gòu)是由粗徑細(xì)胞、細(xì)徑細(xì)胞按層層疊生方式緊密排列在一起，粗徑細(xì)胞以圓形、橢圓形為主，細(xì)徑細(xì)胞以六邊形為主，兼雜圓形、橢圓形等。細(xì)胞壁主要由初生壁和次生生長組織層構(gòu)成，細(xì)胞與細(xì)胞之間由紋孔相聯(lián)系[4]。細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對木材的燃燒特性有很大的影響[5]。

2 木材受熱后的炭化機理

木材由常溫逐漸加熱，在100 ℃開始蒸發(fā)水分，但溫度達(dá)到110 ℃時已經(jīng)成為絕對干燥狀態(tài)，再加熱時就開始熱解析出一些不可燃?xì)怏w，此外外層開始分解出可燃?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物，同時放出大量的熱量，開始劇烈的氧化，在150 ℃左右開始放熱，到250 ℃左右熱分解速度急劇加快，分解出大量的可燃?xì)怏w，表面發(fā)生變色，在360 ℃時產(chǎn)生明顯炭化花紋，達(dá)到420 ℃～460 ℃時，木材會自行著火，直到出現(xiàn)有焰的燃燒，并且炭化層出現(xiàn)明顯炭化裂紋[6]，隨溫度升高，大裂紋被分解成小裂紋，溫度越高，炭化紋絡(luò)之間的間距越小，同時炭化層增厚，木材完全燃燒后，有焰的燃燒就會停止，而轉(zhuǎn)入木炭的無火焰燃燒階段，最終木材內(nèi)部炭結(jié)構(gòu)會趨近于石墨的結(jié)構(gòu)[7]，這表明了木材炭化是一連串的物質(zhì)分解及聚合等反應(yīng)[8]。

經(jīng)實驗，在掃描電鏡加速電壓為20 kV的情況下，對不同受熱時間以及原始水曲柳試樣的微觀形貌進(jìn)行觀察、比較、分析，得如下結(jié)論。

3 不同受熱時間下水曲柳的微觀形貌特征分析

3.1 500 ℃5 min微觀形貌特征分析

從弦切面看，水曲柳在500 ℃5 min時橫向生長組織細(xì)胞內(nèi)部有瘤狀物出現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)部次生層變薄，細(xì)胞內(nèi)、外表面單紋孔大量出現(xiàn)，紋孔外延部分不夠清晰，孔洞尚未完全打開，細(xì)胞壁橫截面斷面不光滑，壁層較厚。

從橫截面看，水曲柳在500 ℃5 min時細(xì)胞間紋孔切斷面殘余明顯，細(xì)胞內(nèi)部次生層仍存在，部分細(xì)胞壁橫截面出現(xiàn)裂痕，細(xì)胞壁較厚，細(xì)胞內(nèi)瘤狀物大量存在，細(xì)胞壁斷面出現(xiàn)裂痕。

3.2 500 ℃10 min微觀形貌特征分析

從弦切面看，水曲柳在500 ℃10 min時細(xì)胞間紋數(shù)量有所減少，但紋孔孔洞只有少量完全打開，紋孔外延邊緣變的棱角分明，細(xì)胞內(nèi)、外表面出現(xiàn)條紋狀的凸起，細(xì)胞壁變薄，截面表面平滑。

從橫截面看，水曲柳在500 ℃10 min時細(xì)胞間紋孔切斷面殘余部分減少，細(xì)胞壁變薄，細(xì)胞內(nèi)部的次生加厚層減薄，瘤狀物數(shù)量在逐步減少，細(xì)胞壁橫截面上的裂痕增多。

3.3 500 ℃15 min微觀形貌特征分析

由弦切面看，水曲柳在500 ℃15 min時縱向生長組織內(nèi)部依然存有數(shù)量可觀的次生加厚層，但細(xì)胞腔壁變的光滑細(xì)膩，細(xì)胞壁表面的碎屑也隨溫度的升高而減少，細(xì)胞內(nèi)、外壁橢圓型單紋孔數(shù)量又有所減少，少數(shù)紋孔空洞并未完全張開，破碎的細(xì)胞壁邊緣變的光滑。

由橫截面看，水曲柳在500 ℃15 min時，細(xì)胞內(nèi)、外壁上單紋孔切斷面明顯，部分細(xì)胞內(nèi)腔仍存在帶狀次生壁加厚層，細(xì)胞端部絮狀沉積物明顯，但數(shù)量已經(jīng)較少，細(xì)胞孔徑較小，細(xì)胞壁較厚，橫截面上的裂痕數(shù)量越來越多，裂痕裂度不大。

3.4 500 ℃20 min微觀形貌特征分析

由弦切面看，水曲柳在500 ℃20 min時縱向生長組織內(nèi)部次生加厚層減薄消失，細(xì)胞腔壁光滑細(xì)膩，橢圓型單紋孔數(shù)量稀少，紋孔孔洞完全張開，破碎的細(xì)胞壁邊緣變的平滑。

由橫截面看，水曲柳在500 ℃20 min時縱向生長組織內(nèi)部次生加厚層減薄消失，細(xì)胞壁變薄，紋孔孔洞完全張開，紋孔切斷面殘余部分消失，細(xì)胞壁橫截面上裂痕很多，裂痕程度明顯可見，細(xì)胞內(nèi)的瘤狀物消失。

由以上可見，隨受熱時間增長水曲柳試樣炭化物微觀形貌變化均有有以下規(guī)律。

（1）水曲柳細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞間質(zhì)逐漸減少消失，細(xì)胞壁表面逐漸趨向光滑細(xì)致，細(xì)胞壁逐漸變薄，細(xì)胞壁孔徑變大。

（2）細(xì)胞壁上的單紋孔數(shù)量先增加后減少，紋孔外展外延變化為先模糊不清后清晰可見，直至最后消失。

（3）細(xì)胞壁橫截面上出現(xiàn)細(xì)胞壁斷裂裂痕，并且裂痕數(shù)量逐步增多，裂痕裂度逐漸增大。

（4）部分細(xì)胞端部瘤狀沉積物不斷出現(xiàn)，后逐漸減少消失。

參考文獻(xiàn)

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