弦切面

弦切面是指順著樹幹主軸或木材紋理方向，不通過髓心與年輪平行或與木射線成垂直的縱切面。根據弦切面的不同紋路可以作為鑑別木材的依據之一。

基本介紹

• 中文名：弦切面
• 外文名：tangential section
• 簡介：顯露縱向細胞的長度和寬度
• 作用：鑑別木材
• 學科：材料學

概念

弦切面是指不通過髓心與樹幹縱長方向平行所鋸成的切面。木板材大部分都為弦切板。適用於家具製造等。在該切面上，能顯露縱向細胞的長度和寬度。

木材的三個切面

由於木材的構造在不同的方向上表現出不同的特徵，通常從木材的三個切面（圖1）來觀察木材的主要特徵及內在聯繫。

圖1 木材的三切面

橫切面：與樹幹主軸成垂直的切面為橫切面，在這個切面上清楚地反映出木材的一些基本特徵，它是識別木材特徵最重要的一個切面。

徑切面：通過髓心與樹幹縱長方向平行所鋸成的切面。由於這個切面收縮小，不易翹曲，沿此切面所鋸板材，適用於地板、木尺、樂器的共鳴板等。

弦切面：不通過髓心與樹幹縱長方向平行所鋸成的切面稱弦切面。木板材大部分都為弦切板，適用於家具製造等。

徑切面和弦切面統稱為縱切面。樹木由於生長的條件和環境不同而存在差異和變異性，各樹種的內部結構不相同，但每一樹種都有一定的構造特徵，根據這些構造和特徵及其共同規律來識別木材，研究材性、用途等都極為重要。

不同刨削深度毛竹材弦切面的潤濕性能

我國是竹材資源最為豐富的國家，竹種多樣，竹林面積最大，素有“竹子王國”之稱。我國各類竹材加工企業已有幾千家，竹材加工產品達數十種，主要產品有竹編膠合板、竹材層壓板、竹地板、重組竹、竹家具等各種竹製工藝品。多數竹材加工產品通過毛竹截斷、剖分、粗刨、蒸煮(或炭化)、乾燥、精刨、塗膠、膠合、成品刨削加工、塗飾等工序完成。竹材產品在坯料膠合過程中，膠粘劑對竹材坯料的潤濕性如何，直接影響塗膠的質量和產品物理力學性能，是一項重要的參數。潤濕性是材料的一種重要界面特徵，它可以表征當某些液體與固體表面接觸時，在其表面潤濕、鋪展、滲透和粘附的能量與速度。研究通過測定水、酚醛樹脂膠粘劑(PF)、脲醛樹脂膠粘劑(UF)和改性大豆蛋白膠(MSA)在不同刨削深度的毛竹材弦切面上的接觸角隨時間變化過程，研究不同刨削深度的毛竹竹材弦切面上膠粘劑動態潤濕性能，對比分析PF、UF常用膠粘劑在不同刨削深度的毛竹材弦切面上的潤濕性能的差異，同時也探討了改性大豆蛋白膠在毛竹材弦切面的潤濕性能，為進一步探索改善膠粘劑在竹材表面潤濕性能的方法，提高和改善竹材產品的膠合質量提供參考。

試驗方法

將30mm長的竹筒剖分成竹黃側弦長為5mm以上的竹塊，自竹青起分別將竹塊刨削2、5、8或11mm(圖2中的h)製備毛竹材試樣。從3株毛竹材的相同刨削深度的試樣中選取6片以上用於不同液體的潤濕性測試。將所有樣本乾燥後，用標號相同的砂紙砂光被測表面後，置於20℃、相對濕度65%條件下調溫調濕48h，密封備用。1.2.2接觸角測試試驗中所用的接觸角儀是JC2000A靜滴接觸角/界面張力測量儀，其測試方法是外形圖像分析法。採用該儀器連續存儲各種潤濕液體在毛竹材弦切面上潤濕狀態，測量不同時間的接觸角，並按以下模型擬合得θ(t)曲線。θ=θ₀+Ae^(－t/T)，式中：θ為接觸角(°)；θ₀為平衡接觸角(°)；A為潤濕緩衝係數；T為潤濕時間常數；t為時間(s)。

圖2 試樣尺寸與斷面位置

結果與分析

（1）水在毛竹材弦切面的動態潤濕性

由圖3(a)可知，水在毛竹材2mm弦切面的潤濕速度相對較緩慢，平衡接觸角也較大。這是由於毛竹竹壁中竹青側竹纖維等厚壁細胞豐富、組織結構緻密、實質密度大。在5mm和8mm弦切面上的潤濕速度相近，但比2mm弦切面快，且自外向內隨著刨削深度的增加，平衡接觸角逐漸減小。這主要是由於自外而內竹壁組織中維管系統密度減小，竹纖維等厚壁細胞數量減少，薄壁細胞相對增多，而且細胞腔增大、壁腔比減小、實質密度降低、組織結構疏鬆，毛細管直徑增大，有利於水的滲透與吸附，因而水對毛竹材弦切面的潤濕速度逐漸增大、平衡接觸角減小。但11mm弦切面上平衡接觸角相對8mm弦切面稍大些，在潤濕開始階段(3s以內)潤濕速度較快，而隨時間的延長，潤濕速度比5mm和8mm弦切面緩慢。

圖3 不同液體在毛竹各弦切面的動態潤濕曲線

（2）PF在毛竹材弦切面的動態潤濕性

由圖3(b)可看出，PF在毛竹材各弦切面的平衡接觸角的變化規律與水的變化規律相似，但其平衡接觸角相對於水的較大，潤濕速度也較為緩慢。主要是因為PF的粘度大、分子量高，表面張力比較大、內聚能較高，在毛竹材表面不易流展，也不易通過毛竹材的毛細管和微毛細管向毛竹材內部滲透。比較圖3(a)與圖3(b)可知，水只需約8s時間即完成在竹材表面的潤濕，其接觸角接近平衡接觸角;而酚醛樹脂膠粘劑在竹材表面的潤濕，約需80～100s才能接近平衡接觸角。此外，酚醛樹脂膠粘劑在竹材表面的潤濕從2mm到5mm弦切面，其潤濕過程變化不大，平衡接觸角略減小；但到8mm弦切面處PF的潤濕速度較快，且平衡接觸角也較小，約60s接近平衡接觸角，基本完成潤濕過程。這主要是由於從2mm到5mm弦切面竹壁組織結構變化較小，毛細管直徑小，PF分子量大，滲透能力較差；而在8mm弦切面上，竹肉組織結構疏鬆，毛細管直徑較大，PF的滲透相對較快，平衡接觸角最小。在最靠近竹黃的刨削深度11mm的弦切面上，潤濕速度與2mm、5mm弦切面相近，僅平衡接觸角相對較小些。

（3）UF在毛竹材弦切面的動態潤濕性

由圖3(c)可知，UF在不同刨削深度的毛竹材弦切面的平衡接觸角變化規律以及平衡接觸角的大小都與水的接近；與PF比較，UF在毛竹材各弦切面上的平衡接觸角較小。其結果表明，UF在毛竹材各弦切面上的潤濕性能較好，潤濕速度較快；但比水在毛竹材各弦切面上的潤濕性能差些。UF在毛竹材各弦切面上約需30s左右基本完成潤濕，其接觸角接近於平衡接觸角；而且在刨削深度5mm以上的弦切面上，脲醛樹脂膠粘劑的平衡接觸角仍有15°以上。這主要是由於UF的粘度、分子量、表面張力均比PF小，但粘度和分子量比水的大。此外，UF在不同刨削深度的各弦切面上的潤濕過程均在前20s內快速潤濕，而後趨於平緩，且刨削深度5mm、8mm的弦切面上的接觸角衰減速度相對較快。

（4）MSA在毛竹材弦切面的動態潤濕性

由圖3(d)可知，MSA在毛竹材各弦切面的動態潤濕過程與水、PF、UF相似；但是潤濕速度比PF、UF都快，接近於水的潤濕速度，僅10s內幾乎完成潤濕過程，10s後潤濕速度變得非常緩慢，但平衡接觸角比水和UF的大，比PF的小；而且自竹青向竹黃的各弦切面上的潤濕規律非常相近，潤濕速度和平衡接觸角的變化均不大。這是因為雖然MSA的表征粘度大，但實際上MSA中存在大量的極性基團，極短時間的靜置MSA的極性基團間就會形成氫鍵，使其流動性下降。另外，因MSA的固含量較低，含有大量的水分，因此當MSA滴在毛竹材表面時，膠液中的水分快速滲透，加速了膠液中的極性分子間的氫鍵形成；但隨著水分在毛竹材表面滲透、鋪展、膠液分子的吸附，膠液中的極性基團間形成氫鍵，使膠液的表征粘度增大，從而降低了膠液的流展能力；另外，也可能由於大豆蛋白顆粒較大，隨著水的滲透與鋪展，大豆蛋白顆粒堵塞竹材表面的毛細管和微毛細管，而阻礙膠液的滲透通道，降低大豆蛋白膠的潤濕性能。

（5）膠液性能對毛竹材弦切面潤濕性能的影響

綜合分析圖3(b)、(c)、(d)中相同刨削深度的潤濕曲線，及表1中潤濕液體的基本性能可知，MSA的表面張力最小、固含量最低，MSA在毛竹材弦切面的潤濕速度最快，然而MSA膠液中極性基團間極易形成氫鍵，且大豆蛋白顆粒較大，使其平衡接觸角較大；UF在毛竹材弦切面的潤濕性能與PF對比，潤濕速度快、平衡接觸角小，因其表面張力較小、粘度較低。3種膠粘劑的潤濕性能比水的潤濕性能差，雖然水的表面張力最大，但水的粘度非常低，分子量也非常小，因而在竹材刨削表面易於鋪展、滲透與吸附。

表 1 各種潤濕液體的基本性能( 20 ℃ )

研究結論

PF、UF和MSA在毛竹材刨削表面均可潤濕，在2mm刨削深度弦切面上的潤濕性較差，潤濕較緩慢；在刨削深度5mm、8mm弦切面的潤濕性較好，潤濕速度較快；在接近於竹黃的11mm弦切面上，各種膠粘劑的潤濕性能相對於竹壁中部差，但比竹青側有較好的潤濕性能。總體上，竹青側弦切面的潤濕性能較差，竹壁中部的弦切面潤濕性能最好。對比3種膠粘劑在毛竹材弦切面的潤濕性能，UF在毛竹材弦切面上的潤濕性最好；PF最差；MSA在毛竹材弦切面的接觸角介於UF與PF之間，潤濕速度非常快，與水的潤濕速度相近。另外，膠液在毛竹材弦切面的潤濕性能除與毛竹材材質有關外，還受膠液的表面張力、粘度、固含量、分子量等因素的影響。