毛竹径向梯度结构对吸湿的影响Ⅰ：静态与动态吸湿性

摘要

【目的】竹材是一种具有天然吸湿性的材料，细胞壁中“孔隙-吸着位点”共同作用是影响其吸湿性的关键因素，但这种共同作用是否影响青-黄两侧的静态容量与动态响应差异等方面研究仍显不足。本研究通过比较竹青侧、竹黄侧的“细胞壁孔隙-吸着位点-吸湿性能”，旨在探索具有径向梯度结构的竹材在静态、动态湿度条件下的吸湿-解吸行为。【方法】毛竹去青去黄，内侧2 mm为竹黄侧试样，外侧2 mm为竹青侧试样。研究由宏观的维管束体积分数至微观的“细胞壁孔隙-吸着位点”逐级深入，最终聚焦静态、动态吸湿性，并依据动态测试结果量化分析单位面积吸湿量(M_ac)、单位面积放湿量(M_dc)、湿缓冲值（MBV）等参数，比较竹青侧、竹黄侧“细胞壁孔隙-吸着位点”共同作用对静态、动态吸湿性的影响。【结果】竹青侧维管束体积分数（32.72±2.10）%高于竹黄侧（20.36±1.60）%，这种梯度结构导致径向细胞壁孔隙结构参数和羟基可及度的差异。绝干状态下，竹青侧比表面积和孔体积均小于竹黄侧，羟基可及度（22.76±0.43）%也低于竹黄侧（24.77±0.21）%。微观层面上“细胞壁孔隙-吸着位点”的共同作用导致宏观层面竹青侧静态容量与动态响应均小于竹黄侧。对于静态测试，70%RH以上二者平衡含水率（EMC）差距增大；95%RH时，竹青侧、竹黄侧EMC分别达到19.48%、22.04%。对于湿度周期循环的动态条件，竹青侧和竹黄侧的含水率表现出与环境湿度相似的正弦变化趋势，但在相位上存在一定的滞后，竹黄侧对湿度响应更为敏感，其M_ac、M_dc、MBV均高于竹青侧。【结论】本研究由微观结构-宏观性能，揭示了竹青侧、竹黄侧“细胞壁孔隙-吸着位点”的梯度结构与静态容量、动态响应之间的内在联系机制，为竹材的加工应用从“经验控制”迈向基于“孔隙-位点协同”调控的尺寸稳定化提供科学依据。

关键词

毛竹 / 径向梯度结构 / 动态吸湿 / 湿缓冲值 / 羟基可及度 / 孔隙-位点协同 / 尺寸稳定化 / 多尺度结构