不同種類泡桐的基本材性1)

常德龍 張?jiān)茙X 胡偉華 黃文豪 韓黎雪 關(guān) 倩

(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開(kāi)發(fā)中心，鄭州，450003)

不同種類泡桐的基本材性1)

常德龍 張?jiān)茙X 胡偉華 黃文豪 韓黎雪 關(guān) 倩

(國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開(kāi)發(fā)中心，鄭州，450003)

為選擇適宜作裝飾墻壁板的泡桐種類，對(duì)7種泡桐試材的密度、硬度、抗劈裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定分析。結(jié)果表明：白花泡桐材性最優(yōu)，其密度、硬度、抗劈裂強(qiáng)度分別達(dá)0.284 5 g/cm3、1 614.35 N、13.71 N/mm；楸葉泡桐次之，其3種材性指標(biāo)較白花泡桐分別低0.81%、5.30%、12.44%；毛泡桐、蘭考泡桐和毛白33居中；豫林1號(hào)最低，其密度、硬度、抗劈裂強(qiáng)度分別較白花泡桐低14.62%、18.52%、38.09%。綜合3種材性指標(biāo)的分析結(jié)果，白花泡桐和楸葉泡桐是泡桐墻壁板加工的最適宜桐種。

泡桐；墻壁板；木材；材性；強(qiáng)度

泡桐是我國(guó)長(zhǎng)江與黃河流域重要的速生人工用材林樹(shù)種，其種植面積廣，蓄積量大。泡桐木材因材質(zhì)均勻、加工容易、色澤淡雅、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，被廣泛用于家具、建材、工藝品等領(lǐng)域。30多年來(lái)，利用散生天然林泡桐木材的加工出口創(chuàng)匯，原有泡桐散生木資源急劇減少，取而代之的是大量的人工集約栽培的泡桐速生林。然而對(duì)泡桐材性的研究卻停留在對(duì)泡桐天然林木材上，對(duì)于泡桐屬人工林木材特性研究很不全面，影響了對(duì)速生材的加工利用。針對(duì)國(guó)家立項(xiàng)研發(fā)高檔泡桐木材墻壁板產(chǎn)品，因栽培桐種、方式、地域變化大，以往研究資料不能提供全面有效技術(shù)支撐[1-2]?？蒲腥藛T在調(diào)研泡桐木材加工企業(yè)中了解到，有些泡桐木材密度過(guò)低、硬度差、材質(zhì)松軟，在加工過(guò)程中木材表面易磕碰變形，加工時(shí)容易劈裂，影響板材質(zhì)量。泡桐墻壁板材性研究旨在弄清哪些種類泡桐木材密度大、硬度高、抗劈裂強(qiáng)度大，以避免或減少泡桐木材在切削加工時(shí)產(chǎn)生沖擊變形、劈裂、起毛、掉塊等缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此，研究現(xiàn)有人工集約栽培泡桐的木材特性，對(duì)研發(fā)高品質(zhì)裝飾墻壁板等產(chǎn)品具有重要的意義。研究表明[3-10]，木材的密度、硬度、抗劈裂等性能是木材的基本特性，影響板材表面加工質(zhì)量及其使用價(jià)值。目前為止，段新芳[11-12]曾對(duì)蘭考泡桐的密度做過(guò)探討和分析，但是指標(biāo)和樹(shù)種較為單一，成俊卿[2]曾于20世紀(jì)80年代對(duì)散生原種泡桐木材的密度、強(qiáng)度指標(biāo)等進(jìn)行過(guò)研究，但不含栽培廣泛的白花泡桐及當(dāng)前培育的速生雜交泡桐品種。對(duì)集約栽培泡桐木材材性的研究與報(bào)道甚少，對(duì)研發(fā)高品質(zhì)桐材室內(nèi)裝飾產(chǎn)品缺乏有效技術(shù)支撐。筆者于不同地區(qū)采伐了不同種類的泡桐材，開(kāi)展了7種泡桐的密度、抗劈裂、硬度等方面的研究，分析比較了泡桐材的種間密度、硬度、抗劈裂等材性差異。

1 材料與方法

1.1 試材采集與制作方法

所選取的試材信息見(jiàn)表1。本研究根據(jù)泡桐的不同地理分布區(qū)，選取該地域最具代表性的泡桐種和雜交無(wú)性系作為研究對(duì)象，試材取自按生長(zhǎng)方向樹(shù)木干高1.3～1.6 m的胸徑處位置，并參照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[13]制取試驗(yàn)所需的試件，然后嚴(yán)格按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行干燥處理和測(cè)量，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

在樹(shù)木胸徑處截取用于測(cè)試密度、硬度、抗劈裂的圓盤(pán)，厚度為8 cm，備用。根據(jù)泡桐生長(zhǎng)特性，過(guò)渡帶的材性與心邊材均不同，故將過(guò)渡帶試材記為中材，依次將心材、中材和邊材標(biāo)記為C、M、S，以此作為試件在盤(pán)中位置的代號(hào)，即試材在徑向上的劃分。

表1 所取試材信息

所取試材的樹(shù)齡在12.7 a以上，根據(jù)文獻(xiàn)[14]，泡桐的幼齡材界定年限為11 a，故所取試材均屬于成熟材，生長(zhǎng)輪寬度分布在0.2～6.0 cm，平均寬度大于0.4 cm，密度試件的尺寸為50 mm×50 mm×50 mm。試件共計(jì)1 008塊。硬度試件尺寸為70 mm×50 mm×50 mm，數(shù)量為504塊；抗劈裂試件尺寸為50 mm×20 mm×20 mm，分徑面和弦面，共672塊。其中密度試件，在烘箱中(103±2)℃干燥為全干，測(cè)試全干密度[14]；測(cè)試硬度和抗劈裂的試件含水率按照要求調(diào)整至12%，測(cè)試溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度(65±5)%。

1.2 測(cè)試分析方法

密度試件尺寸測(cè)量使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺，每個(gè)試件尺寸為3次測(cè)量的平均數(shù)；METTLER TOLEDO AL204 AL204天平，精度為0.000 1 g；每種泡桐的密度測(cè)試用6株泡桐、3個(gè)區(qū)位共144個(gè)試件。

硬度測(cè)試使用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)MWD-20，分心、中、邊取材，每區(qū)取4個(gè)，6株共計(jì)72個(gè)試件，每個(gè)試件測(cè)試端面、徑面、2次弦面，取其均值進(jìn)行分析。

抗劈裂強(qiáng)度亦用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)MWD-20，按徑向、弦向取材，每棵樹(shù)木圓盤(pán)制作16個(gè)，6株共計(jì)96個(gè)試件，分別測(cè)試徑面、弦面指標(biāo)數(shù)值。

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS軟件選擇LSD法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源泡桐密度差異分析

7種泡桐間的密度差異采用多重比較分析，結(jié)果見(jiàn)表2—表4?？芍谘芯康?種類泡桐中，白花泡桐密度最高，達(dá)0.284 5 g/cm3，楸葉泡桐僅較其低0.81%；毛泡桐、蘭考泡桐、毛白33泡桐密度居中，較白花泡桐分別低4.60%、9.21%、11.705；雜交泡桐豫林1號(hào)的密度最低，較白花泡桐低達(dá)14.62%。

不同地域的蘭考泡桐之間，密度沒(méi)有顯著性差異，甘肅產(chǎn)蘭考泡桐跟毛白33也沒(méi)有顯著差異；白花泡桐與楸葉泡桐之間密度無(wú)顯著差異；河南產(chǎn)蘭考泡桐與毛白33的密度比較達(dá)到顯著差異；其它品種之間的密度比較均達(dá)到極顯著差異。

表2 不同泡桐品種密度比較

表3 泡桐種間密度平均差兩兩多重比較分析

注：** 表示達(dá)到極顯著水平。

表4 不同泡桐品種密度主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)分析

注：** 表示達(dá)到極顯著水平。

通過(guò)大量數(shù)據(jù)的整體分析，泡桐種間、不同樣株的密度均達(dá)到極顯著差異。這說(shuō)明不同品種泡桐、同品種不同單株泡桐的密度也不盡相同。

2.2 不同種源泡桐硬度差異分析

7種泡桐間的硬度差異采用多重比較分析，結(jié)果見(jiàn)表5、表6?？芍?，白花泡桐的硬度值為1 614.35，排位最高；楸葉泡桐硬度次之并接近，較白花泡桐低5.30%；蘭考泡桐、毛泡桐、毛白33的硬度相近，較白花泡桐低9.90%左右；豫林1號(hào)的硬度最低，比白花泡桐低18.56%。來(lái)自長(zhǎng)江流域的白花泡桐和毛泡桐的硬度偏差較大，這可能與南方雨水豐沛、生長(zhǎng)的環(huán)境有關(guān)；來(lái)自北方的泡桐硬度偏差較小，可能與其生長(zhǎng)的黃河流域氣候、土壤相對(duì)變化不大有關(guān)，有待進(jìn)一步證實(shí)。

表5 不同泡桐品種硬度比較

注：試件數(shù)量均為72件。

表6 泡桐種間硬度兩兩差異顯著性比較

注：*代表顯著；** 代表極顯著。

除蘭考泡桐、毛泡桐和毛白33之間硬度差異不顯著外，其它4種泡桐之間差異均達(dá)到顯著或極顯著。

2.3 不同種源泡桐的抗劈裂強(qiáng)度差異分析

7種泡桐間的抗劈裂強(qiáng)度差異采用多重比較分析，結(jié)果見(jiàn)表7、表8?？芍?，大多數(shù)泡桐的抗劈裂強(qiáng)度是弦面大于徑面，這很可能與泡桐木材解剖特性屬于半環(huán)孔材有關(guān)，導(dǎo)管、木纖維及木薄壁組織組成的變化影響到抗劈裂強(qiáng)度的變化。7個(gè)樹(shù)種的比較中，白花泡桐抗劈裂強(qiáng)度最高，徑面為13.52，弦面為13.89；豫林1號(hào)抗劈裂強(qiáng)度最低，徑面為8.32，弦面為8.65，其均值較白花泡桐低達(dá)38.09%；其它幾種泡桐品種的抗劈裂強(qiáng)度相近，較白花泡桐低12%左右。同一品種的蘭考泡桐，甘肅產(chǎn)的抗劈裂強(qiáng)度較比河南的高，其原因在于當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?，氣溫低，生長(zhǎng)速度相對(duì)華中慢，生長(zhǎng)輪小，對(duì)抗劈裂強(qiáng)度會(huì)有提升作用。

表7 不同泡桐品種抗劈裂強(qiáng)度比較

注：試件數(shù)量均為48件。

表8 泡桐種間抗劈裂差異顯著性分析

注：** 代表極顯著。

7種泡桐的抗劈裂強(qiáng)度在徑面和弦面的分別比較分析中，達(dá)到極顯著水平。

對(duì)徑面與弦面的抗劈裂強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)分析表明：其相關(guān)系數(shù)為0.716 3，達(dá)到極顯著水平。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，白花泡桐材性最優(yōu)，其密度、硬度、抗劈裂強(qiáng)度分別達(dá)0.284 5 g/cm3、1 614.35 N、13.71 N/mm；楸葉泡桐次之，其3種材性指標(biāo)較白花泡桐分別低0.81%、5.30%、12.44%；毛泡桐、蘭考泡桐和毛白33居中，豫林1號(hào)最低，其密度、硬度、抗劈裂強(qiáng)度分別較白花泡桐低14.62%、18.52%、38.09%；以上結(jié)果數(shù)據(jù)都是過(guò)去不曾提供的。

綜合3種材性指標(biāo)的分析結(jié)果認(rèn)為，白花泡桐和楸葉泡桐是泡桐墻壁板加工的最適宜桐種。其它桐種可通過(guò)改進(jìn)加工工藝、木材局部強(qiáng)化或硬化等輔助措施提高質(zhì)量，達(dá)到墻壁板材指標(biāo)要求。

[1] 成俊卿.泡桐屬木材的性質(zhì)和用途的研究(二)[J].林業(yè)科學(xué),1983(2):153-167.

[2] 成俊卿.泡桐屬木材的性質(zhì)和用途的研究(三)[J].林業(yè)科學(xué),1983(3):284-291,339-340.

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Wood Properties of DifferentPaulowniaSpecies/

Chang Delong, Zhang Yunling, Hu Weihua, Huang Wenhao, Han Lixue, Guan Qian

(China Paulownia Research Center, Zhengzhou 450003, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-79～81

We determined the density, hardness and anti-separation strength of seven paulownia woods from different species to selectPaulowniaspecies that are suitable to produce paulownia wall panell. The wood properties ofPaulowniafortuneiis the best with the density, hardness and anti-separation strength of 0.284 5 g/cm3, 1614.35 N and 13.71 N/mm, respectively, followed byP.catalpifoliawith decreased properties values by 0.81%, 5.30% and 12.44%, respectively. The properties ofP.elongateP.tomentosaandP. TF33 were at the middle level.P. YL1 was the lowest between seven species, and three properties were 14.62%, 18.52% and 38.09% lower than those ofP.fortune, respectively. The wood properties ofP.fortuneiandP.catalpifoliaare the best between sevenPaulowniaspecies for the production of wood panel.

Paulownia; Wood panel; Wood; Wood property; Strength

常德龍，男，1963年2月生，國(guó)家林業(yè)局泡桐研究開(kāi)發(fā)中心，研究員。

2014年1月22日。

S715.3

1) 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204705)。

責(zé)任編輯：戴芳天。