香椿木材物理力學性質(zhì)及抽提物含量研究

盧 丹， 齊錦秋*， 羅建勛， 黃興彥， 李 鳳

(1.四川農(nóng)業(yè)大學， 四川 雅安 625014； 2.四川省林業(yè)科學研究院， 四川 成都 610081)

香椿木材物理力學性質(zhì)及抽提物含量研究

盧 丹1， 齊錦秋1*， 羅建勛2， 黃興彥1， 李 鳳1

(1.四川農(nóng)業(yè)大學， 四川 雅安 625014； 2.四川省林業(yè)科學研究院， 四川 成都 610081)

對香椿木材的物理力學性質(zhì)及抽提物含量進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明: 香椿木材為輕質(zhì)木材，氣干密度0.45g/cm3；氣干材徑向、弦向、體積干縮率分別為1.53%、3.21%、4.85%；全干材徑向、弦向、體積干縮率分別為3.33%、6.56%、10.46%；飽水徑向、弦向、體積濕脹率分別為3.45%、7.01%、11.67%；香椿木材順紋抗壓強度25.64MPa，抗彎強度75.01MPa，抗彎彈性模量6331.24MPa，端面、徑面、弦面的硬度分別為2.90kN、1.91kN、2.08kN；香椿木材的熱水抽提物含量為5%、苯醇抽提物含量為4.47%、1%NoOH抽提物含量為20%。

香椿； 物理性質(zhì)； 力學性質(zhì)； 抽提物

香椿 (Toonasinensis)又名椿樹、毛椿、椿芽樹等 ，是楝科香椿屬落葉喬木，高達20 m，胸徑可達1 m，樹干通直、生長迅速，為中國溫帶、亞熱帶常見速生樹種。分布于海拔1 500 m以下的平原或丘陵地區(qū)，四川西部海拔2 000 m處也有分布[1-2]。香椿是我國珍貴速生用材樹種，木材淺紅褐色，花紋美麗，有光澤，抗腐力強，材質(zhì)硬度適中，是優(yōu)良的家具及裝飾用材，素來就有中國 “桃花心木”之稱。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對木材的需求與日劇增。木材物理力學性質(zhì)是木材主要材性指標，對木材加工處理和利用都有著十分重要的實際意義，木材化學成分中抽出物含量影響木材天然耐久性、顏色及其加工利用。關于香椿研究，目前主要集中在生理生化及抗旱性等研究方面[3-4]，在樹木生長、解剖構造及木材利用方面僅見少量研究[5-8]。本文對四川省達州市大竹縣人工培育的香椿木材物理力學性質(zhì)及抽提物含量做了較為系統(tǒng)的研究，以期為四川省香椿木材的開發(fā)和利用提供一定的科學依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于四川省達州市大竹縣，地處東經(jīng)107°13′、北緯 30°51′，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，全年無霜期284天，相對濕度84%，日照時數(shù)1329.4h，年太陽輻射377.6kJ/cm2。

2 材料與方法

2.1試驗材料

試驗材料取自四川省達州市大竹縣人工林地內(nèi)的香椿木材。

2.2試驗方法

2.2.1 試驗材料采集與處理 試材采集方法依據(jù)中華人民共和國國家標準GB1927-91中所述方法進行采集。伐取人工林地內(nèi)香椿平均木5株，平均胸高直徑30 cm，樹高20 m。將木段運回實驗室后，鋸解成板坯，放置于實驗室自然干燥。

2.2.2 物理力學性質(zhì)測定 按照國家標準GB1928-2009《木材物理力學實驗方法》進行試件加工，并對氣干材的徑向干縮率、弦向干縮率、體積干縮率，全干材的徑向干縮率、弦向干縮率、體積干縮率，飽水濕脹率，氣干密度、絕干密度和基本密度，木材順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量和端面、徑面和弦面硬度等指標進行測定。各項力學指標測試均在深圳瑞格爾萬能力學試驗機上進行，每個指標試件個數(shù)共計100個，測定完成后,分別計算各指標的平均值、標準差、標準誤差、變異系數(shù)。

2.2.3 抽提物質(zhì)量分數(shù)檢測 1%NaOH抽提物質(zhì)量分數(shù)檢測參照國家標準中的GB2677.5-93方法，苯醇抽提物質(zhì)量分數(shù)檢測參照國家標準中的GB2677.6-94方法，熱水抽提物質(zhì)量分數(shù)檢測參照國家標準中的GB2677.4-93方法。

2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 使用Origin Pro8.5和DPSv7.05軟件對木材的物理力學性質(zhì)和化學性質(zhì)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1香椿木材物理性質(zhì)

3.1.1 密度 木材密度直接反映了木材的致密程度，影響著木材的抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等力學指標，木材密度與力學強度呈正相關關系[9-11]。從表1中可以看出: 香椿木材基本密度為0.37g/cm3，變化范圍為0.35～0.39g/cm3；氣干密度為0.45g/cm3，變化范圍為0.41～0.53g/cm3；全干密度為0.42g/cm3，變化范圍為0.38～0.50g/cm3。根據(jù)《木材物理力學分級表》[12]，密度在0.351～0.550g/cm3之間為小級，在0.551～0.750g/cm3之間為中級，在0.751～0.950 g/cm3之間為大級，香椿木材屬于低密度木材。

3.1.2 干縮性 木材含水率在纖維飽和點以下時，細胞腔中不含有自由水，而細胞壁中含有吸附水。隨著木材在空氣中逐步散失水分導致含水率繼續(xù)降低，細胞壁纖絲之間，微纖絲之間的吸附水會不斷散失，其間的水層減薄，纖絲、微纖絲彼此靠攏，以致細胞壁，乃至整個木材的尺寸隨之縮小[13]。木材為各向異性材料，木材的軸向、徑向、弦向干縮率不同。軸向干縮率較小，在木材使用中可以忽略不計，徑向干縮率在3%～6%之間，弦向干縮率在6%～12%之間，徑向干縮率和弦向干縮率的差異是引起木材及其制品發(fā)生開裂、翹曲變形等缺陷的重要因素，也是木材鋸切加工時注意的重要指標。從表1中可以看出: 香椿木材氣干徑向、弦向、體積干縮率分別為1.53%、3.21%、4.85%；全干徑向、弦向、體積干縮率分別為3.33%、6.56%、10.46%。香椿木材干縮率小，與駱嘉言等[14]，高瑞龍等[15]研究結(jié)果基本一致，表明香椿木材尺寸的穩(wěn)定性較好，在作為用材時具有變形小的優(yōu)點。

3.1.3 木材濕脹率 在纖維飽和點以下，當大氣環(huán)境中的含水率高于該木材含水率時，木材在空氣中逐步吸收水分會導致含水率增大，同時也會引起體積的膨大，稱為濕脹。由于木材軸向、徑向和弦向的不均勻性，其濕脹值也不相同。從表1中可以看出: 香椿徑向、弦向、體積的飽水濕脹率分別為3.45%、7.01%、11.67%。香椿木材濕漲率較小，表明香椿木材尺寸穩(wěn)定性較好。

表1 香椿木材主要物理性質(zhì)Tab.1 MainphysicalpropertiesofT.sinensiswood項目樣本數(shù)平均值標準差標準誤差變異系數(shù)(%)氣干密度1000.450.0250.00555.49密度(g/cm3)全干密度1000.420.0240.00535.63基本密度1000.370.0110.00242.90徑向1001.530.1940.11215.65氣干干縮率(%)弦向1003.210.2890.08039.03體積1004.850.2540.08035.24徑向1003.330.2880.11778.66全干縮率(%)弦向1006.560.3730.09975.69體積10010.460.4260.12304.07徑向1003.450.3090.12618.96飽水濕脹率(%)弦向1007.010.2760.11906.79體積10011.670.2840.10956.72

3.2香椿木材力學性質(zhì)

木材力學性質(zhì)是度量木材抵抗外力的能力，是木材合理有效利用的重要依據(jù)。在所測指標中，木材順紋抗壓強度施加荷載方向為平行于木材纖維方向，是木材作為結(jié)構和建筑材的榫結(jié)合類似用途的容許應力計算和柱材等應用的重要依據(jù)。抗彎強度主要用于建筑物的桁架、家具橫梁、地板等易于彎曲構件的設計，順紋抗壓強度和抗彎強度是木材作為承重構件是否可靠的重要依據(jù)。從表2可知，香椿木材順紋抗壓強度為25.64MPa，抗彎彈性模量為6331.24MPa，抗彎強度為75.01MPa，端面、徑面、弦面的硬度分別為2.90 kN、1.91 kN、2.08kN。我國木材的順紋抗壓強度平均值為45MPa，高于本研究得到的平均值，所以，在選擇支柱等承重構件時不建議考慮使用香椿木材。根據(jù)《木材物理力學性質(zhì)分級表》，香椿木材抗彎強度屬于低水平范圍。所以，香椿力學強度較小，在實際生產(chǎn)應用中應充分考慮其能否滿足需要，避免因力學強度不達標而造成的相關損失。

表2 香椿木材主要力學性質(zhì)Tab.2 MainmechanicpropertiesofT.sinensiswood項目樣本數(shù)平均值標準差標準誤差變異系數(shù)(%)順紋抗壓強度10025.641.760.627.87抗彎彈性模量1006331.24315.1990.995.35抗彎強度10075.011.331.4247.99 端面1002.900.150.0615.16硬度(kN)徑面1001.910.290.127.01 弦面1002.080.200.097.47

3.3抽提物

木材的化學性質(zhì)檢測中主要抽提物有1%NaOH抽提物、苯醇抽提物、熱水抽提物等。木材化學成分中抽出物質(zhì)量分數(shù)影響著木材天然耐久性、材色和木材的加工利用。香椿木材的熱水抽提物含量為5%、苯醇抽提物含量為4.47%、1% NoOH抽提物含量為20%。

4 結(jié)論與討論

香椿生長迅速，在我國廣泛栽培，一般在10年即可達到中徑材標準[16]。木材物理力學性質(zhì)是木材合理利用的重要依據(jù)，香椿木材氣干密度為0.45 g/cm3，屬于輕軟木材。干縮及濕漲率小，氣干徑向、弦向、體積干縮率分別為1.53%、3.21%、4.85%；飽水濕漲率徑向、弦向、體積濕脹率分別為3.45%、7.01%、11.67%。香椿木材抗彎彈性模量為6331.24MPa，抗彎強度75.01 MPa，端面、徑面、弦面的硬度分別為2.90，1.91，2.08kN。香椿木材為環(huán)孔材，顏色美麗[2]，根據(jù)其物理力學性質(zhì)分析，可適用于實木家具用材、裝飾單板、飾面門板等，但不應用于做稱重構件。香椿耐腐、耐蟻，香椿木材的熱水抽提物含量為5%、苯醇抽提物含量為4.47%、1%NoOH抽提物含量為20%。在香椿木材培育過程中，了解其物理力學及化學性質(zhì)，將對香椿木材的利用起到重要的指導作用。

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Physical-mechanicalpropertiesandextractivecontentsofToonasinensiswood

LU Dan1, QI Jinqiu1*， LUO Jianxun2, HUANG Xingyan1, LI Feng1

(1.Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014， China; 2.Sichuan Academy of Forestry, Chengdu 610081, China)

The physical-mechanical properties and extractive contents ofToonasinensiswood were studied systematically. The results revealed thatT.sinensiswood with air-dried density of 0.45g/cm3, belonged to light wood category. The air-dried shrinkages of radial, tangential and volume were 1.53%, 3.21%, 4.85% and those for oven-dried shrinkages were 3.33%, 6.56%, 10.46%, respectively. The full anti-swelling efficacy of radial, tangential and volume ofT.sinensiswood were 3.45%, 7.01% and 11.67%, respectively. The compressive strength parallel to grain, the bending strength, the bending elastic modulus ofT.sinensiswood were 25.64MPa, 66.65MPa and 6331.24MPa , and the hardness in end, radial and tangential section were 2.90kN, 1.91kN, 2.08kN, respectively. The contents of hot-water extracts, alcohol-toluene extracts and 1%NaOH solubility ofT.sinensiswood were 5%, 4.47% and 20%, respectively.

Toonasinensis; physical properties; mechanical properties; extractive contents

2015-02-02

四川省植物平臺建設項目-香椿種質(zhì)資源 (201204307-06)；木材工業(yè)與家具工程四川省高校重點實驗室資助。

盧 丹(1992-)，女，重慶市云陽縣人，在讀碩士，主要從事木材物理力學性質(zhì)研究。

* 為通訊作者。

S 781

A

1003-5710(2015)02-0058-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2015. 02. 015

(文字編校：龔玉子)