楊木清林材樹皮率、密度和含水率的研究

張雪松 王碩 劉珊杉 楊亮慶

（黑龍江省木材科學(xué)研究所，哈爾濱 150081）

楊木清林材樹皮率、密度和含水率的研究

張雪松 王碩 劉珊杉 楊亮慶*

（黑龍江省木材科學(xué)研究所，哈爾濱 150081）

以楊木清林材為研究對(duì)象，采用樹皮率、基本密度和含水率等材性指標(biāo)對(duì)其樹皮特性及其影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明，樹皮體積百分率低于質(zhì)量百分率，分別為7.73%和10.18%；樹皮基本密度明顯高于木材部分，分別為0.504 6和0.384 3g/cm3；樹皮含水率顯著低于木材部分，分別為99%和134%；樹株個(gè)體對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)均產(chǎn)生顯著影響，其中對(duì)樹皮率影響遠(yuǎn)高于對(duì)基本密度和含水率的影響。

清林材；樹皮率；基本密度；含水率

樹皮是樹木的重要組成部分，也是重要的森林資源之一，不同樹種的樹皮其利用價(jià)值也不同，經(jīng)過加工可以得到許多種重要的林副產(chǎn)品，提高森林資源利用率。目前，針對(duì)樹皮開展的大量研究主要集中在組分構(gòu)成分析[1]、成分提取應(yīng)用[2-3]、功能改良[4]等方面，為樹皮的有效利用奠定了理論基礎(chǔ)。隨著我國(guó)木材資源供求矛盾的加劇，清林材等大量以往難以利用的小徑級(jí)木質(zhì)類材料引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注，并開始用于單板、細(xì)木工板制造等領(lǐng)域[5]。伴隨該類材料實(shí)木化應(yīng)用領(lǐng)域不斷開發(fā)，徑級(jí)較小、樹皮較薄材料帶皮加工應(yīng)用將成為該類材料開發(fā)的一個(gè)重要方向。從已有相關(guān)研究來(lái)看，針對(duì)樹皮尤其是速生楊木樹種樹皮材性特征的研究尚未見報(bào)道。本文以5～8 cm徑級(jí)速生楊木清林材為研究對(duì)象，以樹皮率、含水率和基本密度為指標(biāo)，對(duì)樹皮相關(guān)材性特征及其對(duì)木材相關(guān)性能的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)材料為樹齡6年青皮楊，產(chǎn)地為黑龍江省慶安縣。截取造段后每根長(zhǎng)度2.5 m，選取10根；每根截取3塊約1 cm厚度小圓盤，選用精截鋸片進(jìn)行加工以保證小圓盤表面光潔度。

設(shè)備有烘箱、電子秤、燒杯、固定架、精截鋸。

1.2 基本密度測(cè)量方法

由于試件形狀不規(guī)則，其密度測(cè)量采用阿基米德定律（水的浮力法）進(jìn)行測(cè)試。首先選擇相對(duì)試件徑級(jí)有一定余量的燒杯并裝水，將其放在電子秤上，平穩(wěn)后清零；將帶樹皮小圓盤使用自制鐵絲針扎住，放入盛水燒杯中使之完全浸沒，再用試管固定架固定，此時(shí)電子秤稱得重量即為試件排除等體積水的重量，換算得出試件的體積；試件取出后去掉樹皮，擦拭掉表面水分，按照上述順序再次獲取無(wú)皮試件重量，換算得出去皮后試件的體積；前后體積差值即為樹皮基本密度計(jì)算所需體積。將樹皮放入烘箱至絕干，得絕干重，進(jìn)而計(jì)算出樹皮基本密度。楊木基本密度亦照此法測(cè)定。

1.3 樹皮率測(cè)定

樹皮率分為樹皮體積百分率和樹皮質(zhì)量百分率。樹皮體積百分率通過測(cè)量體積計(jì)算，用樹皮體積除以所在樹干部位樹皮與木質(zhì)部體積之和得出；樹皮質(zhì)量百分率通過稱量重量計(jì)算，用樹皮重量除以所在樹干部位樹皮與木質(zhì)部重量之和得出，此為絕干狀態(tài)時(shí)的質(zhì)量。

式中，V皮、V木分別為帶皮和不帶皮圓盤體積（mL）；G皮、G木分別為帶皮和不帶皮圓盤質(zhì)量（g）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 樹皮體積百分率

試驗(yàn)結(jié)果（圖1）表明，不同樹株間樹皮體積百分比波動(dòng)較為明顯，波動(dòng)范圍在5～11%之間，最大差異達(dá)到了100%。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能與試件截取部位樹皮形態(tài)有關(guān)，因?yàn)闃淦け砻娌⒉黄秸懿贾蟠笮⌒〉穆∑?，如試件若處于或鄰近枝丫基部，該部位樹皮厚度就較正常部位厚度明顯增大；也有部位因外界原因或?yàn)?zāi)害受到損傷致使厚度變薄甚至消失等。因此，試件制取時(shí)要避開一些較大的隆起，但一些數(shù)量較大、體積相對(duì)較小的隆起和凹陷則不需要回避。樹皮體積百分率均值約為7.73%左右，與已有的其他樹種成熟材相比明顯要低，據(jù)相關(guān)學(xué)者對(duì)灰木蓮[6]、青鉤栲[7]、香梓楠[8]和刨花潤(rùn)楠[9]的研究結(jié)果，樹皮百分率分別達(dá)到16.6%、11.4%、15.8%和12.2%，均明顯高于本試驗(yàn)對(duì)象，而針對(duì)楊木類樹種樹皮率的研究未見報(bào)道，有待進(jìn)一步研究。

圖1 不同樹株間樹皮體積百分率

2.2 樹皮質(zhì)量百分率

不同樹株間樹皮質(zhì)量百分比變化情況（圖2）顯示，體積百分率相比樹皮的質(zhì)量百分率受樹株個(gè)體影響更為明顯，波動(dòng)范圍在7%～16%，最大差異達(dá)到了125%。樹皮質(zhì)量百分率均值約為10.18%左右，由于此處均采用絕干質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，因此可以推測(cè)樹皮密度要高于木材自身密度，后續(xù)計(jì)算也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。相比體積百分率，楊木清林材的質(zhì)量百分率則要更高一些，從相關(guān)樹種的研究來(lái)看，這一結(jié)論與對(duì)灰木蓮、香梓楠和刨花潤(rùn)楠、頂果木、山白蘭樹、擎天樹、火力楠和陰香樹等樹種的研究結(jié)果一致[10-14]，其質(zhì)量百分率分別達(dá)到19%、19.7%、13.2%、11.8%、20.4%、20.1%、14.29%和15.2%，均超過體積百分率。但也有一些樹種的體積百分率高于質(zhì)量百分率，如黎素平、周小金等[15-17]在研究青鉤栲、降香黃檀、人工林紅錐和馬占相思樹等時(shí)就得出其樹皮質(zhì)量百分率低于體積百分率的結(jié)果。

圖2 不同樹株間樹皮質(zhì)量百分率

2.3 樹皮對(duì)木材含水率的影響

不同樹株間木材含水率存在較為明顯的波動(dòng)（圖3），帶皮試件含水率波動(dòng)范圍在122%～139%，不帶皮試件含水率波動(dòng)范圍在125%～146%，最大差異分別達(dá)到14%和17%，可見樹株個(gè)體對(duì)含水率存在顯著影響。

圖3 樹皮對(duì)木材含水率的影響

樹皮的存在明顯降低了樹株整體的含水率水平。由于樹皮占比較小，又能引起含水率的顯著下降，可以推測(cè)樹皮的含水率要遠(yuǎn)低于木材含水率，試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果（表1）顯示，樹皮含水率僅為木材含水率的74%。

表1 樹皮及木材的含水率及密度

2.4 樹皮對(duì)基本密度的影響

不同樹株間，木材基本密度存在較為明顯的波動(dòng)（圖4），帶皮試件基本密度波動(dòng)范圍0.38～0.42 g/cm3，不帶皮試件基本密度波動(dòng)范圍0.37～0.40 g/cm3，最大差異分別達(dá)到9.8%和6.7%，前者差異較大可能與取材部位構(gòu)成較為復(fù)雜有關(guān)，如鄰近枝丫基部附近等?？梢姌渲陚€(gè)體對(duì)材性指標(biāo)存在顯著影響。

從帶皮和不帶皮木材基本密度比較來(lái)看，前者基本密度明顯大于后者，說明樹皮密度要明顯高于木材部分，試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)（表1），樹皮密度達(dá)到0.5以上，是木材密度的1.3倍。由于清林材徑級(jí)較小，樹皮的存在對(duì)該類材料相關(guān)性能及后續(xù)應(yīng)用的影響還有待研究。

圖4 樹皮對(duì)木材基本密度影響

3 結(jié)果與討論

3.1 以楊木清林材的樹皮體積百分比、質(zhì)量百分比、基本密度和含水率等指標(biāo)為研究對(duì)象，分析了樹株個(gè)體對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響。

3.2 樹皮體積百分率和質(zhì)量百分率分別為7.73%和10.18%，均低于其他成材樹種的相關(guān)值，較低的樹皮率為該類材料的帶皮木制品加工應(yīng)用提供了條件；樹株個(gè)體對(duì)樹皮率影響顯著，最大與最小差值達(dá)到1倍左右。

3.3 樹皮含水率明顯低于木材部分，而基本密度又明顯高于木材部分，盡管樹皮占比較小，但仍然對(duì)帶皮試件的基本密度和含水率產(chǎn)生一定影響；樹株個(gè)體是影響基本密度和含水率的重要因素，但最大差別僅在10%和17%以內(nèi)，遠(yuǎn)低于樹皮率的影響。

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第1作者簡(jiǎn)介：張雪松（1966-），男，助理研究員，研究方向：木質(zhì)復(fù)合材料。

（責(zé)任編輯：潘啟英）

S781.25,S792.11

A

1001-9499（2017）02-0051-03

楊亮慶（1981-），男，博士，副研究員，研究方向：木材干燥及改性。

2017-01-04