50 a生人工降香黃檀林木材物理力學(xué)性質(zhì)研究

廖鋆章，梁月群，唐 慶，符韻林

(1. 廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園,南寧 530200；2.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有六萬(wàn)林場(chǎng)，南寧 537000；3.廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004)

降香黃檀(Dalbergiaodorifera)是我國(guó)特有樹種，原產(chǎn)海南島吊羅山尖峰嶺低海拔平原和丘陵地區(qū)，多生長(zhǎng)在吊羅山海拔100 m左右陽(yáng)光充足的地方，因其成材緩慢、木質(zhì)堅(jiān)實(shí)、花紋漂亮，始終位列五大名木之一，一直被用來(lái)制作高端紅木家具，資源越來(lái)越匱乏。目前人工林的降香黃檀在種植栽培等多方面已經(jīng)比較成熟，但是降香黃檀木材物理力學(xué)性質(zhì)研究不多，為確定人工降香黃檀木材利用價(jià)值，促進(jìn)人工降香黃檀林發(fā)展，我們進(jìn)行了50 a生人工降香黃檀林木材物理力學(xué)性質(zhì)研究。

1 材料與方法

1.1 試樣的采集

本實(shí)驗(yàn)試材2014年6月采自廣西南寧市良鳳江國(guó)家森林公園，根據(jù)《木材物理力學(xué)試材采集方法》采集樣木5株。選定樣木后定出北向，樣木砍伐后測(cè)量整株樹高和枝下高，分別在距樣木根部0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3 m等處鋸取厚度5 cm的圓盤，用以測(cè)定其性質(zhì)，樣木及試材的采集情況如表1。

1.2 試件制作以及測(cè)試方法

根據(jù)GB/T 1929-2009《木材物理力學(xué)試件鋸解及試樣截取方法》制取試樣。吸水性、干縮性、密度等指標(biāo)依據(jù)GB/T1932～1942-2009《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》[3]測(cè)定，木材硬度按GB/T 1941-2009《木材硬度試驗(yàn)方法》、木材抗彎強(qiáng)度按GB/T1936.1-2009《本材抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》、抗彎彈性模量按GB/T1937-2009《木材順紋抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法》、順紋抗壓強(qiáng)度GB/T1936.2-2009按《木材抗彎彈性模量測(cè)定方法》、沖擊韌性按GB/T1935-2009《木材順紋抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》測(cè)定。

表1 試樣采集情況

2 結(jié)果與分析

2.1 木材物理性質(zhì)

2.1.1 吸水性 木材的吸水性對(duì)木材的藥劑浸注有著很大的影響，如圖1所示，隨著時(shí)間的增加，50 a生降香黃檀的吸水率慢慢變低，在1～3 d的時(shí)候，吸水率上升的比較快，在第5 d的時(shí)候趨于平衡，最大值約為43%，這反映了50 a生降香黃檀的浸注性很差，可能因其木質(zhì)部含有大量?jī)?nèi)含物所致。

圖1 50 a生降香黃檀吸水率隨吸水時(shí)間變化趨勢(shì)

2.1.2 密度 木材密度是木材物理性質(zhì)中比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)觀察木材密度的大小，可以大致的判斷木材的力學(xué)性能。在相同情況下，密度越大，木材的硬度和強(qiáng)度也就越大。從表1可以看出，50 a生人工林降香黃檀的基本密度、絕干密度和氣干密度分別為0.583、0.751、0.783 kg·m-3, 根據(jù)《木材主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]判定，它的密度處于第四級(jí)，密度較大，屬于高密度材，因此，降香黃檀受到外力時(shí)的阻力也比較大。

表2 50 a生人工林降香黃檀木材密度 單位：kg·m-3

2.1.3 干縮性 干縮濕漲是木材的固有性質(zhì)，它會(huì)引起木材的尺寸變化，當(dāng)各個(gè)方向的干縮或者濕漲不均衡的時(shí)候，木材就會(huì)開(kāi)裂，進(jìn)而影響木制品的使用。從表2可以看出，50 a生降香黃檀的弦向、徑向和體積全干干縮率分別為4.4%、3.3%和4.9%，根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]標(biāo)準(zhǔn)判定,50 a生降香黃檀木材體積干縮率屬于一級(jí)材范圍。

表3 50 a生人工林降香黃檀木材不同狀態(tài)下干縮率 單位：%

2.2 木材的力學(xué)性質(zhì)

2.2.1 抗彎強(qiáng)度 木材的抗彎強(qiáng)度體現(xiàn)的是木材承受靜力彎曲載荷的能力，50 a生人工林降香黃檀的抗彎強(qiáng)度為130.5 MPa，根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]，50 a生降香黃檀的抗彎強(qiáng)度屬于第4級(jí)(120.1～145.0 MPa)。

2.2.2 抗彎彈性模量 木材的抗彎彈性模量體現(xiàn)的是木材抵抗彎曲或者變形的能力，50 a生降香黃檀的抗彎彈性模量為10 308 MPa，根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]，50 a生人工林降香黃檀的抗彎強(qiáng)度屬于第2級(jí)(7 600～10 500 MPa)。

2.2.3 順紋抗壓強(qiáng)度 木材順紋強(qiáng)度是指木材在順紋受力狀態(tài)下的單位面積上所能承受的最大內(nèi)力，主要用于誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)材和建筑材的榫結(jié)合類似用途的容許工作應(yīng)力計(jì)算和柱材的選擇等。因?yàn)轫樇y抗壓強(qiáng)度易測(cè)量而且數(shù)值準(zhǔn)確由于其他的強(qiáng)度指標(biāo)存在關(guān)聯(lián)，所以被普遍認(rèn)為是力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)中最重要的一個(gè)指標(biāo)。經(jīng)計(jì)算，50 a生降香黃檀的順紋抗壓強(qiáng)度為53.8 MPa屬于4級(jí)(60.1～75.0 MPa)。

2.2.4 沖擊韌性 木材的沖擊韌性指的是木材在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，反映木材內(nèi)部的細(xì)微缺陷和抗沖擊性能。50 a生人工林降香黃檀的沖擊韌性為77 KJ·m-2，屬于第2級(jí)(25.1～85.0 KJ·m-2)[4]。

2.2.5 硬度 木材硬度是指木材抵抗其他剛體壓入的能力,與其密度密切相關(guān)，密度越大則硬度越高，反之則越低。50 a生降香黃檀的端面硬度、弦面硬度和徑面硬度平均值分別為8 547、6774N和6 748 N即108.9、86.3 Mpa和86 Mpa，三者的比例為1∶0.79∶0.79，端面和其他兩個(gè)面的數(shù)值相差較大，弦面和徑面數(shù)值相差較小，根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》判斷，端面硬度達(dá)到了5級(jí)水平(100.1 Mpa以上)。

木材綜合強(qiáng)度是木材的抗彎強(qiáng)度和順紋抗壓強(qiáng)度的合稱，用其大小判斷木材承重性能的優(yōu)劣。據(jù)測(cè)定50 a生人工林降香黃檀木材綜合強(qiáng)度為184.3 Mpa，屬高強(qiáng)度樹種木材(>170 MPa)[4]。另外降香黃檀多用于制作家具，木材還需具備良好的強(qiáng)重比(品質(zhì)系數(shù))，經(jīng)計(jì)算50 a生人工林降香黃檀木材綜合品質(zhì)系數(shù)為317.82 GPa,根據(jù)尹思慈[5]的三等級(jí)木材品質(zhì)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]，50 a生人工林降香黃檀木材為高等級(jí)材。

表4 50 a生人工林降香黃檀木材力學(xué)性質(zhì)

3 結(jié)論

廣西南寧市良鳳江國(guó)家森林公園50 a生人工林降香黃檀木材基本密度、絕干密度、氣干密度分別為0.583、0.751、0.783 kg·m-3，密度值較大；弦向、徑向和體積全干干縮率分別為4.4%、3.3%和4.9%，干縮性小、干縮性能很好，不易開(kāi)裂和變形；抗彎彈性模量、抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度分別為10 308、130.5、 53.8 MPa， 沖擊韌性為77 KJ·cm-2，綜合強(qiáng)度為184.3 Mpa，綜合品質(zhì)系數(shù)為317.82 Gpa，木材性質(zhì)優(yōu)良，屬于高等級(jí)材。