4種不同類型栓皮櫟軟木物理力學(xué)性能研究

張英杰，趙涇峰，馮德君

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西楊凌 712100）

軟木來源于栓皮樹發(fā)達的栓皮層樹皮。栓皮樹種主要有產(chǎn)于歐洲和非洲的栓皮櫧（Quercus surb?er）和產(chǎn)自我國的栓皮櫟（Q.variabilis）[1-3]。軟木具有質(zhì)地輕軟、富有彈性、不腐不蛀、無毒無味、耐油耐酸、防火耐磨、隔熱保溫、消音減震、阻煙自熄和抗靜電等優(yōu)良性能，素有“軟黃金”之稱[4-6]。各種軟木地板、墻板等高檔裝飾材料廣泛應(yīng)用于高檔建筑的室內(nèi)裝飾裝修，深受廣大消費者青睞[7-8]。

我國陜西秦巴山區(qū)、桐柏山和鄂西、川東等地擁有豐富的軟木資源[9-11]，但對軟木材性及加工利用的研究鮮見報道。為了提高軟木制品的質(zhì)量，改善軟木的加工性能，本文對陜西秦巴山區(qū)厚皮深裂、厚皮淺裂、薄皮深裂和薄皮淺裂4種類型軟木試材的各種物理和力學(xué)性能進行測試、比較和分析，旨在為軟木樹種的培育和軟木產(chǎn)品的開發(fā)及綜合利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

栓皮櫟軟木采自陜西商州區(qū)二龍山林場（109°31′～110°16′E，33°36′～34°12′N）的天然林。采剝地海拔984～1 015 m；栓皮櫟樹齡33～50年，胸徑20.5～26.6 cm。按照軟木的厚薄和開裂程度，分別采集厚皮淺裂型、厚皮深裂型、薄皮淺裂型和薄皮深裂型4個類型[12-14]。采剝后的軟木壓平堆放，自然干燥。

主要設(shè)備為MJ344A型細木工帶鋸機(牡丹江木工機械廠)，MB104型壓刨機（牡丹江木工機械廠）；XHS型邵爾硬度計（營口市材料試驗機有限公司）；HWS-70B型恒溫恒濕培養(yǎng)箱（天津泰斯特儀器有限公司）；CMT5504電子萬能力學(xué)試驗機（深圳新三思材料檢測有限公司）；DHG-9123A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試件制作

試件制作以硬度測量時對試件的限制條件為準，試件長度至少30 mm，寬度至少24 mm，將制好的試件分別標記，內(nèi)容包括種類號及序號。

1.2.2 軟木皮層厚度、含水率、硬度和密度的測定

根據(jù)國際標準ISO 633：2019[15]、ISO 1215：2015[16]、ISO 1216：2017[17]，以及我國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1317-2013[18]中的有關(guān)內(nèi)容，進行軟木皮層厚度、含水率、硬度和密度的測定。

1.2.3 軟木吸水率和吸濕率的測定

軟木吸水率和吸濕率的測定參照《軟木橡膠》[19]中的測定方法進行。將氣干軟木加工成15 mm×15 mm×15 mm的正方體，稱重后浸沒水中，保持20℃溫度，24 h后再稱量，吸水前后質(zhì)量之差與氣干質(zhì)量的比值為吸水率。

將測定吸水率后的試件于（103±2）℃烘箱烘至恒重，然后放置于相對濕度為95%的密閉容器內(nèi)，溫度保持在20℃左右，24 h后稱重，吸濕前后質(zhì)量之差與氣干質(zhì)量的比值為吸濕率。

1.2.4 軟木可壓縮性與壓縮回彈性的測定

軟木的可壓縮性用抗壓指數(shù)表示，壓縮回彈性用壓縮回彈率表示。根據(jù)《軟木橡膠》[19]中的測定方法進行測定。氣干試件在萬能力學(xué)試驗機上壓縮到原高度的一半時的壓力與承壓面積的比值為軟木的抗壓指數(shù)。測定抗壓指數(shù)的試件受壓變形達到50%時解除壓力，分別于15 min和24 h后再測量試件厚度，解除壓力后厚度與壓縮后厚度的差值與壓縮后厚度的比值為壓縮回彈率[20]。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種類型軟木皮層厚度、密度、含水率、吸濕率、吸水率和硬度的差異

4種軟木的皮層厚度相差不大，厚皮淺裂型軟木皮層厚度最大（0.34 mm/層），薄皮淺裂型次之（0.30 mm/層），薄皮深裂型略高（0.28mm/層），厚皮深裂型最差（0.27mm/層）（表1）。

薄皮淺裂和厚皮淺裂型軟木的密度最小，平均值均為0.26 g/cm3，厚皮深裂型略大，薄皮深裂型最大（0.30 g/cm3），4種類型軟木密度差異不明顯；薄皮深裂和薄皮淺裂型軟木的含水率（6.98%和6.84%）明顯比厚皮型的要大；4種類型軟木的吸濕率均較小，且差異不大；4種軟木的吸水率均較低，厚皮深裂型軟木的吸水率最高（17.72%），其他3種類型軟木的吸水率差異不明顯（表1）。

4種類型軟木的硬度差異不明顯，厚皮淺裂型硬度最大（63.42 HA），厚皮深裂型最?。?3.81 HA），實際應(yīng)用中軟木的硬度值越小越好，因此在硬度的應(yīng)用上，厚皮深裂型軟木的優(yōu)勢較為明顯（表1）。

2.2 4種類型軟木抗壓指數(shù)與壓縮回彈率的差異

薄皮淺裂和薄皮深裂型的縱向抗壓指數(shù)大于厚皮深裂和厚皮淺裂型；軟木的橫向抗壓指數(shù)差異不明顯；15 min及24 h后，4種類型軟木總回彈率相差不明顯，薄皮深裂和薄皮淺裂型比厚皮深裂和厚皮淺裂型軟木的回彈率小，4種類型軟木橫向與縱向回彈率變化趨勢基本一致（表2）。

表1 4 種類型軟木物理性質(zhì)均值和變異統(tǒng)計Tab.1 Mean value and variation statistics of physical properties of four cork woods

表2 4種類型軟木力學(xué)性質(zhì)均值及變異統(tǒng)計Tab.2 Mean value and variation statistics of mechanical properties of four cork woods

3 結(jié)論與討論

4種類型的栓皮櫟軟木皮層厚度均較小，較好的厚皮淺裂型也只有0.34 mm，在樹種培育中應(yīng)著重增加栓皮櫟軟木的皮層厚度；4種類型的軟木均具有較好的壓縮回彈性和硬度，24 h回彈率大于80%，滿足優(yōu)良減震材料的要求[21]；4種類型軟木的平均密度為0.26～0.30 g/cm3，均較低，軟木的低密度性，使其具有優(yōu)良的吸音、隔熱效果和保溫性能，軟木密度越小，應(yīng)用越廣泛，薄皮淺裂和厚皮淺裂型軟木密度最低，是非常優(yōu)良的隔音材料，吸聲系數(shù)小于0.2[22]，適宜做吸音板和緩沖墊；高彈性是栓皮櫟軟木獨具的優(yōu)良特性。4種不同類型栓皮櫟軟木中，厚皮淺裂型軟木的性能相對最優(yōu)，可以用作動力機械密封、防震和隔熱裝置，廣播廳、影視廳和歌舞劇院等場所的隔音原料，室內(nèi)裝飾中的地板、墻紙和天花板等裝飾材料，食物、醫(yī)藥用瓶塞，乒乓球拍、垂釣竿把手、羽毛球頭、棒球芯和壘球芯等制品。