油杉木材物理力學性質探討范文

本站小編為你精心準備了油杉木材物理力學性質探討參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：對油杉Keteleeriafortunei木材的物理與力學性質進行測定與比較，結果表明，油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3，屬中密度木材。油杉木材的氣干徑向、弦向和體積干縮系數分別為4.408%、3.272%和7.892%，氣干差異干縮為1.347，油杉木材具有不易開裂和變形的特征。油杉木材的抗彎強度、順紋抗壓強度分別為92.701、57.217Mpa，端面、弦面和徑面硬度分別為4635.9、3420.8和3606.8N，其抗彎強度、順紋抗壓強度和硬度均屬中等。50年生油杉木材的物理力學性質優于22年生馬尾松Pinusmassoniana、濕地松Pinuselliottii和28年生杉木Cunninghamialanceolata、禿杉Taiwaniacryptomerioides。

關鍵詞：油杉；木材；物理性質；力學性質；差異比較

油杉Keteleeriafortunei為松科大喬木，喜光樹種，根系粗壯、發達，對土壤的適應性較廣，適宜干旱環境。其樹干端直，木材黃褐色，材質重，紋理直，耐水濕，抗腐性強，是珍貴的用材樹種[1—2]。目前關于油杉的研究主要集中在生物學和生態學特性以及育苗和造林等方面[3]，未見對油杉木材材性研究的報道。本文對取自福建省永春縣的油杉試材進行物理力學性質測定，并與馬尾松Pinusmassoniana、濕地松P.elliottii、杉木Cunninghamialanceolata、禿杉Taiwaniacryptomerioides木材進行比較，為油杉木材的加工利用提供技術參數。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地在福建省永春縣桃城鎮大坪村湖內，海拔490～590m，地理坐標為東經118°17′44″，北緯25°21′05″。土壤類型為山地紅壤，土層深厚，立地質量等級為II級，林下植被主要為亞熱帶常綠闊葉樹種和蕨類植物。屬南亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖濕潤，雨量充沛，年均降水量1676.3mm，極端最高溫39.2℃，極端最低溫–3.2℃，年均氣溫20.4℃，≥10℃年均積溫6984℃，年無霜期310d。群落面積約2hm2，2000年劃為自然保護小區[1—3]。

1.2試材采集

在試驗山場的上坡、中坡和下坡三處各設1個10m×10m樣地，在各樣地選擇標準木1株，共選取標準木3株。標準木樹齡50年，平均樹高22.66m，平均胸徑23.81cm。標準木伐倒后，在0m、1.3m、1.5m及以上按2m區分段，分別取5cm厚圓盤；在1.3m以上部位截取2m試材各一段，將每個圓盤和每段試材分別編號。

1.3方法

按照GB/T1929-2009《木材物理力學試材鋸解及試樣截取方法》對油杉試材初步加工，加工的試材進行自然氣干后，再按照《木材物理力學性質試驗方法》(GB/T1932、1933、1934.2、1935、1936.1、1941-2009)進行各項物理力學性能測定。采用全數字電子萬能材料試驗機和擺錘式沖擊試驗機對各項力學強度指標進行測定。測定的有效樣本數為30個。將50年生油杉木材的物理力學性質與22年生馬尾松和濕地松[4]、28年生杉木和禿杉[5]木材的物理力學性質進行比較。

2結果與分析

2.1油杉木材物理性質

2.1.1木材密度

木材密度是直接反映木材性質的重要指標，影響著木材的抗壓強度和抗彎強度等木材力學指標，木材密度與力學強度呈正相關關系[6]。從表2可以看出，油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3。根據《木材的主要物理力學性質分級表》[7]，油杉木材屬于中密度木材(氣干密度0.551～0.750g•cm-3)。

2.1.2干縮性

干縮性能是木材性質的重要指標，直接影響木材和木制品的尺寸、性狀和結構的穩定性以及使用性能的美觀等[8]。油杉木材全干徑向、弦向和體積干縮率分別為7.363%、5.397%和12.855%，木材氣干徑向、弦向和體積干縮率分別為4.408%、3.272%和7.892%(表2)。油杉木材干縮率較小，表明油杉作為用材時，具有尺寸穩定性好、變形小的優點。差異干縮(弦向干縮與徑向干縮之比)是判斷木材是否容易開裂及變形的重要依據。差異干縮數值偏大，說明木材干燥時容易發生翹曲和開裂；木材各方向的干縮較均勻，說明木材尺寸穩定性較好[9]。根據木材差異干縮的大小，可以大致判斷木材對特殊用材的適應性[10]。油杉木材從濕材到全干狀態，差異干縮為1.364，從濕材到氣干狀態，差異干縮為1.347，均小于2，說明油杉木材不易開裂和變形。

2.1.3濕脹性

木材濕脹性反映木材吸水后的尺寸變化。沿各方向的尺寸變化不均勻會導致木材開裂和變形，從而影響木材制品的利用[11]。油杉木材的徑向、弦向、體積氣干濕脹率分別為3.195%、2.250%和5.708%，徑向、弦向、體積飽水濕脹率分別為7.963%、5.715%和14.794%，差異濕脹分別為2.492、2.540和2.592(表2)。油杉木材濕漲率和差異濕脹較小，表明油杉木材尺寸穩定性較好。

2.2油杉木材力學性質

2.2.1抗彎強度

木材的抗彎強度體現了木材承受靜力彎曲荷載的最大能力[12]。油杉木材的抗彎強度為92.701Mpa，根據《木材物理力學性質分級表》，油杉木材的抗彎強度屬于中等(88.1～118.0Mpa)。

2.2.2木材順紋抗壓強度

木材的順紋抗壓強度體現了木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力[10]。油杉木材的順紋抗壓強度為57.217Mpa，根據《木材物理力學性質分級表》，油杉木材的順紋抗壓強度屬于中等(44.1～59.0Mpa)。

2.2.3硬度

木材硬度是指木材抵抗其他剛體壓入的能力[10]。木材的硬度跟木材的密度密切相關，密度越大則硬度越高，反之則低[13]。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和徑面硬度分別為4635.9、3420.8、3606.8N，根據《木材物理力學性質分級表》，油杉木材的硬度屬于中等(端面硬度4010～6500N)(表3)。

2.3油杉與其他樹種木材物理力學性質比較

將油杉木材物理力學性質與福建省主要造林樹種馬尾松[4]、濕地松[4]、杉木[5]和禿杉[5]等進行比較(表4)。油杉木材的氣干密度和全干密度最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.11、1.09、1.51、1.61倍和1.25、1.22、1.66、1.86倍。油杉木材的抗彎強度僅次于濕地松，分別是馬尾松、杉木、禿杉的1.03、0.96、1.48、1.47倍。油杉木材的木材順紋抗壓強度最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.68、1.56、1.65、1.75倍。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和徑面硬度均為最大。油杉木材徑向氣干干縮率、弦向氣干干縮率和體積氣干干縮率最大，分別是馬尾松、濕地松、杉木、禿杉的1.53、1.51、3.22、3.36倍、1.70、1.66、1.14、1.20倍和1.61、1.59、1.83、1.91倍，但油杉木材的差異干縮最小，油杉各個方向的干縮比較均勻。采用加權法綜合評價木材物理力學性質(其中氣干密度、全干密度、抗彎強度、木材順紋抗壓強度、端面硬度、弦面硬度和徑面硬度的比重分別為1/7)，50年生油杉木材物理力學性質優于福建省主要造林樹種22年生馬尾松和濕地松、28年生杉木和禿杉。

3結論

油杉木材的氣干密度為0.576g•cm-3，全干密度為0.544g•cm-3，屬中密度木材。木材氣干徑向、弦向和體積干縮系數分別為4.408%、3.272%和7.892%，氣干差異干縮為1.347，木材具有不易開裂和變形的特征。油杉木材的抗彎強度、順紋抗壓強度、端面硬度、弦面硬度和徑面硬度分別為92.701Mpa、57.217Mpa、4635.9N、3420.8N和3606.8N，油杉木材的抗彎強度、順紋抗壓強度和端面硬度均屬于中等。綜合比較，50年生油杉木材的物理力學性質優于22年生馬尾松濕地松和28年生杉木、禿杉。根據對油杉生長規律的研究[1]，在快速生長期時，油杉樹高年均生長0.55m，胸徑年均生長0.61cm。目前，馬尾松的松材線蟲病害嚴重，而同為松科的油杉具有木材好、生長較快，抗病害性強和抗瘠薄等優點。因此，從木材利用和林木生長速度方面以豐富造林樹種的角度考慮，油杉推廣種植意義重大，具有較高經濟價值和生態價值。

參考文獻：

[1]高楠,肖祥希,何文廣,郭福泰,陳金章,王麗琴,連細春,黃聲集,黃學敏.50年生油杉人工林生長規律研究[J].廣西林業科學,2015,44(3):219—224.

[2]高楠,肖祥希,何文廣,陳金章,連細春,黃聲集,黃學敏.50年油杉人工林生態系統養分分配格局[J].廣西林業科學,2015,44(4):352—357.

[3]王麗琴.福建永春油杉人工林生物量結構特征[J].亞熱帶植物科學,2015,44(3):228—230.

[4]莊奇.濕地松與馬尾松人工林木材物理力學性質的比較研究[J].中南林業調查規劃,2004,23(2):58—59.

[5]梁宏溫,黃恒川,黃承標,黃海仲,梁欣,蒙躍環.不同樹齡禿杉與杉木人工林木材物理力學性質的比較[J].浙江林學院學報,2008,25(2):137—142.

[6]林同龍.樂東擬單性木蘭木材物理力學性質的研究[J].福建林學院學報,2011,31(4):381—384.

[7]李堅.木材科學研究[M].北京:科學出版社,2009.

[8]趙承開,高建亮,朱林峰,趙林艷.無性系杉木木材物理性質研究[J].中南林學院學報,2006,26(6):165—168.

[9]梁宏溫,徐峰,牟繼平.馬占相思木材物理力學性質的研究[J].廣西農業生物科學,2004,23(4):325—328.

[10]陳松武,梁煒文,許彩娟,黃婷,陳曉斌,符韻林.人工林灰木蓮木材物理力學性質研究[J].安徽農業科學,2012,40(16):8993—8996.

[11]韋鵬練,黃騰華,符韻林.觀光木人工林木材物理力學性質的研究[J].西北林學院學報,2014,29(6):221—225.

[12]黃騰華,符韻林,李寧.擎天樹木材物理力學性質研究[J].西北林學院學報,2013,28(5):160—163.

[13]葉忠華,葉友章,劉曉輝,楊淑寶.毛紅椿木材物理力學性質研究[J].山地農業生物學報,2016,35(3):72—75.

作者：曾華浩1,2；肖祥希2；高楠2；劉曉輝2；陳金章3；王麗琴3；何文廣2；連細春4；黃聲集4；黃學敏5 單位：1.中南林業科技大學，2.福建省林業科學研究院，3.泉州市林業局，4.福建省永春碧卿國有林場，5.永春縣林業局