重庆市梁平县刺楸材性研究

薛沛沛，温中斌，李月文，黄珍富

（1.重庆市林业科学研究院，三峡库区森林保护与恢复重庆市市级重点实验室，重庆 400036；2.重庆市梁平县林业局）

梁平县位于重庆市东北部，地处 N30°25′～30°53＇、E107°24′～108°05′，幅员面积1890km2。气候为四川盆地暖湿亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛，云雾多，日照少。地貌类型多样，山、丘、平坝均有。土壤以黄壤土类和紫色土类为主，pH值5.5～7.5。刺楸作为国家二级保护珍稀树种，梁平县资源丰富，但大多数属于零星分布。为了实现刺楸资源的高效利用，本文通过对刺楸的材性进行分析，以期为刺楸资源的保护、定向培育和合理利用奠定基础。

1 材料与方法

供试材料为位于重庆市梁平县的25～30年生的刺楸木材。

2 试验方法

2.1 树木解析

选择4棵长势良好的刺楸，对其进行树木解析。解析木基本情况见表1。树木解析方法参见测树学［1］。

表1 刺楸解析木基本情况表

2.2 刺楸木材物理化学性质测定

按《木材物理力学试验方法》（GB1927－43－91）［2］的有关规定，测试各项指标并进行计算分析，测试指标见表2和表3。

刺楸化学成分的测定是按照国家有关标准进行。水分：按GB 2677.2－93测定；灰分：按GB 2677.3－93测定；热水抽出物：按 GB 2677.4－93测定；1%NaOH 抽出物：按GB 2677.5－93测定；苯醇抽出物：按GB 2677.7－93测定；戊聚糖：按 GB 2677.8－93测定；木质素：按GB 2677.9－93测定；综纤维素：按 GB 2677.10－93测定。

3 结果分析

3.1 刺楸物理性质

3.1.1 密度。密度是木材单一性质中最重要者。木材作为承重结构材料，它的品质主要取决于密度，是树木营林、育种主要评定指标，也是判断木材的工艺性能和物理力学性质（如强度、硬度、干缩湿胀等）的最直接的指标［3］，对木材的加工利用和林木的定向培育有着极为重要的指导意义。一般认为，适宜的造纸材密度0.4～0.6g／cm3［4］，刺楸的绝干密度为0.57g／cm3，就密度而言，比较适于造纸，也是较好的结构用材。

3.1.2 干缩率。木材的干缩性能影响木材的加工利用［5］。木材制材后，在由生材至气干材的干燥过程中，因失去水分而产生线性和体积收缩。因不同部位木材水分含量不同、密实程度不同，导致干缩率不同和弦、径向干缩差异不同，因而易使木材产生不同程度的开裂、弯曲、扭曲、翘曲等质量缺陷，降低木材的利用价值和利用率。刺楸木材弦向全干缩率为4.5%，径向全干缩率为6.6%，体积全干缩率为12.3%。

木材的弦向和径向的干缩系数之比称为差异干缩，差异干缩越大，木材在干燥时越容易开裂，反之则干燥时较均匀，因此从差异干缩大体上可以判断木材尺寸的稳定性和利用的适应性［6］。刺楸木材的差异干缩为0.68，说明刺楸的干燥性能较好，不易出现翘曲、变形、开裂等缺陷，体积较稳定，尺寸变化小，加工性能好。

表2 刺楸的密度和干缩系数

3.1.3 木材的力学性质。木材物理力学性质是木材科学加工与合理利用最重要的特征之一［7］，也是结构用材的主要材性指标。

3.1.3.1 吸水性。木材吸水性与木材防腐、防虫药剂的浸注，制浆造纸工业的蒸煮和木材制品的油漆、胶合、着色等都具有密切的关系［8］。刺楸的吸水性179.2%，属于良好的范围。

3.1.3.2 综合强度。建筑物的屋架、横条、横担和木桥等易于弯曲的构件的选择，要首先考虑木材的抗弯强度。国产阔叶树木材的抗弯强度大多数在58～135MPa，刺楸木材处于中等水平（74.8MPa）。木材的顺纹抗压在一定程度上可以说明木材总的其它力学强度，并与木材的力学强度呈正相关。刺楸的顺纹抗压强度为38.7MPa，属于中级。通常用顺纹抗压强度和抗弯强度之和来表示木材的综合强度。刺楸的综合强度为113.5MPa，属于中级。

3.1.3.3 顺纹抗剪强度。顺纹抗剪强度常用于工程建筑结构，如屋架的结合。刺楸木材的顺纹抗剪强度为6.6MPa、7.6MPa（径、弦）比杉木略高（4.8MPa、5.4MPa）。

3.1.3.4 冲击韧性。韧性是木材吸收载荷的能量以抵抗破裂的固有能力，以冲击韧性衡量。冲击韧性是选择枕木、工具柄、枪托、运动器械和农机部件等用材的 依 据［9］，我 国 阔 叶 材 的 冲 击 韧 性 多 在 16.0～182.2kJ／m2，刺楸木材的冲击韧性属中等级（49.8kJ／m2）。

3.1.3.5 抗劈力。抗劈力对木材劈开的难易、握钉力的大小、切削时阻力的大小等都有密切的关系，可作为选择建筑、木模、家具、车箱和工具柄等用材的依据，尤其是需钉钉子的薄板，更需要选抗劈力较大的木材。刺楸木材的抗劈力为弦向18.5N／mm，径向16.2N／mm。

3.1.3.6 抗弯弹性模量。木材受外力作用后，阻止变形的能力，以抗弯弹性模量衡量。刺楸的抗弯弹性模量为6610.2MPa，属低级。

3.1.3.7 横纹抗压强度。横纹抗压强度是指垂直于木材纹理方向承受压力荷载，在比例极限时的纤维压力。刺楸的径向全部抗压为4.3MPa，弦向全部抗压为5.2MPa，径向局部抗压为5.0MPa，弦向局部抗压为4.8MPa。由于刺楸的径向抗压与弦向抗压差异较小，因此刺楸的木射线较窄。

3.1.3.8 硬度。木材硬度与木材加工利用有密切关系，硬度高者难切削，反之易加工。刺楸端面硬度3107N，弦向硬度为2418N，径向硬度为2075N。按我国对主要用材树种硬度的划分标准，属软材树种。

表3 刺楸物理性质指标

3.2 刺楸化学性质

3.2.1 综纤维素。综纤维素是指纤维原料中碳水化合物的全部，包括纤维素和半纤维素，决定了制浆造纸的得率和纸品的质量［10］。根据资料，典型的阔叶树木材综纤维素含量为74%。刺楸木材的综纤维素为82.20%，是较好的制浆原料。

3.2.2 木质素。木质素是由苯丙烷结构单元构成的具三维结构的天然高分子化合物［11］，在生产化学浆时去除原料中所含木质素的80%～90%，生产半化学浆时要去除25%～50%的木质素。因此，选择木质素含量低的原料更方便、实用。刺楸木质素含量为17.6%，与文献中所能查到的其他品种木质素相比较属于低等范畴，可见刺楸是造纸工业的适用原料。

3.2.3 灰分。灰分主要是钾、钠、镁、钙等的无机盐类。它对生产普通纸张影响不大，但如生产精制浆则需在制浆过程中控制灰分含量。对于人造板来说，灰分含量高将影响胶粘剂的结合力，通常表现为内结合力低，握钉力差，二次加工贴面易脱落。刺楸木材的灰分含量为0.75%，低于1%，属于优质范围。

3.2.4 冷热水抽出物。冷热水抽出物主要成分一般为多糖、单宁、无机盐、色素等。对制浆造纸来说，抽出物的含量以少为好，在人造板生产中也会对生产工艺产生影响，刺楸冷热水抽提物含量较低，符合人造板生产的要求。

3.2.5 1%NaOH抽出物。刺楸木材1%NaOH抽出物含量稍高，给人造板制造带来的问题是热压过程中，低中级碳水化合物易分解，产生淀粉胶，使板材抗水性差并易粘板。解决的方法是在原料中加入转换剂，使其变成变性淀粉和醚化淀粉胶，提高木材的抗水性。

3.2.6 苯醇抽出物。制浆业中常称苯醇抽出物为树脂。树脂含量高时，对磨木浆和酸性亚硫酸盐木浆的生产都有很大影响，有可能形成“树脂障碍”，对浆产量、蒸煮药品用量、纸张漂白和纸张成本都产生不利的影响。生产纤维板时会影响胶粘剂的吸着与固化，应予注意。刺楸苯醇抽出物为1.70%，可以看出刺楸木材渗透性较好，易吸收水分。

3.2.7 戊聚糖。存在于木材中的戊聚糖，是木材中半纤维素中以木糖基为主链的一种高聚糖。经酸水解，可生成木糖和阿拉伯糖。在各树种的木材里，都含有数量不等的戊聚糖。

表4 刺楸木材的化学成分 %

4 结论与讨论

4.1 刺楸木材的绝干密度为0.57g／cm3，差异干缩为0.68，说明刺楸的干燥性能较好，不易出现翘曲、变形、开裂等缺陷，体积较稳定，尺寸变化小，加工性能好。而且，刺楸木质坚硬细腻、花纹明显，是制作高级家具、乐器、工艺雕刻、装饰用材的良好材料，适宜用于木模制作。

4.2 根据木材力学性质5级划分法，除抗弯弹性模量属低级外，抗弯强度、顺纹抗压强度、综合强度、冲击韧性，均为中等。这些主要强度指标表明，刺楸木材可作为家具结构用材和普通承重结构用材。而且，由于本身结构细而均匀、树干通直、节疤少、材质稳定、强度中偏低等优点，是一种优良的装饰材种，也适合于制造胶合板。

4.3 综纤维素含量越高，木素含量就越低，蒸煮比较容易，可适当减少化学药品的消耗，从而降低纸张的制造成本［12］。研究表明，巨桉综纤维素含量为69.91%～73.74%［13］，米老排为80.42%［14］，喜树80.36%、黑荆树81.26%、杨树81.86%［15］，马褂木为86.07%［16］，刺楸的综纤维素为82.20%。同时，刺楸的木质素含量较低，刺楸木材的灰分含量、冷热水抽出物、1%NaOH抽出物、苯醇抽出物的含量在木材学上来说，都属于较好的范围，表明刺楸木材可用于造纸纤维原料及纤维板、刨花板的优质原料，符合制浆原料和造纸工业的要求。

［1］孟宪宇.测树学［M］.北京：中国林业出版社，2006.

［2］国家技术监督局.国家标准 GB1927－43－91：木材物理力学性质试验方法［S］.北京：中国标准出版社，1991.

［3］尹思慈.木材品质与缺陷［M］.北京：中国林业出版社，1991.

［4］夏玉芳.马尾松中龄施肥木材密度和干缩率的研究［J］.浙江林业科技，2001，21（6）：1－6.

［5］周侃侃，徐漫平，郭飞燕，等.枫香木材性质及其加工性能研究［J］.应用研究，2009：51－54.

［6］徐有明.木材学［M］.北京：中国林业出版社，2006.

［7］郭明辉，陈广胜，王金满，等.培育措施对人工林樟子松木材力学性质的影响［C］.中国林学会木材科学分会第九次研讨会论文集，2009：359－363.

［8］鲁胜平.柳杉木材吸水性及密度研究［J］.湖北民族学院学报（自然科学版），2005，23（4）：384－387.

［9］钟景兵，李英键.酸枣木材物理力学性质试验［J］.广西林业科学，1997，26（1）：44－46.

［10］汪贵斌，曹福亮，柳学军，等.不同落羽杉种源木材化学性质的变异［J］.南京林业大学学报，2009，33（6）：15－19.

［11］齐连丽.碱木质素改性脲醛树脂的研究［D］.南京：南京林业大学，2008.

［12］方桂珍.20种树种木材化学组成分析［J］.中国造纸，2002（6）：79－80.

［13］梁善庆，罗建举.人工林米老排木材化学成分及其在树干高度上的变异［J］.中南林学院学报，2004，24（5）：28－31.

［14］邱坚，杜官本，保昆雁.3种人工培育木材化学成分与纤维形态的研究［J］.西南林学院学报，2003，23（2）：81－83.

［15］李建民，周志春.马褂木人工林的生长和制浆造纸性能［J］.中国造纸，2002，21（2）：5－7.

［16］秦特夫，黄洛华.5种不同品系相思木材的化学性质Ⅱ：木材化学组成及差异性［J］.林业科学研究，2005，18（2）：191－194.