桢楠木材的物理力学性质1)

李晓清 唐森强 隆世良 龙汉利 张 炜

(四川省林业科学研究院，成都，610081) (长宁县林业局) (四川省林业科学研究院)

随着国民经济的发展，社会对珍贵用材木材的需求与日剧增。木材物理力学性质是木材主要材性指标，对木材加工处理和利用都有着十分重要的实际意义，木材化学成分中抽出物含量影响着木材天然耐久性、材色和木材加工利用［1］。目前主要开展了人工林与天然林的比较［2-3］、立地条件［4-5］、经营措施［6-7］、病虫害［8］对木材物理力学性质的影响研究。

桢楠(Phoebe zhennan)为樟科常绿大乔木，是国家二级重点保护树种［9］，是素以材质优良闻名于国内外的特有珍贵用材和优良观赏树种。其干形通直，材质致密坚韧，耐腐而不易反翘开裂，加工容易，削面光滑，纹理美观，为上等建筑、家具、造船及工艺雕刻等木材，主要分布于四川、重庆、贵州、湖南和湖北省。目前尚未见对其物理力学性质的系统研究，笔者对桢楠木材物理力学性质做了较为系统的研究，以期为桢楠的开发和利用提供一定的数据基础，为培育桢楠资源和满足人民生活对优质木材的需求提供科学指导。

1 试验地概况

试材采自四川省宜宾市长宁县双河伏头村桢楠与楠竹天然混交林，104.89°E，28.33°N，海拔 492 m。试验地属典型的亚热带季风湿润气候，年均气温18.3℃，年最高极端气温40.7℃，最低气温-4.2℃，1月平均气温8℃，3月中旬均温达到12℃以上，7、8月是最热月，均温27.5℃以上，年均降水量1 104 mm，降水量集中在6—9月份，以8月份最多，12月份最少。平均日照时间1 112 h，年均空气湿度83%，≥10℃的积温为6 000℃左右。土壤为山地黄壤，土层深厚。

2 材料和方法

2.1 材料

测试样木：树高34 m，胸径47 cm，树龄94 a，枝下高8 m;样木生长地：海拔300 m，土壤为黄壤，土壤厚度＞100 cm。

2.2 试件制作及试验方法

按林分平均胸径和平均树高选取标准木2株伐倒(由于桢楠为我国特有的国家二级珍稀濒危树种，目前已列为名木古树保护，采伐受到极为严格限制，因此只伐1株平均木)，将伐倒样木距树基部1.3 m处向上截取230 cm长原木一段，根据树龄，按20 a为1个处理制作各力学强度试材(表1)。试材的采集按照国家标准《木材物理力学性质试验方法》GB 1927-43—1991所规定的方法加工成木材基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗剪强度、抗劈力、冲击韧性、表面耐磨、硬度试样，然后按上述国家标准测试方法，分别测定木材含水率、基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量及硬度等。

表1 试件制作

3 结果与分析

3.1 桢楠木材物理性质

木材密度用以表示木材细胞壁物质的多少，是木材诸项物理性质中的一项重要指标。通常可以根据木材密度的大小估算木材的质量，判断木材的工艺性质及其他物理性质，它的大小与木材的强度、硬度、干缩、耐磨性和发热值有很大的关系，还会影响木材的加工质量、制浆得率和浆的质量。木材密度受多种因子的影响，不同树龄、不同部位、同种异株、同种不同生长条件等，木材密度存在差异。桢楠木材基本密度随年龄变化而变化(表2)。

木材作为承重结构材料，它的品质主要取决于密度。表2表明，桢楠木材基本密度在0.5 g·cm-3以上，在60～80 a间达到最大值0.54 g·cm-3，接近中等(0.56～0.75 g· cm-3)［10］，表明桢楠木材在40年生时，其木材基本密度变化趋于稳定;而且，随着树龄增加，尤其是在80年生后，其木材基本密度开始降低。

表2 桢楠木材基本密度与年龄的关系

3.2 桢楠木材力学性质

木材力学性质是木材合理利用的一个重要依据，对其力学性质的解析在实际生产应用中具有重要意义。桢楠木材力学性质的测试结果见表3。抗弯强度S2高于S1，表明该项指标随着树木年龄增加而增大，结果与金春德等人对赤松的研究结论一致［11］;但随着年龄继续增加，抗弯强度却有减小的趋势。抗弯弹性模量却表现出随年龄增加而减少的趋势，与文献［4］研究结论不一致，可能是树种或其他因素影响，还需要进一步研究。顺纹抗压强度、冲击韧性、抗劈力、顺纹抗剪强度随着树木年龄增大而增加，在S2或S3达到最大，随后有所下降。硬度(端面、弦面和径面)随树木年龄增加而增大，其大小顺序为端面硬度＞弦面硬度＞径面硬度，此研究结论与石雷等人对印度黄檀木材物理力学性质研究结论一致［12］。根据《木材物理力学性质分级表》，划分木材等级的指标范围(见表4)。可知，桢楠木材顺纹抗压强度、抗弯强度属中等，树木在80年生时木材冲击韧性属高等，端面硬度属很硬。力学性质方差分析结果见表5。随着桢楠树木年龄增加，木材抗弯强度差异不显著，但顺纹抗压强度、冲击韧性、抗弯弹性模量和端面硬度差异达到0.01显著水平。

表3 桢楠木材力学性能测试结果

表4 木材等级指标范围

采用加权法［3］(其中冲击韧性、硬度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗劈力、顺纹抗剪强度及抗弯弹性模量的比重分别为1/11)，综合评价桢楠木材的物理力学性质。表3表明，桢楠木材在90 a内，其木材力学性质总的趋势是随年龄增大而更优，这主要是抗弯弹性模量和硬度这两个指标决定。如果兼顾其它指标，在桢楠栽培经营中，桢楠木材利用成熟期初步确定60～80 a。

表5 桢楠木材力学性质差异的方差分析

4 结论

40年生的桢楠木材基本密度、顺纹抗压强度、抗弯强度、冲击韧性、端面硬度属中等，顺纹抗压强度、冲击韧性、抗劈力、顺纹抗剪强度、冲击韧性、端面硬度随着树木年龄增大而增加。在80年生时木材冲击韧性属于高等，端面硬度属于很硬。如果兼顾其它指标，在桢楠栽培经营中，桢楠木材利用成熟期初步确定60～80 a。通过对桢楠木材物理力学性质的测定，为更好地发挥其潜在利用价值，充分合理地利用桢楠木材和科学地加工利用具有重要的指导意义。大力营造和培育桢楠人工林，促进其快速生长，这对满足市场需求、促进生态良性循环和林业可持续发展都具有重要的现实意义和深远的历史意义。

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