薄壁型巨龙竹物理性质研究

刘瑞华 成聃睿 史正军 刘蔚漪 辉朝茂 邓 佳

(西南林业大学 昆明 650224)

薄壁型巨龙竹物理性质研究

刘瑞华 成聃睿 史正军 刘蔚漪 辉朝茂 邓 佳

(西南林业大学 昆明 650224)

以薄壁型巨龙竹为研究对象，对 3～5年生薄壁型巨龙竹秆材的梢部、中部和基部进行物理性质研究。结果表明：薄壁型巨龙竹的基本密度、气干密度和全干密度分别为 0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3，大于云南甜竹和油簕竹的相应值，略小于毛竹；吸水率为 62.68%，显著高于毛竹的吸水率；径向气干干缩率为 3.920%，大于毛竹相应值。就物理性质而言，薄壁型巨龙竹适合作为竹板材原料加以开发利用。

巨龙竹；秆材；物理性质；测定

巨龙竹（Dendrocalamus sinicus）属禾本科（Gramineae）竹亚科（Bambusoideae）牡竹属（Dendrocalamus）植物，为云南特有的大型合轴丛生竹种。其秆高可达30 m以上，直径20～30 cm。调查发现巨龙竹存在“厚壁型”和“薄壁型”的分化[1]，本课题组此前分别对这2种竹材的化学成分进行过研究[2]，但对这2种分化竹材的物理力学性质的研究尚未有报道。本文选取薄壁型巨龙竹秆材为试材，对其物理力学性质进行测定和分析，以期为薄壁型巨龙竹的有效合理利用提供科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 试样采集

试样采集地为云南普洱市孟连县。巨龙竹选择生长正常，无病虫害，胸径差异不大的3～5年生竹株，采伐2～3株，按用材习惯去梢和侧枝后，将竹秆3等分，每段从下端起截取包含2个节和3个节间的一段圆竹，编号后标记，作为测试材料运回实验室。

1.2 试材制作及实验方法

为了保证各种试件取自竹秆上相对一致的位置，将圆筒剖开，对称取材，自下而上分别依次截取密度、吸水性、干缩性和湿胀性试件。每一试件相对的2个断面应相互平行并与侧面垂直，2个弦面保留竹青与竹黄的原状。各试件规格严格按照国标要求制作，其中竹材密度、吸水性、干缩性、湿胀性试件规格为：10 mm（纵向） × 10 mm（弦向） × t mm（竹壁厚），基本密度和干缩性测试的试件用饱和水分的试件制作。测试方法参照国家标准《竹材物理力学性质试验方法》（GB/ T 15780-1995）。

本实验以云南甜竹、毛竹、油簕竹、黄竹等常

见板材用竹种作为参比竹种，借此比较薄壁型巨龙竹的物理性质，分析其作为板材原料的利用前景。

1.3 测定项目

本研究测定项目有: 密度（包括基本密度、气干密度和全干密度）、吸水性、干缩性、湿胀性。

2 试验结果与分析

2.1 薄壁型巨龙竹的密度

2.1.1 与各参比竹种的密度比较

竹材密度是竹材材性的重要指标之一，与竹材的机械加工、化学处理等有十分密切的关系[4]。薄壁型巨龙竹与各参比竹种的密度测试结果见表1。由表1可看出，薄壁型巨龙竹的基本密度、气干密度和全干密度分别为：0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3。与其他几种竹材相比，薄壁型巨龙竹各项密度大于云南甜竹和油簕竹的相应值，略小于毛竹，明显小于黄竹的各项密度值。

2.1.2 竹材密度在竹秆纵向部位的变异

竹材密度与部位、年龄、立地条件、竹种都有密切的关系[5]。由测定结果（表1）可以看出，薄壁型巨龙竹的基本密度、气干密度、全干密度随着纵向高度的增加而增大。其中，基本密度由0.480 g/ cm3增大至0.761 g/cm3，气干密度由0.580 g/cm3增大至0.956 g/cm3，全干密度由0.575 g/cm3增大至0.838 g/cm3。在参比的竹种中云南甜竹、油簕竹及毛竹也表现出同样的变化规律。这一变化规律与杜复元等人对浙江省10种竹材密度的研究结果一致[6]。

表1 薄壁型巨龙竹与各参比竹种的竹材密度

密度的大小直接影响竹材作为承重结构材料的品质。同时，密度与竹材的硬度、抗磨性及发热值等均有密切关系[7]。通常情况下，竹材密度越大，力学性质也会随之增强，反之亦然。单就薄壁型巨龙竹各部位密度的差异而言，可以将竹材分段分类，使各部位得到充分利用。

2.2 薄壁型巨龙竹的吸水性

2.2.1 与各参比竹种吸水性的比较

吸水性是竹材物理性质中又一重要指标，对竹材的加工利用有一定影响。各竹种吸水率的测定结果列于表2。如表2所示，薄壁型巨龙竹的吸水率

为62.68%，略低于大木竹和青皮竹，显著高于毛竹的吸水率。

表2 薄壁型巨龙竹与各参比竹种的吸水率

2.2.2 竹材吸水性在竹秆纵向部位的变异

竹材的吸水性因竹秆位置的不同而有所差异，测定结果显示（表2），薄壁型巨龙竹竹材的吸水性从根部到梢部逐渐减小，并且变化显著。苏文会等对大木竹的研究也表明，自竹秆基部至梢部，吸水率也呈明显减小趋势[8]。因此，推测竹材吸水率的变化可能随着密度的变化而改变。

2.3 薄壁型巨龙竹的干缩性

2.3.1 与各参比竹种干缩性的比较

竹材的尺寸和体积随含水率的变化而变化称之为竹材的干缩性。各竹种干缩率的测定结果见表3，可以看出，薄壁型巨龙竹的气干干缩率分别为：径向干缩率3.920%、弦向干缩率2.265%、体积干缩率10.650%；全干干缩率分别为：径向干缩率6.187%、弦向干缩率5.559%、体积干缩率16.512%。由此可以看出，不论在气干还是全干状态下，薄壁型巨龙竹径向干缩率的变化大于弦向干缩率的变化。但总体看来，与大多数木材相比，竹材径向与弦向干缩率的差异较小。竹材的干缩性越大，加工成板材后产生的裂纹和翘曲就越严重。在生产实践中，可根据干缩率的差异调整干燥工艺参数或将竹材制成复合板等方式来避免这一缺陷[8]。

表3 薄壁型巨龙竹与各参比竹种竹材的干缩率

2.3.2 竹材干缩性在竹秆纵向部位的变异

竹材干缩率的测定结果显示（表3），从竹秆纵向部位来看，薄壁型巨龙竹的线性和体积干缩率未见规律性变化。张宏健等对黄竹、龙竹等竹种干缩性的纵向变异研究结果表明，此规律亦不明显[9]。就同一竹种来说，竹材气干和全干的径向干缩率随

竹秆部位的不同具有相同的变化趋势[10]。

2.4 薄壁型巨龙竹的湿胀性

薄壁型巨龙竹体积湿胀率的测定结果见表4。由表4可知，薄壁型巨龙竹根部、中部、梢部气干体积湿胀率分别为12.500%、9.170%、5.360%，平均为9.010%；吸水饱和体积湿胀率分别为18.750%、16.330%、8.933%，平均为14.671%。与参比的云南甜竹相比，薄壁型巨龙竹的气干体积湿胀率和吸水饱和体积湿胀率都较小，并且在纵向部位上未见明显变化。竹种间湿胀性的差异主要由竹材化学成分的差异所致，竹材综纤维素含量愈高，木素和抽出物含量愈低，其湿胀性愈高[11]。从对薄壁型巨龙竹化学成分的研究结果看，该竹种的综纤维素含量的确小于云南甜竹的含量，这一结果与其湿胀性较一致。

表4 薄壁型巨龙竹与云南甜竹竹材的体积湿胀率

3 小结与建议

实验结果显示，薄壁型巨龙竹的基本密度、气干密度和全干密度分别大于云南甜竹和油簕竹的相应值，略小于毛竹；吸水率显著高于毛竹的吸水率，低于大木竹和青皮竹的吸水率；气干体积干缩率和全干体积干缩率分别大于云南甜竹及毛竹的各项体积干缩率。可见，薄壁型巨龙竹的密度大，硬度高，是作为承重结构材料的优良竹种。同时，该竹种吸水性较强，干缩性的变化程度中等，所以在竹材加工过程中要注意调整干燥工艺参数，或将该竹材制成复合板材。总体而言，薄壁型巨龙竹径较粗，壁较厚，产量较高，可作为板材原料开发利用。

[1] 刘世男, 辉朝茂. 珍稀竹种巨龙竹的研究现状和展望[J]. 世界竹藤通讯, 2011, 9(5): 26-30.

[2] 刘瑞华, 成聃睿, 史正军, 等. 薄壁型巨龙竹秆材化学成分分析[J]. 世界竹藤通讯, 2014, 12(5): 22-24.

[3] 辉朝茂, 杜凡, 杨宇明. 竹类培育与利用[M]. 北京: 中国林业出版社, 2002: 86-110.

[4] 南京林产工业学院林学系竹类研究室. 竹林培育[M]. 北京: 农业出版社, 1974: 213-225.

[5] 虞华强. 竹材材性研究概述[J]. 世界竹藤通讯, 2003, 1(4): 5-9.

[6] 杜复元, 张建顺. 竹材密度研究[J]. 竹子研究汇刊, 1992(1): 50-57.

[7] 陈祖松. 福建柏人工林木材物理力学性质的试验研究[J]. 福建林学院学报, 1999, 19(3): 223-226.

[8] 苏文会, 顾小平, 岳晋军, 等. 大木竹竹材物理性质研究[J]. 南京林业大学学报, 2007, 3(2): 40-45.

[9] 张宏健, 杜凡, 张福兴. 云南4种材用丛生竹的主要物理力学性质[J]. 西南林学院学报, 1998, 18(3): 189-193.

[10] 高珊珊, 郑仁红, 等. 4种大径丛生竹材的密度和干缩性研究[J]. 福建林学院学报, 2010, 30(3): 270-274.

[11] 林金国, 何水东, 等.麻竹材基本密度与力学性质变异规律的研究[J]. 竹子研究汇刊, 1999, 18(1): 58-62.

[12] 史正军, 辉朝茂, 谷中明. 云南甜竹材性分析及开发利用价值初步评价[J]. 林业实用技术, 2009(10): 38-39.

Study on Physical Properties of Thin-Culm-Wall Dendrocalamus sinicus

Liu Ruihua Cheng Danrui Shi Zhengjun Liu Weiyi Hui Chaomao Deng Jia
(Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China)

The physical properties of 3-5-year-old thin-culm-wall Dendrocalamus sinicus in tip, middle and base part were investigated. The results indicated that the basic density, air dry density, and oven-dry density of D. sinicus culm were 0.682 g/cm, 0.756 g/cm, and 0.711 g/cm, respectively, which were more than those of D. brandisii, and slightly lower than that of Phyllostachys edulis. In addition, the saturated water absorption of D. sinicus culm was 62.68%, significantly higher than that of Ph. edulis. The radial air-dry shrinkage rate was 3.920%, more than that of Ph. edulis. Therefore, the culm of thin-culm-wall D. sinicus is suitable for processing as the material for manmade board.

Dendrocalamus sinicus, bamboo culm, physical properties, testing

10.13640/j.cnki.wbr.2015.01.004

国家自然科学基金项目（31260165、31160154）；国家林业科技成果推广项目 ([2012]66)；国家农业科技成果转化资金项目（2012GB2F300417）；云南省竹藤科学创新团队建设项目；云南省教育厅基金项目（2011Z040）。

刘瑞华（1990-），女，西南林业大学在读研究生。

邓佳（1983-），女，云南昆明人，博士，讲师，从事森林培育与综合利用研究。