细柄阿丁枫的物理力学性质研究

云朝光，唐 庆，韦鹏练

(1.南宁树木园，南宁 530000；2.广西大学 林学院，南宁 530004)

细柄阿丁枫(ChineseAltingia)，别名细叶枫、细柄蕈树，金缕梅科蕈树属AltingiaNor. 植物，它色彩纹理美观、干形通直、材质优良，是优质的绿化、材用、菌用常绿树种。其花单性同株，无花瓣，组成头状花序或再呈总状花序式排列，第3年就开花结实，早花簇生金黄，叶片厚革质，树形丰满婆娑，赣南是该品种分布的主产区，它是一种优良的乡土速生阔叶树种，性喜温暖湿润，对土壤要求并不十分严格，只要湿度相宜，即使在岩石裸露、土壤较浅薄的山坡地生长也很正常，还能扎根于石隙中。幼树耐庇荫，林冠下常有天然幼树生长[1]。目前市面上，阿丁枫木材主要用作家具装饰，对于其物理力学性能的学术研究却较少。本研究对细柄阿丁枫的物理力学性质进行研究与分析，旨在为细柄阿丁枫的进一步研究与推广提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究所用的样木采伐于广西南宁市良凤江国家森林公园，公园的前身是南宁树木园，1992年经原林业部批准建立良凤江国家森林公园。它位于广西南宁市南郊，坐标 108°28′79″ E， 22°72′88″ N，距市区7 km，公园内山环水绕，林木繁茂，属南亚热带季风气候。年平均气温21.6 ℃，年平均降水量1 300 mm，十分适合细柄阿丁枫的生长。将采集到的样木截取距树干基部1.3～3.3 m高的树段，记为第0段，之后每隔2 m截取一段，依次记为第1、2、3.....段，试验选取第1、3、5段木材作为试验样本段，样木段将按照GB/T1929-2009《木材物理力学试材锯解及式样截取方法》加工成标准试件。

1.2 研究方法

经过干燥处理合格后的标准试件，将根据《木材物理力学试验方法》中的方法依次测量木材的各个物理力学指标，指标的测量在万能力学试验机和摆锤式冲击试验机上面完成，为了保证实验数据的准确性，每个指标的有效测量样本均在90个以上。

2 结果与分析

2.1 木材的物理性质

2.1.1 木材密度 木材的密度直接与它的各项物理力学性质存在着密切的联系，研究木材的密度对了解木材的材性及可利用性意义重大[2]。经测试，细柄阿丁枫的气干密度、基本密度、绝干密度的平均值分别为0.730、0.710、0.667 g·cm-3，根据《木材物理力学性质分级表》[3]可知，细柄阿丁枫的的密度属于中等偏高的范畴(0. 55～0. 75 g·cm-3)。

2.1.2 木材干缩性 木材的干缩性与其含水率有着直接的联系，木材的干缩湿涨会引起木材尺寸的变化，而木材稳定性的好坏将直接影响到木制品的使用性能，在家具制造中，常常要在木材连接处预留缝隙，因此了解木材的干缩性，对家具制造者具有很大的意义。研究表明细柄阿丁枫的径向、弦向和体积干缩率平均值分别为2.61%、2.57%和13.1%，干缩系数分别为0.101%、0.103%和0.524%；由此可知细柄阿丁枫体积干缩比较大，试件尺寸稳定性差。

2.2 木材的力学性质

2.2.1 硬度 木材的硬度指的是木材抵御其他物体压入的能力，试验结果(表1)表明细柄阿丁枫端面、径面、弦面三个面的硬度分别为4 902.63、3 025.02和2 942.16 N；转换为MPa的形式就是61.3、37.8和36.7 MPa，比值接近为1∶0.62∶0.60，此数据还参考了张东北[4]的试验数据，结果也存在略微差异。推测是由于木材产地不同导致的差异，木材的性质会受到木材产地、自身缺陷和生长情况的影响，所以测验得到的结果也不尽相同。

2.2.2 顺纹抗压强度 木材的顺纹抗压强度指的是木材沿着纹理方向上承受压力的最大能力，木材顺纹抗压强度的测定简单、准确并且与其它的物理力学指标存在着非常密切的正关联性，所以木材顺纹抗压强度的测定被普遍认为是各项力学指标中最为重要的一项。细柄阿丁枫顺纹抗压强度平均值为55.5 MPa。试验表明细柄阿丁枫顺纹抗压强度在树干的下部达到最大，然后随着树干的上升呈现先减小后增大的趋势(表1)。

表1 细柄阿丁枫的力学性质

2.2.3 抗弯弹性模量 木材的抗弯弹性模量是木材的重要力学性质，它是用以反映木材刚性的指标。细柄阿丁枫的南向抗弯弹性模量的平均值为14 405.2 MPa，由此可以看出，细柄阿丁枫的刚性较强，反之，也可证明它的韧性较弱(表1)。

2.2.4 抗弯强度 抗弯强度也叫做静曲强度或弯曲强度，它反映的是木材承受弯曲应力的最大能力，这项指标是材料被用作承重构件时应首先考虑的因素，由表 1可知细柄阿丁枫的平均抗弯强度为111.81 MPa，我国树种木材的抗弯强度平均值在90 MPa左右[5 ]，由此可见细柄阿丁枫的抗弯强度水平处于国内所有木材中的中上游。

2.2.5 冲击韧性 冲击韧性是用于检验木材脆性或者韧性的一项指标，指的是木材在受到冲击力折断或者弯曲时，单位面积上所吸收的能量，吸收的能量越多，则表示木材的韧性越高。细柄阿丁枫的冲击韧性数据如表1所示，由于这项指标所用的试件比较多，得到的结果数值波动也比较大，本试验测得细柄阿丁枫的冲击韧性大小94.06 kg·m-2与张东北[3]试验所测得的结果189.0 kg·m-2相差甚远。由此可见测量这项数据使用的木材地区和试验试件数量不同，得到的结果也相差很大。

为了更有利于人们对细柄阿丁枫的认识，试验还选取了几种常被用于制作家具的树种来进行比较，对比结果如表2所示。

表2 几种木材力学性质的对比

从表2中可以看出细柄阿丁枫的顺纹抗压强度和抗弯强度基本可以持平水曲柳、降香黄檀、桦木等木材，所以如果不考虑木材纹理、色泽等因素的话，细柄阿丁枫也可以是一种非常优良的家具材。细柄阿丁枫力学性质最突出的地方在于它的抗弯弹性模量非常高，可以适用于一些对弹性模量要求高的用途，比如制作乐器等。

3 结论

细柄阿丁枫的气干密度、基本密度、绝干密度的平均值分别为0.730、0.710、0.667 g·cm-3；径向、弦向和体积干缩率平均值分别为2.61%、和13.1%，干缩系数分别为0.101、0.103和0.524；端面、径面、弦面三个面的硬度平均值分别为61.3、37.8和36.7 MPa；顺纹抗压强度平均值为55.5 MPa；抗弯弹性模量为14 490.6 MPa；抗弯强度为111.81 MPa；冲击韧性大小94.06 kg·m-2，综合强度为167.9 MPa，根据《木材主要物理力学性质分级表》[4]，细柄阿丁枫的物理力学性质除了体积干缩系数和抗弯弹性模量处于第4级外、其他的所有指标都分别处于第2级和第3级，综合强度属于第2级(大于107.9～166.6 MPa)；细叶阿丁枫的优点在于它的比弹性模量很高，即拥有较小的密度和较大的弹性模量，比弹性模量是表征木材共振性的一个重要指标，所以阿丁枫是用来制作乐器的优良材料，另外它的各项力学性能也不逊色于水曲柳、降香黄檀、桦木这些常用来制作家具的木材，所以用来制作家具也是它的可选用途之一。