50 a生人工降香黄檀林木材物理力学性质研究

廖鋆章，梁月群，唐 庆，符韵林

(1. 广西壮族自治区南宁树木园,南宁 530200；2.广西壮族自治区国有六万林场，南宁 537000；3.广西大学 林学院，南宁 530004)

降香黄檀(Dalbergiaodorifera)是我国特有树种，原产海南岛吊罗山尖峰岭低海拔平原和丘陵地区，多生长在吊罗山海拔100 m左右阳光充足的地方，因其成材缓慢、木质坚实、花纹漂亮，始终位列五大名木之一，一直被用来制作高端红木家具，资源越来越匮乏。目前人工林的降香黄檀在种植栽培等多方面已经比较成熟，但是降香黄檀木材物理力学性质研究不多，为确定人工降香黄檀木材利用价值，促进人工降香黄檀林发展，我们进行了50 a生人工降香黄檀林木材物理力学性质研究。

1 材料与方法

1.1 试样的采集

本实验试材2014年6月采自广西南宁市良凤江国家森林公园，根据《木材物理力学试材采集方法》采集样木5株。选定样木后定出北向，样木砍伐后测量整株树高和枝下高，分别在距样木根部0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3 m等处锯取厚度5 cm的圆盘，用以测定其性质，样木及试材的采集情况如表1。

1.2 试件制作以及测试方法

根据GB/T 1929-2009《木材物理力学试件锯解及试样截取方法》制取试样。吸水性、干缩性、密度等指标依据GB/T1932～1942-2009《木材物理力学试验方法》[3]测定，木材硬度按GB/T 1941-2009《木材硬度试验方法》、木材抗弯强度按GB/T1936.1-2009《本材抗弯强度试验方法》、抗弯弹性模量按GB/T1937-2009《木材顺纹抗剪强度测定方法》、顺纹抗压强度GB/T1936.2-2009按《木材抗弯弹性模量测定方法》、冲击韧性按GB/T1935-2009《木材顺纹抗压强度试验方法》测定。

表1 试样采集情况

2 结果与分析

2.1 木材物理性质

2.1.1 吸水性 木材的吸水性对木材的药剂浸注有着很大的影响，如图1所示，随着时间的增加，50 a生降香黄檀的吸水率慢慢变低，在1～3 d的时候，吸水率上升的比较快，在第5 d的时候趋于平衡，最大值约为43%，这反映了50 a生降香黄檀的浸注性很差，可能因其木质部含有大量内含物所致。

图1 50 a生降香黄檀吸水率随吸水时间变化趋势

2.1.2 密度 木材密度是木材物理性质中比较重要的一项指标，通过观察木材密度的大小，可以大致的判断木材的力学性能。在相同情况下，密度越大，木材的硬度和强度也就越大。从表1可以看出，50 a生人工林降香黄檀的基本密度、绝干密度和气干密度分别为0.583、0.751、0.783 kg·m-3, 根据《木材主要物理力学性质分级表》[4]判定，它的密度处于第四级，密度较大，属于高密度材，因此，降香黄檀受到外力时的阻力也比较大。

表2 50 a生人工林降香黄檀木材密度 单位：kg·m-3

2.1.3 干缩性 干缩湿涨是木材的固有性质，它会引起木材的尺寸变化，当各个方向的干缩或者湿涨不均衡的时候，木材就会开裂，进而影响木制品的使用。从表2可以看出，50 a生降香黄檀的弦向、径向和体积全干干缩率分别为4.4%、3.3%和4.9%，根据《木材的主要物理力学性质分级表》[4]标准判定,50 a生降香黄檀木材体积干缩率属于一级材范围。

表3 50 a生人工林降香黄檀木材不同状态下干缩率 单位：%

2.2 木材的力学性质

2.2.1 抗弯强度 木材的抗弯强度体现的是木材承受静力弯曲载荷的能力，50 a生人工林降香黄檀的抗弯强度为130.5 MPa，根据《木材物理力学性质分级表》[4]，50 a生降香黄檀的抗弯强度属于第4级(120.1～145.0 MPa)。

2.2.2 抗弯弹性模量 木材的抗弯弹性模量体现的是木材抵抗弯曲或者变形的能力，50 a生降香黄檀的抗弯弹性模量为10 308 MPa，根据《木材物理力学性质分级表》[4]，50 a生人工林降香黄檀的抗弯强度属于第2级(7 600～10 500 MPa)。

2.2.3 顺纹抗压强度 木材顺纹强度是指木材在顺纹受力状态下的单位面积上所能承受的最大内力，主要用于诱导结构材和建筑材的榫结合类似用途的容许工作应力计算和柱材的选择等。因为顺纹抗压强度易测量而且数值准确由于其他的强度指标存在关联，所以被普遍认为是力学强度试验中最重要的一个指标。经计算，50 a生降香黄檀的顺纹抗压强度为53.8 MPa属于4级(60.1～75.0 MPa)。

2.2.4 冲击韧性 木材的冲击韧性指的是木材在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，反映木材内部的细微缺陷和抗冲击性能。50 a生人工林降香黄檀的冲击韧性为77 KJ·m-2，属于第2级(25.1～85.0 KJ·m-2)[4]。

2.2.5 硬度 木材硬度是指木材抵抗其他刚体压入的能力,与其密度密切相关，密度越大则硬度越高，反之则越低。50 a生降香黄檀的端面硬度、弦面硬度和径面硬度平均值分别为8 547、6774N和6 748 N即108.9、86.3 Mpa和86 Mpa，三者的比例为1∶0.79∶0.79，端面和其他两个面的数值相差较大，弦面和径面数值相差较小，根据《木材的主要物理力学性质分级表》判断，端面硬度达到了5级水平(100.1 Mpa以上)。

木材综合强度是木材的抗弯强度和顺纹抗压强度的合称，用其大小判断木材承重性能的优劣。据测定50 a生人工林降香黄檀木材综合强度为184.3 Mpa，属高强度树种木材(>170 MPa)[4]。另外降香黄檀多用于制作家具，木材还需具备良好的强重比(品质系数)，经计算50 a生人工林降香黄檀木材综合品质系数为317.82 GPa,根据尹思慈[5]的三等级木材品质系数标准[5]，50 a生人工林降香黄檀木材为高等级材。

表4 50 a生人工林降香黄檀木材力学性质

3 结论

广西南宁市良凤江国家森林公园50 a生人工林降香黄檀木材基本密度、绝干密度、气干密度分别为0.583、0.751、0.783 kg·m-3，密度值较大；弦向、径向和体积全干干缩率分别为4.4%、3.3%和4.9%，干缩性小、干缩性能很好，不易开裂和变形；抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度分别为10 308、130.5、 53.8 MPa， 冲击韧性为77 KJ·cm-2，综合强度为184.3 Mpa，综合品质系数为317.82 Gpa，木材性质优良，属于高等级材。