黃藤和單葉省藤的主要物理力學性質1)

王傳貴 徐 鑫 汪佑宏 高龍芽 周 旭 張令峰 武 恒 劉杏娥

(安徽農業大學，合肥，230036)(國際竹藤網絡中心)

棕櫚藤(rattan)屬于棕櫚科單子葉藤類植物，是重要的可再生非木材資源［1］。在世界上共有13屬600多種，3.5×107萬hm2以上的天然林中有棕櫚藤的分布，其中亞洲分布有10屬300～400種，僅東南亞區域分布面積就達2.92×107hm2。我國分布有3屬:省藤屬(Calamus)、黃藤屬(Daemonorops)和鉤葉藤屬(Plectocomia)，約48種，26變種。目前在廣東、廣西、海南、云南及福建等省也均有人工栽培。

棕櫚藤莖藤條密度中等、輕便堅固、拋光度高、耐久性強，而且美觀素雅，因透氣、柔韌、輕巧、堅固，且為可生物降解的健康環保材料，是家具和工藝制品的優良材料，被廣泛用于制造桌、椅、茶幾、沙發、床等藤制家具，以及果籃、燈籠等各種藤編小飾品［2－3］。用藤編制的家具以及工藝品質感自然、手感清爽、冬暖夏涼、舒適別致、柔韌性好，透氣性強，符合人體功效學的要求，而且外觀典雅平實、美觀大方、貼近自然，具有很高的觀賞性。自然清新的原色藤家具體現了現代人回歸自然、追求健康的生活理念，素有工藝美術品之美稱，是傳統的出口創匯商品之一，具有很高的經濟價值。20世紀70年代以來，以原藤為主要原料的藤家具工業和國際貿易迅速發展，目前，全球棕櫚藤的年貿易總額達70億左右。我國藤制家具每年進出口貿易總額達2億美元以上，并以每年10%的速度增長，具有很高的商品價值，對于山區人民的發展具有重要意義［4］。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗所用材料黃藤、單葉省藤均為15年生左右，同采伐于廣西省憑祥市英陽林場;采收后去葉鞘、氣干。儀器:DHG－9146A型電熱鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司);恒溫恒濕箱BINDER:KBF115#04－63203;萬能力學試驗機INSTRON5582Q7171。

1.2 方法

1.2.1 抗彎彈性模量及抗彎強度

目前，國內外關于藤材力學性質的研究較少，有限的研究也不具備系統性。因此，在實驗過程中找不到可靠的標準來進行加工和分析，綜合考慮了木、竹、纖維和人造復合板材的力學性質的國家標準進行預備實驗，制定抗彎強度試驗方案。參照竹材抗彎彈性模量、抗彎強度測試標準GB/T 15780—1995，試材取整藤節，長160 mm，即D×160 mm(D為藤莖直徑)，采用中央單點加荷，跨距120 mm，以均勻速度加荷，在(60±30)s內使試樣破壞，見圖1。所有試材均在溫度為20℃、濕度65%的條件下調節含水率至平衡后，再進行力學試驗。

圖1 藤材抗彎性能測試

1.2.2 抗壓彈性模量及抗壓強度

根據木材順紋的抗壓強度試驗方法(GB 1935—91)的國家標準和增強塑料壓縮性能試驗方法(GB/T 3356—1999)的國家標準，分別設計了不同長度的試樣，進行縱向壓縮強度的預備試驗。

根據實驗方案的摸索及最終的應力—應變曲線圖的分析可知(見圖2)，長試樣在壓縮實驗時易于失去穩定，而且試樣較長時產生的初曲率及材料的缺陷對壓縮試驗結果影響較大，不滿足要求。根據實驗的應力—應變曲線和抗壓破壞情況，確定測試黃藤和單葉省藤的抗壓強度測試試樣的最佳長度分別為4、5 cm，試件尺寸分別為D×4 cm和D×5 cm，即長度為2～3倍直徑(見圖3)。抗壓試樣從抗彎試樣破壞后的一端截取。

1.2.3 密度及尺寸穩定性測試

在抗彎強度測試后的破壞試件上，參照國標GB 1933—91《木材密度測定方法》和國標GB/T 15780—1995《竹材物理力學性質實驗方法》規定截取長度為2 cm的樣品作為密度試件，即試件尺寸為D×2 cm(D為藤莖直徑)，經過氣干、絕干后分別測定其體積膨脹(收縮)率、吸濕率及吸水率。

圖2 藤材抗壓性能測試

圖3 棕櫚藤材抗彎應力—應變曲線

2 結果與分析

2.1 密度

密度一般包括氣干密度、基本密度、生材密度和絕干密度。一般而言，密度與其力學強度存在一定正相關關系，即密度越大，其對應的力學強度往往也越大。黃藤的氣干密度為0.46 g/cm3，單葉省藤為 0.55 g/cm3;黃藤的絕干密度為 0.43 g/cm3，單葉省藤為 0.52 g/cm3;黃藤基本密度為 0.39 g/cm3，單葉省藤為0.47 g/cm3。單葉省藤的密度明顯大于黃藤(見表1)。由于密度與力學強度存在一定正相關關系，即密度越大，其對應的力學強度往往也越大，可以初步推斷單葉省藤的力學強度要大于黃藤。

2.2 吸濕吸水及干縮性

2.2.1 吸濕率和吸水率

黃藤的吸濕率為9.23%，在8.83% ～9.98%變化，單葉省藤為9.05%，在8.51% ～10.00%變化;黃藤的吸水率為144.76%，在82.73% ～196.25%變化，單葉省藤的吸水率為117.95%，在70.96% ～233.46%變化。可以看出，黃藤比單葉省藤更易吸收水分，而且其變異性也小于單葉省藤(見表2)。

2.2.2 干縮濕脹性

黃藤的體積干縮率為0.42%，在0.29% ～0.76%變化，單葉省藤為0.48%，在0.36% ～0.80%變化;黃藤的吸濕體積膨脹率為3.78%，在0.62% ～6.27%變化，單葉省藤為4.37%，在1.66% ～8.98%變化;黃藤的吸水體積膨脹率為10.48%，在3.19% ～ 26.01% 變化，單葉省藤為13.15% ，在5.93% ～40.00%變化。可以看出黃藤的尺寸穩定性要優于單葉省藤，但兩者的變異性都很大(見表3)。

表1 2種藤材的密度

表2 2種藤材的吸濕率和吸水率

表3 2種藤材的干縮濕脹性

2.3 主要力學性質

黃藤的抗彎彈模為1 525.46 MPa，單葉省藤為1 375.32 MPa;黃藤的抗彎強度為57.62 MPa，單葉省藤為67.88 MPa;黃藤的抗壓彈模為1 198.49 MPa，單葉省藤為1 597.18 MPa;黃藤的抗壓強度為23.54 MPa，單葉省藤為31.59 MPa。除抗彎彈性模量外，其他3項指標單葉省藤均大于黃藤，與密度部分得出結論相符。另外，單葉省藤各項力學指標的變異系數都要比黃藤大，宏觀上是其直徑變異性的體現，在微觀上則由其纖維比量及形態的變異性決定(見表4)。

3 結論

黃藤的氣干密度、絕干密度和基本密度分別為 0.46、0.43、0.39 g/cm3，而單葉省藤的氣干密度、絕干密度和基本密度分別為 0.55、0.52、0.47 g/cm3。單葉省藤的密度明顯大于黃藤。

黃藤的吸濕率、吸水率分別為9.23%、144.76%，單葉省藤吸濕率、吸水率分別為9.05%、117.95%。黃藤比單葉省藤更易吸濕和吸收水分。

黃藤和單葉省藤的體積干縮率分別為0.42%和0.48%;黃藤、單葉省藤的吸濕體積膨脹率分別為3.78%和4.37%，吸水體積膨脹率分別為10.48%和13.15%。可以看出黃藤的尺寸穩定性要優于單葉省藤。

黃藤、單葉省藤的抗彎彈模分別為1 525.46、1 375.32 MPa，抗彎強度分別為57.62、67.88MPa，抗壓彈模分別為1 198.49、1 597.18 MPa，抗壓強度分別為 23.54、31.59 MPa，除抗彎彈性模量外，其他3項指標單葉省藤均大于黃藤。

表4 2種藤材的主要力學性質

［1］江澤慧.世界竹藤［M］.沈陽:遼寧科學技術出版社，2002:566－569.

［2］袁哲，強明禮，杜官本.云南藤家具業的現狀與前瞻［J］.世界竹藤通訊，2006，4(4):8－11，26.

［3］袁哲.藤家具的研究［D］.南京:南京林業大學，2006.

［4］蔡則謨，許煌燦，尹光天，等.棕櫚藤利用的研究與進展［J］.林業科學研究，2003，16(4):479－487.