黃果厚殼桂木材物理力學(xué)性能評(píng)價(jià)

黃平升，趙春梅，盧 庸，劉 衡，韋鵬練

（1.廣西壯族自治區(qū)南寧樹(shù)木園，廣西南寧 530031；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西南寧 530004）

黃果厚殼桂（Cryptocarya concinna）為樟科（Lauraceae）厚殼桂屬常綠喬木，分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國(guó)主要分布于廣東、廣西和江西等地，是南亞熱帶闊葉林中重要的優(yōu)勢(shì)種群之一[1]。其樹(shù)干通直，樹(shù)體高大，樹(shù)高可達(dá)18 m，胸徑可達(dá)35 cm，木材材質(zhì)細(xì)密均勻、紋理交錯(cuò)、材色鮮明，可用于建筑亦可用作優(yōu)質(zhì)家具材，具有較高的種植和推廣價(jià)值[2]。目前，關(guān)于黃果厚殼桂的研究多集中于其化學(xué)成分及群落生態(tài)特性等方面[3-5]；還有部分學(xué)者對(duì)黃果厚殼桂種群結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)、演替更新特點(diǎn)、成為建群種的原因和林分特性等方面進(jìn)行了研究[6-7]。關(guān)于黃果厚殼桂木材物理力學(xué)性能的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。木材的物理力學(xué)性能對(duì)木材的加工利用具有重要指導(dǎo)意義。本研究依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)黃果厚殼桂木材的物理力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)定、分析及評(píng)價(jià)，旨在為黃果厚殼桂木材的合理利用提供理論參考及技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試樣采集依據(jù)GB/T1927-2009[8]進(jìn)行，3 株39年生黃果厚殼桂于2017年12月采自廣西南寧市良鳳江國(guó)家森林公園（表1）。

表1 試樣采集Tab.1 Collection of tested samples

1.2 試驗(yàn)方法

按照GB/T 1929-2009[9]的規(guī)定制取試樣。物理性能主要測(cè)定木材的密度和干縮性，分別根據(jù)GB/T 1933-2009[10]和GB/T 1932-2009[11]進(jìn)行測(cè)定；力學(xué)性能主要測(cè)定木材的硬度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和沖擊韌性，分別根據(jù)GB/T 1941-2009[12]、GB/T 1935-2009[13]、GB/T 1936.1-2009[14]、GB/T 1936.2-2009[15]和GB/T 1940-2009[16]進(jìn)行測(cè)定。利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測(cè)試結(jié)果以平均值記。

1.3 試驗(yàn)儀器

螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、電子天平、干燥器、烘箱、SANS萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 木材物理性能

黃果厚殼桂木材的物理性能測(cè)定結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 黃果厚殼桂木材的主要物理性能Tab.2 Main physical properties of C.concinna wood

2.1.1 木材密度

密度是一項(xiàng)重要的木材物理性能指標(biāo)，可以通過(guò)它判斷木材材性的優(yōu)劣。黃果厚殼桂木材的基本密度、氣干密度及全干密度分別為0.604、0.688 和0.652 g/cm3，與火力楠（Michelia macclurei）木材的密度相仿[17]（表2）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材為中等密度水平（0.551 ～0.750 g/cm3）。

2.1.2 木材干縮性

干縮性是木材的固有性質(zhì)，對(duì)木材穩(wěn)定性的影響較大。黃果厚殼桂木材的徑向、弦向和體積氣干干縮率分別為2.703%、4.066%和7.165%（表2）。

差異干縮是評(píng)價(jià)木材穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。差異干縮大，木材干燥時(shí)沿徑向和弦向的收縮差異大，易發(fā)生翹曲和開(kāi)裂；差異干縮小，木材干燥時(shí)沿徑向和弦向的收縮差異小，木材尺寸穩(wěn)定性好。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材的差異干縮為1.504，屬于小（1.21 ～1.60），木材尺寸穩(wěn)定性好，干燥過(guò)程中不易發(fā)生翹曲和開(kāi)裂。

2.2 木材力學(xué)性能

黃果厚殼桂木材力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 黃果厚殼桂木材的主要力學(xué)性能Tab.3 Main mechanical properties of C.concinna wood

續(xù)表3 Continued

2.2.1 硬度

木材硬度表示木材抵抗剛性體壓入的能力。黃果厚殼桂木材的端面、弦面和徑面硬度分別為5 740、4 040 和3 940 N（表3）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材屬于中等強(qiáng)度木材（3 930 ～6 370 N）。

2.2.2 順紋抗壓強(qiáng)度

順紋抗壓強(qiáng)度是指木材沿紋理方向承受壓力載荷的最大能力。黃果厚殼桂木材的順紋抗壓強(qiáng)度為50.8 MPa（表3）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材屬于中等級(jí)別（34.4 ～54.9 MPa），處于我國(guó)木材順紋抗壓強(qiáng)度的平均水平[19]。

2.2.3 木材抗彎強(qiáng)度

木材抗彎強(qiáng)度是指木材承受橫向載荷的能力。黃果厚殼桂木材的抗彎強(qiáng)度為99.3 MPa（表3）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材屬于中等強(qiáng)度（78.5 ～117.7 MPa）。

2.2.4 木材抗彎彈性模量

木材抗彎彈性模量表征木材抵抗彈性變形的能力。黃果厚殼桂木材的抗彎彈性模量為11.81 GPa（表3）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材屬于中（11.8 ～14.8 GPa）。

2.2.5 木材沖擊韌性

木材的沖擊韌性表示木材抵抗沖擊載荷的能力。黃果厚殼桂木材的沖擊韌性為81 kJ/m2（表3）。根據(jù)我國(guó)主要樹(shù)種物理力學(xué)性能分級(jí)表[18]，黃果厚殼桂木材屬于甚高（＞58.8 kJ/m2）。

2.3 黃果厚殼桂木材品質(zhì)系數(shù)及綜合強(qiáng)度

2.3.1 黃果厚殼桂木材品質(zhì)系數(shù)

木材的品質(zhì)系數(shù)是木材力學(xué)強(qiáng)度與氣干密度的比值，也稱木材強(qiáng)重比。順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度是最重要的兩個(gè)木材品質(zhì)系數(shù)指標(biāo)，一般以兩者之和作為木材的綜合品質(zhì)系數(shù)。根據(jù)木材綜合品質(zhì)系數(shù)可將木材分為低等級(jí)材（＜1 960×105Pa）、中等級(jí)材（1 960 ～2 156 × 105Pa）和高等級(jí)材（＞2 156 ×105Pa）[20]。黃果厚殼桂木材的順紋抗壓強(qiáng)度品質(zhì)系數(shù)為738.4 × 105Pa，抗彎強(qiáng)度品質(zhì)系數(shù)為1 444.8 ×105Pa，木材綜合品質(zhì)系數(shù)為2 183.2 × 105Pa，屬于高等級(jí)材。

2.3.2 黃果厚殼桂木材綜合強(qiáng)度

木材綜合強(qiáng)度一般用木材順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的和來(lái)表示，用來(lái)評(píng)價(jià)木材作為承重構(gòu)件性能的優(yōu)劣。黃果厚殼桂木材的綜合強(qiáng)度為150.1 MPa，屬于綜合強(qiáng)度中等的木材（132.4 ～176.4 MPa）[21]。

3 結(jié)論與討論

黃果厚殼桂木材的基本密度、氣干密度和全干密度分別為0.604、0.688 和0.652 g/cm3；弦向、徑向和體積氣干干縮率分別為2.703%、4.366% 和7.165%，差異干縮為1.504，屬于中等密度、差異干縮小的木材。木材的端面、弦面和徑面硬度分別為5 740、4 040 和3 940 N，木材順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量和沖擊韌性分別為50.8 MPa、99.3 MPa、11.81 GPa 和81 kJ/m2，主要力學(xué)性能均達(dá)到中等級(jí)別。木材綜合品質(zhì)系數(shù)為2 183.2×105Pa，屬于高等級(jí)材；木材綜合強(qiáng)度為150.1 MPa，屬于綜合強(qiáng)度中等的木材。

黃果厚殼桂木材的沖擊韌性較高，可考慮用于制作木梁、枕木和船槳等對(duì)沖擊韌性要求較高的部件，亦可用來(lái)作為力學(xué)強(qiáng)度不高的建筑構(gòu)件以及家具用材。