重慶市梁平縣刺楸材性研究

薛沛沛，溫中斌，李月文，黃珍富

（1.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，三峽庫區(qū)森林保護(hù)與恢復(fù)重慶市市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400036；2.重慶市梁平縣林業(yè)局）

梁平縣位于重慶市東北部，地處 N30°25′～30°53＇、E107°24′～108°05′，幅員面積1890km2。氣候?yàn)樗拇ㄅ璧嘏瘽駚啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，云霧多，日照少。地貌類型多樣，山、丘、平壩均有。土壤以黃壤土類和紫色土類為主，pH值5.5～7.5。刺楸作為國家二級(jí)保護(hù)珍稀樹種，梁平縣資源豐富，但大多數(shù)屬于零星分布。為了實(shí)現(xiàn)刺楸資源的高效利用，本文通過對(duì)刺楸的材性進(jìn)行分析，以期為刺楸資源的保護(hù)、定向培育和合理利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

供試材料為位于重慶市梁平縣的25～30年生的刺楸木材。

2 試驗(yàn)方法

2.1 樹木解析

選擇4棵長勢(shì)良好的刺楸，對(duì)其進(jìn)行樹木解析。解析木基本情況見表1。樹木解析方法參見測(cè)樹學(xué)［1］。

表1 刺楸解析木基本情況表

2.2 刺楸木材物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

按《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》（GB1927－43－91）［2］的有關(guān)規(guī)定，測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)并進(jìn)行計(jì)算分析，測(cè)試指標(biāo)見表2和表3。

刺楸化學(xué)成分的測(cè)定是按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。水分：按GB 2677.2－93測(cè)定；灰分：按GB 2677.3－93測(cè)定；熱水抽出物：按 GB 2677.4－93測(cè)定；1%NaOH 抽出物：按GB 2677.5－93測(cè)定；苯醇抽出物：按GB 2677.7－93測(cè)定；戊聚糖：按 GB 2677.8－93測(cè)定；木質(zhì)素：按GB 2677.9－93測(cè)定；綜纖維素：按 GB 2677.10－93測(cè)定。

3 結(jié)果分析

3.1 刺楸物理性質(zhì)

3.1.1 密度。密度是木材單一性質(zhì)中最重要者。木材作為承重結(jié)構(gòu)材料，它的品質(zhì)主要取決于密度，是樹木營林、育種主要評(píng)定指標(biāo)，也是判斷木材的工藝性能和物理力學(xué)性質(zhì)（如強(qiáng)度、硬度、干縮濕脹等）的最直接的指標(biāo)［3］，對(duì)木材的加工利用和林木的定向培育有著極為重要的指導(dǎo)意義。一般認(rèn)為，適宜的造紙材密度0.4～0.6g／cm3［4］，刺楸的絕干密度為0.57g／cm3，就密度而言，比較適于造紙，也是較好的結(jié)構(gòu)用材。

3.1.2 干縮率。木材的干縮性能影響木材的加工利用［5］。木材制材后，在由生材至氣干材的干燥過程中，因失去水分而產(chǎn)生線性和體積收縮。因不同部位木材水分含量不同、密實(shí)程度不同，導(dǎo)致干縮率不同和弦、徑向干縮差異不同，因而易使木材產(chǎn)生不同程度的開裂、彎曲、扭曲、翹曲等質(zhì)量缺陷，降低木材的利用價(jià)值和利用率。刺楸木材弦向全干縮率為4.5%，徑向全干縮率為6.6%，體積全干縮率為12.3%。

木材的弦向和徑向的干縮系數(shù)之比稱為差異干縮，差異干縮越大，木材在干燥時(shí)越容易開裂，反之則干燥時(shí)較均勻，因此從差異干縮大體上可以判斷木材尺寸的穩(wěn)定性和利用的適應(yīng)性［6］。刺楸木材的差異干縮為0.68，說明刺楸的干燥性能較好，不易出現(xiàn)翹曲、變形、開裂等缺陷，體積較穩(wěn)定，尺寸變化小，加工性能好。

表2 刺楸的密度和干縮系數(shù)

3.1.3 木材的力學(xué)性質(zhì)。木材物理力學(xué)性質(zhì)是木材科學(xué)加工與合理利用最重要的特征之一［7］，也是結(jié)構(gòu)用材的主要材性指標(biāo)。

3.1.3.1 吸水性。木材吸水性與木材防腐、防蟲藥劑的浸注，制漿造紙工業(yè)的蒸煮和木材制品的油漆、膠合、著色等都具有密切的關(guān)系［8］。刺楸的吸水性179.2%，屬于良好的范圍。

3.1.3.2 綜合強(qiáng)度。建筑物的屋架、橫條、橫擔(dān)和木橋等易于彎曲的構(gòu)件的選擇，要首先考慮木材的抗彎強(qiáng)度。國產(chǎn)闊葉樹木材的抗彎強(qiáng)度大多數(shù)在58～135MPa，刺楸木材處于中等水平（74.8MPa）。木材的順紋抗壓在一定程度上可以說明木材總的其它力學(xué)強(qiáng)度，并與木材的力學(xué)強(qiáng)度呈正相關(guān)。刺楸的順紋抗壓強(qiáng)度為38.7MPa，屬于中級(jí)。通常用順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度之和來表示木材的綜合強(qiáng)度。刺楸的綜合強(qiáng)度為113.5MPa，屬于中級(jí)。

3.1.3.3 順紋抗剪強(qiáng)度。順紋抗剪強(qiáng)度常用于工程建筑結(jié)構(gòu)，如屋架的結(jié)合。刺楸木材的順紋抗剪強(qiáng)度為6.6MPa、7.6MPa（徑、弦）比杉木略高（4.8MPa、5.4MPa）。

3.1.3.4 沖擊韌性。韌性是木材吸收載荷的能量以抵抗破裂的固有能力，以沖擊韌性衡量。沖擊韌性是選擇枕木、工具柄、槍托、運(yùn)動(dòng)器械和農(nóng)機(jī)部件等用材的 依 據(jù)［9］，我 國 闊 葉 材 的 沖 擊 韌 性 多 在 16.0～182.2kJ／m2，刺楸木材的沖擊韌性屬中等級(jí)（49.8kJ／m2）。

3.1.3.5 抗劈力?？古?duì)木材劈開的難易、握釘力的大小、切削時(shí)阻力的大小等都有密切的關(guān)系，可作為選擇建筑、木模、家具、車箱和工具柄等用材的依據(jù)，尤其是需釘釘子的薄板，更需要選抗劈力較大的木材。刺楸木材的抗劈力為弦向18.5N／mm，徑向16.2N／mm。

3.1.3.6 抗彎彈性模量。木材受外力作用后，阻止變形的能力，以抗彎彈性模量衡量。刺楸的抗彎彈性模量為6610.2MPa，屬低級(jí)。

3.1.3.7 橫紋抗壓強(qiáng)度。橫紋抗壓強(qiáng)度是指垂直于木材紋理方向承受壓力荷載，在比例極限時(shí)的纖維壓力。刺楸的徑向全部抗壓為4.3MPa，弦向全部抗壓為5.2MPa，徑向局部抗壓為5.0MPa，弦向局部抗壓為4.8MPa。由于刺楸的徑向抗壓與弦向抗壓差異較小，因此刺楸的木射線較窄。

3.1.3.8 硬度。木材硬度與木材加工利用有密切關(guān)系，硬度高者難切削，反之易加工。刺楸端面硬度3107N，弦向硬度為2418N，徑向硬度為2075N。按我國對(duì)主要用材樹種硬度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬軟材樹種。

表3 刺楸物理性質(zhì)指標(biāo)

3.2 刺楸化學(xué)性質(zhì)

3.2.1 綜纖維素。綜纖維素是指纖維原料中碳水化合物的全部，包括纖維素和半纖維素，決定了制漿造紙的得率和紙品的質(zhì)量［10］。根據(jù)資料，典型的闊葉樹木材綜纖維素含量為74%。刺楸木材的綜纖維素為82.20%，是較好的制漿原料。

3.2.2 木質(zhì)素。木質(zhì)素是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的具三維結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物［11］，在生產(chǎn)化學(xué)漿時(shí)去除原料中所含木質(zhì)素的80%～90%，生產(chǎn)半化學(xué)漿時(shí)要去除25%～50%的木質(zhì)素。因此，選擇木質(zhì)素含量低的原料更方便、實(shí)用。刺楸木質(zhì)素含量為17.6%，與文獻(xiàn)中所能查到的其他品種木質(zhì)素相比較屬于低等范疇，可見刺楸是造紙工業(yè)的適用原料。

3.2.3 灰分。灰分主要是鉀、鈉、鎂、鈣等的無機(jī)鹽類。它對(duì)生產(chǎn)普通紙張影響不大，但如生產(chǎn)精制漿則需在制漿過程中控制灰分含量。對(duì)于人造板來說，灰分含量高將影響膠粘劑的結(jié)合力，通常表現(xiàn)為內(nèi)結(jié)合力低，握釘力差，二次加工貼面易脫落。刺楸木材的灰分含量為0.75%，低于1%，屬于優(yōu)質(zhì)范圍。

3.2.4 冷熱水抽出物。冷熱水抽出物主要成分一般為多糖、單寧、無機(jī)鹽、色素等。對(duì)制漿造紙來說，抽出物的含量以少為好，在人造板生產(chǎn)中也會(huì)對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響，刺楸冷熱水抽提物含量較低，符合人造板生產(chǎn)的要求。

3.2.5 1%NaOH抽出物。刺楸木材1%NaOH抽出物含量稍高，給人造板制造帶來的問題是熱壓過程中，低中級(jí)碳水化合物易分解，產(chǎn)生淀粉膠，使板材抗水性差并易粘板。解決的方法是在原料中加入轉(zhuǎn)換劑，使其變成變性淀粉和醚化淀粉膠，提高木材的抗水性。

3.2.6 苯醇抽出物。制漿業(yè)中常稱苯醇抽出物為樹脂。樹脂含量高時(shí)，對(duì)磨木漿和酸性亞硫酸鹽木漿的生產(chǎn)都有很大影響，有可能形成“樹脂障礙”，對(duì)漿產(chǎn)量、蒸煮藥品用量、紙張漂白和紙張成本都產(chǎn)生不利的影響。生產(chǎn)纖維板時(shí)會(huì)影響膠粘劑的吸著與固化，應(yīng)予注意。刺楸苯醇抽出物為1.70%，可以看出刺楸木材滲透性較好，易吸收水分。

3.2.7 戊聚糖。存在于木材中的戊聚糖，是木材中半纖維素中以木糖基為主鏈的一種高聚糖。經(jīng)酸水解，可生成木糖和阿拉伯糖。在各樹種的木材里，都含有數(shù)量不等的戊聚糖。

表4 刺楸木材的化學(xué)成分 %

4 結(jié)論與討論

4.1 刺楸木材的絕干密度為0.57g／cm3，差異干縮為0.68，說明刺楸的干燥性能較好，不易出現(xiàn)翹曲、變形、開裂等缺陷，體積較穩(wěn)定，尺寸變化小，加工性能好。而且，刺楸木質(zhì)堅(jiān)硬細(xì)膩、花紋明顯，是制作高級(jí)家具、樂器、工藝雕刻、裝飾用材的良好材料，適宜用于木模制作。

4.2 根據(jù)木材力學(xué)性質(zhì)5級(jí)劃分法，除抗彎彈性模量屬低級(jí)外，抗彎強(qiáng)度、順紋抗壓強(qiáng)度、綜合強(qiáng)度、沖擊韌性，均為中等。這些主要強(qiáng)度指標(biāo)表明，刺楸木材可作為家具結(jié)構(gòu)用材和普通承重結(jié)構(gòu)用材。而且，由于本身結(jié)構(gòu)細(xì)而均勻、樹干通直、節(jié)疤少、材質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度中偏低等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的裝飾材種，也適合于制造膠合板。

4.3 綜纖維素含量越高，木素含量就越低，蒸煮比較容易，可適當(dāng)減少化學(xué)藥品的消耗，從而降低紙張的制造成本［12］。研究表明，巨桉綜纖維素含量為69.91%～73.74%［13］，米老排為80.42%［14］，喜樹80.36%、黑荊樹81.26%、楊樹81.86%［15］，馬褂木為86.07%［16］，刺楸的綜纖維素為82.20%。同時(shí)，刺楸的木質(zhì)素含量較低，刺楸木材的灰分含量、冷熱水抽出物、1%NaOH抽出物、苯醇抽出物的含量在木材學(xué)上來說，都屬于較好的范圍，表明刺楸木材可用于造紙纖維原料及纖維板、刨花板的優(yōu)質(zhì)原料，符合制漿原料和造紙工業(yè)的要求。

［1］孟憲宇.測(cè)樹學(xué)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2006.

［2］國家技術(shù)監(jiān)督局.國家標(biāo)準(zhǔn) GB1927－43－91：木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

［3］尹思慈.木材品質(zhì)與缺陷［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1991.

［4］夏玉芳.馬尾松中齡施肥木材密度和干縮率的研究［J］.浙江林業(yè)科技，2001，21（6）：1－6.

［5］周侃侃，徐漫平，郭飛燕，等.楓香木材性質(zhì)及其加工性能研究［J］.應(yīng)用研究，2009：51－54.

［6］徐有明.木材學(xué)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2006.

［7］郭明輝，陳廣勝，王金滿，等.培育措施對(duì)人工林樟子松木材力學(xué)性質(zhì)的影響［C］.中國林學(xué)會(huì)木材科學(xué)分會(huì)第九次研討會(huì)論文集，2009：359－363.

［8］魯勝平.柳杉木材吸水性及密度研究［J］.湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，23（4）：384－387.

［9］鐘景兵，李英鍵.酸棗木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)［J］.廣西林業(yè)科學(xué)，1997，26（1）：44－46.

［10］汪貴斌，曹福亮，柳學(xué)軍，等.不同落羽杉種源木材化學(xué)性質(zhì)的變異［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，33（6）：15－19.

［11］齊連麗.堿木質(zhì)素改性脲醛樹脂的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2008.

［12］方桂珍.20種樹種木材化學(xué)組成分析［J］.中國造紙，2002（6）：79－80.

［13］梁善慶，羅建舉.人工林米老排木材化學(xué)成分及其在樹干高度上的變異［J］.中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24（5）：28－31.

［14］邱堅(jiān)，杜官本，保昆雁.3種人工培育木材化學(xué)成分與纖維形態(tài)的研究［J］.西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（2）：81－83.

［15］李建民，周志春.馬褂木人工林的生長和制漿造紙性能［J］.中國造紙，2002，21（2）：5－7.

［16］秦特夫，黃洛華.5種不同品系相思木材的化學(xué)性質(zhì)Ⅱ：木材化學(xué)組成及差異性［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2005，18（2）：191－194.