鄧恩桉木材物理性質(zhì)的研究

盧翠香，陳健波，郭東強，張照遠，朱俊華，張 宇，項東云＊

(1.廣西林業(yè)科學研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西國有大桂山林場，廣西 賀州 542800)

鄧恩桉木材物理性質(zhì)的研究

盧翠香1，陳健波1，郭東強1，張照遠1，朱俊華2，張 宇2，項東云1＊

(1.廣西林業(yè)科學研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；2.廣西國有大桂山林場，廣西 賀州 542800)

對廣西沙塘林場 22年生鄧恩桉木材的主要物理性質(zhì)進行測定和分析。結果表明：鄧恩桉木材氣干密度、全干密度分別為0.751、0.707 g·cm-3；其徑向、弦向和體積濕脹率分別為3.8%、4.7%、8.9%；徑向、弦向和體積干縮率分別為3.9%、10.0%、13.8%；192 h的吸水率為83.5%。除木材密度外，鄧恩桉木材的主要物理指標處于國產(chǎn)闊葉樹材的中下水平，對其進行改性處理后可作為輕型建筑和家具用材。

鄧恩桉；木材密度；濕脹性；干縮性；吸水性

木材的密度、干縮性與吸水性是商品用材材性評價的重要指標，干縮和濕脹能直接影響到木材及其制品的尺寸、形狀及結構的穩(wěn)定性，嚴重時會影響木材及其制品的使用[1]。吸水性與木材防腐、防蟲藥劑的浸注及制漿造紙工業(yè)的蒸煮、木材制品的油漆與膠合等密切相關[2]。了解木材的干縮性、吸水性等物理性質(zhì)，在木材的加工利用尤其是實木利用方面具有很重要的意義。鄧恩桉(Eucalyptus dunnii)作為一種重要的耐寒速生樹種，自引種以來，在廣西、湖南、江西、福建等地區(qū)廣泛栽培，資源豐富[3]。但因其鋸材易收縮、變形、開裂等諸多原因，致使該種木材未能得到有效的開發(fā)利用。因此，本文開展鄧恩桉人工林木材濕脹性、干縮性、吸水性能的研究，以期為合理開發(fā)和高效利用鄧恩桉木材提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材采自廣西柳州沙塘林場 22年生鄧恩桉試驗林區(qū)，樣木的基本情況見表 1。樣木伐倒后，分別在1.3 ~ 3.3 m、5.3 ~ 7.3 m處鋸取2 m長的木段作為標準木段用來測定鄧恩桉木材的物理力學性質(zhì)。標準木段取好后在其材身及兩端截面等多處標明北向線和木段標號。把標準木段就近送往木材加工廠，用跑車帶鋸沿南北向?qū)⑵滗徑獬珊?.6 cm，自然寬，兩邊鋸面與髓心相對稱的木板，放入干燥窯進行窯干后，堆放在陰涼通風處，使其自然氣干，達到當?shù)仄胶夂省０凑諊覙嘶碐B/T 1929—2009《木材物理力學試件鋸解及試樣截取方法》制取試樣[4]。

表1 樣木基本情況

1.2 試驗儀器、設備

CMT 5504萬能力學試驗機、HWS-1000恒溫恒濕箱、游標卡尺、螺旋測微尺等。

1.3 試驗方法

木材密度依據(jù)國家標準GB/T 1933—2009《木材密度測定方法》進行測定[5]；干縮性質(zhì)依據(jù)國家標準GB/T 1932—2009《木材干縮性測定方法》進行測定[6]；吸水性依據(jù)國家標準GB/T 1934.1—2009《木材吸水性測定方法》進行測定[7]；濕脹性依據(jù)國家標準 GB/T 1934.2—2009《木材濕脹性測定方法》進行測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Excel軟件處理，計算平均值、標準差、變異系數(shù)等，采用DPS軟件對物理性質(zhì)進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同樹干高度密度的變化

從表2可知，鄧恩桉木材氣干密度、全干密度平均值分別為0.751、0.707 g·cm-3，其氣干密度處于國產(chǎn)闊葉樹材的中等偏上水平(0.551 ~ 0.750 g·cm-3)[9]。在縱向上，氣干密度和全干密度均為H1＜H2。

表2 不同樹干高度鄧恩桉木材氣干密度和全干密度差異性分析

2.2 不同樹干高度濕脹性的變化

由表3可知，從濕材至氣干狀態(tài)，鄧恩桉木材弦向、徑向和體積濕脹率分別為 4.70%、3.77%、8.95%；從濕材至飽和水狀態(tài)，鄧恩桉木材弦向、徑向和體積濕脹率分別為12.91%、9.11%、12.91%。鄧恩桉木材在飽和水狀態(tài)下的弦向、徑向和體積濕脹率與國產(chǎn)闊葉材相比，處于較大水平[9]，這反應鄧恩桉木材的尺寸穩(wěn)定性較差。在縱向上，弦向、徑向的濕脹性H1＜H2，體積的濕脹性H1＞H2。

表3 不同樹干高度鄧恩桉木材干縮性差異性分析

2.3 不同樹干高度的干縮性

由表4可知，從濕材至氣干狀態(tài)，鄧恩桉木材弦向、徑向、體積干縮率和差異干縮分別為10.02%、3.96%、13.76%、2.54；從濕材至全干狀態(tài)，鄧恩桉木材弦向、徑向、體積干縮率和差異干縮分別為15.14%、7.76%、22.07%、1.96。與任世奇等[10]的研究結果相比(從濕材至氣干狀態(tài)的徑向、弦向干縮率值分別為3.34%、8.67%，從濕材至全干狀態(tài)的徑向、弦向干縮率均值分別為 6.07%、9.52%)，本試驗測得的弦向干縮數(shù)值偏大。與大多數(shù)國產(chǎn)闊葉材的相比，鄧恩桉木材的各向干縮率均屬大等級[9]，差異干縮屬大等級[11]，說明鄧恩桉木材屬于易翹曲變形的樹種，在木材干燥中易產(chǎn)生開裂。而干燥特性試驗所測得的差異干縮值為1.03，與之相差甚大，分析其原因為兩者所用測量的試件尺寸有差別。在縱向上，木材兩種狀態(tài)的弦向、徑向和體積干縮率均為 H1＞H2，這與呂建雄等[12]、方文彬等[13]對西南樺(Betula alnoides)、火炬松(Pinus taeda)干縮的研究結果一致，即木材干縮性隨樹干高度的增加而減小。

表4 不同樹干高度鄧恩桉木材干縮性差異性分析

圖1 鄧恩桉全干材浸水吸水率變化結果

2.4 不同樹干高度的吸水性

木材浸于水中吸收水分的能力為木材的吸水性。木材的吸水性與種樹、密度、解剖構造及化學成分有關[11]。本試驗測定了鄧恩桉全干材浸水192 h的吸水性，各段浸泡時間的吸水變化結果見圖 1。從圖1可知，在兩個樹高區(qū)段(1.3 ~ 3.3 m，5.3 ~ 7.3 m)均表現(xiàn)出一致的規(guī)律，即隨著浸泡時間延長，木材的吸水性逐漸減小，在24 h之前，木材吸水率增加較快，48 h之后，吸水率的增加變緩。在整個吸水過程，樹高5.3 ~ 7.3 m木段吸水率均高于樹高1.3 ~ 3.3 m木段。在前6 h內(nèi)，1.3 ~ 3.3 m木段樣木從全干吸水至24.57%，24 h增至48.64%，48 h、96 h、192 h的吸水率分別為60.54%、69.30%、78.32%。5.3 ~ 7.3 m木段樣木從全干吸水至29.77%，24 h增至 57.03%，48 h、96 h、192 h的吸水率分別為68.77%、74.67%、83.54%。

2.5 木材氣干密度與各物理性狀間的相關分析

從表5得知，木材氣干密度與濕材至全干材體積干縮率存在顯著正相關，與其余指標(除濕材至氣干體積干縮率外)均存在極顯著的正或負相關。

表5 氣干密度與各物理性狀間的相關系數(shù)

續(xù)表5

2.6 鄧恩桉與廣西鄉(xiāng)土樹種的材性比較

將鄧恩桉與廣西鄉(xiāng)土樹種觀光木(Tsoongiodendron odorum)[14]、米老排(Mytilaria laosensis)[15]、紅錐(Castanopsis hystrix)[16]進行物理性質(zhì)比較(表6)。結果表明，鄧恩桉的基本密度和氣干密度均高于廣西鄉(xiāng)土樹種觀光木、米老排和紅錐；各向氣干干縮率和全干干縮率均明顯高于3個鄉(xiāng)土樹種，差異干縮除低于米老排外，均高于其他樹種；濕脹率除與米老排近似外，均高于其他樹種；吸水率均低于其他樹種?？梢娻嚩麒衲静某叽绶€(wěn)定性稍差，但其具有較高的木材密度，經(jīng)過改性處理后，可作為輕型建筑和家具用材。

表6 鄧恩桉與廣西鄉(xiāng)土樹種的材性比較

續(xù)表6

3 結論

鄧恩桉木材物理性質(zhì)7個指標除木材密度、吸水性和徑、弦向濕脹性在樹干高度呈增加的規(guī)律外，其余指標規(guī)律相反，基本符合樹木生長規(guī)律。

木材氣干密度與其他 6個指標(除濕材至氣干體積干縮率外)均存在極顯著或顯著的正或負相關關系，可通過氣干密度的變化來判斷其他指標的變化。

按照木材物理力學分級標準[9]，鄧恩桉木材的主要物理指標處于國產(chǎn)闊葉樹材的中下水平。與廣西鄉(xiāng)土樹種觀光木、米老排和紅錐比較，鄧恩桉木材尺寸穩(wěn)定性稍差，但木材密度高于鄉(xiāng)土樹種，對其進行尺寸穩(wěn)定改性處理后，可作為輕型建筑和家具用材。

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Physical Characteristics of Eucalyptus dunnii Plantation Wood

LU Cui-xiang1, CHEN Jian-bo1, GUO Dong-qiang1, ZHANG Zhao-yuan1, ZHU Jun-hua2, ZHANG Yu2, XIANG Dong-yun1
(1.Guangxi Forestry Research Institute, Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China；2. Guangxi Daguishan Forest Farm, Hezhou 542800, Guangxi, China)

The physical characteristics of wood from plantation grown Eucalyptus dunnii were investigated. The results showed that the air-dried density and oven-dry density were 0.751 and 0.707 g·cm-3 respectively; the swelling in radial and tangential directions as well as volumetric were 3.8%, 4.7% and 8.9% respectively; the shrinkage coefficient in radial and tangential directions as well as volumetric were 3.9%, 10.0% and 13.8% respectively; and, the hygroscopicity was 83.5% in 192 hours. Besides the wood density, the main physical characteristics of Eucalyptus dunnii were below the average of broad-leaved wood of China and can be used as light material and for furniture making after modified treatment.

Eucalyptus dunnii; wood density; swelling; shrinkage; hygroscopicity

S781.31

A

2014-08-13

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201104003-05);廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室自主課題(12B0101)；廣西林業(yè)科技項目(桂林科字〔2009〕1號)

盧翠香(1982— )，女，工程師，主要從事木材科學研究. E-mail:nnlucuixiang@126.com

＊通訊作者：項東云(1960— )，男，教授級高工，主要從事林木育種和森林培育研究. E-mail: xiang-dongyun@aliyun.com