黄藤和单叶省藤的主要物理力学性质1)

王传贵 徐 鑫 汪佑宏 高龙芽 周 旭 张令峰 武 恒 刘杏娥

(安徽农业大学，合肥，230036)(国际竹藤网络中心)

棕榈藤(rattan)属于棕榈科单子叶藤类植物，是重要的可再生非木材资源［1］。在世界上共有13属600多种，3.5×107万hm2以上的天然林中有棕榈藤的分布，其中亚洲分布有10属300～400种，仅东南亚区域分布面积就达2.92×107hm2。我国分布有3属:省藤属(Calamus)、黄藤属(Daemonorops)和钩叶藤属(Plectocomia)，约48种，26变种。目前在广东、广西、海南、云南及福建等省也均有人工栽培。

棕榈藤茎藤条密度中等、轻便坚固、抛光度高、耐久性强，而且美观素雅，因透气、柔韧、轻巧、坚固，且为可生物降解的健康环保材料，是家具和工艺制品的优良材料，被广泛用于制造桌、椅、茶几、沙发、床等藤制家具，以及果篮、灯笼等各种藤编小饰品［2－3］。用藤编制的家具以及工艺品质感自然、手感清爽、冬暖夏凉、舒适别致、柔韧性好，透气性强，符合人体功效学的要求，而且外观典雅平实、美观大方、贴近自然，具有很高的观赏性。自然清新的原色藤家具体现了现代人回归自然、追求健康的生活理念，素有工艺美术品之美称，是传统的出口创汇商品之一，具有很高的经济价值。20世纪70年代以来，以原藤为主要原料的藤家具工业和国际贸易迅速发展，目前，全球棕榈藤的年贸易总额达70亿左右。我国藤制家具每年进出口贸易总额达2亿美元以上，并以每年10%的速度增长，具有很高的商品价值，对于山区人民的发展具有重要意义［4］。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验所用材料黄藤、单叶省藤均为15年生左右，同采伐于广西省凭祥市英阳林场;采收后去叶鞘、气干。仪器:DHG－9146A型电热鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);恒温恒湿箱BINDER:KBF115#04－63203;万能力学试验机INSTRON5582Q7171。

1.2 方法

1.2.1 抗弯弹性模量及抗弯强度

目前，国内外关于藤材力学性质的研究较少，有限的研究也不具备系统性。因此，在实验过程中找不到可靠的标准来进行加工和分析，综合考虑了木、竹、纤维和人造复合板材的力学性质的国家标准进行预备实验，制定抗弯强度试验方案。参照竹材抗弯弹性模量、抗弯强度测试标准GB/T 15780—1995，试材取整藤节，长160 mm，即D×160 mm(D为藤茎直径)，采用中央单点加荷，跨距120 mm，以均匀速度加荷，在(60±30)s内使试样破坏，见图1。所有试材均在温度为20℃、湿度65%的条件下调节含水率至平衡后，再进行力学试验。

图1 藤材抗弯性能测试

1.2.2 抗压弹性模量及抗压强度

根据木材顺纹的抗压强度试验方法(GB 1935—91)的国家标准和增强塑料压缩性能试验方法(GB/T 3356—1999)的国家标准，分别设计了不同长度的试样，进行纵向压缩强度的预备试验。

根据实验方案的摸索及最终的应力—应变曲线图的分析可知(见图2)，长试样在压缩实验时易于失去稳定，而且试样较长时产生的初曲率及材料的缺陷对压缩试验结果影响较大，不满足要求。根据实验的应力—应变曲线和抗压破坏情况，确定测试黄藤和单叶省藤的抗压强度测试试样的最佳长度分别为4、5 cm，试件尺寸分别为D×4 cm和D×5 cm，即长度为2～3倍直径(见图3)。抗压试样从抗弯试样破坏后的一端截取。

1.2.3 密度及尺寸稳定性测试

在抗弯强度测试后的破坏试件上，参照国标GB 1933—91《木材密度测定方法》和国标GB/T 15780—1995《竹材物理力学性质实验方法》规定截取长度为2 cm的样品作为密度试件，即试件尺寸为D×2 cm(D为藤茎直径)，经过气干、绝干后分别测定其体积膨胀(收缩)率、吸湿率及吸水率。

图2 藤材抗压性能测试

图3 棕榈藤材抗弯应力—应变曲线

2 结果与分析

2.1 密度

密度一般包括气干密度、基本密度、生材密度和绝干密度。一般而言，密度与其力学强度存在一定正相关关系，即密度越大，其对应的力学强度往往也越大。黄藤的气干密度为0.46 g/cm3，单叶省藤为 0.55 g/cm3;黄藤的绝干密度为 0.43 g/cm3，单叶省藤为 0.52 g/cm3;黄藤基本密度为 0.39 g/cm3，单叶省藤为0.47 g/cm3。单叶省藤的密度明显大于黄藤(见表1)。由于密度与力学强度存在一定正相关关系，即密度越大，其对应的力学强度往往也越大，可以初步推断单叶省藤的力学强度要大于黄藤。

2.2 吸湿吸水及干缩性

2.2.1 吸湿率和吸水率

黄藤的吸湿率为9.23%，在8.83% ～9.98%变化，单叶省藤为9.05%，在8.51% ～10.00%变化;黄藤的吸水率为144.76%，在82.73% ～196.25%变化，单叶省藤的吸水率为117.95%，在70.96% ～233.46%变化。可以看出，黄藤比单叶省藤更易吸收水分，而且其变异性也小于单叶省藤(见表2)。

2.2.2 干缩湿胀性

黄藤的体积干缩率为0.42%，在0.29% ～0.76%变化，单叶省藤为0.48%，在0.36% ～0.80%变化;黄藤的吸湿体积膨胀率为3.78%，在0.62% ～6.27%变化，单叶省藤为4.37%，在1.66% ～8.98%变化;黄藤的吸水体积膨胀率为10.48%，在3.19% ～ 26.01% 变化，单叶省藤为13.15% ，在5.93% ～40.00%变化。可以看出黄藤的尺寸稳定性要优于单叶省藤，但两者的变异性都很大(见表3)。

表1 2种藤材的密度

表2 2种藤材的吸湿率和吸水率

表3 2种藤材的干缩湿胀性

2.3 主要力学性质

黄藤的抗弯弹模为1 525.46 MPa，单叶省藤为1 375.32 MPa;黄藤的抗弯强度为57.62 MPa，单叶省藤为67.88 MPa;黄藤的抗压弹模为1 198.49 MPa，单叶省藤为1 597.18 MPa;黄藤的抗压强度为23.54 MPa，单叶省藤为31.59 MPa。除抗弯弹性模量外，其他3项指标单叶省藤均大于黄藤，与密度部分得出结论相符。另外，单叶省藤各项力学指标的变异系数都要比黄藤大，宏观上是其直径变异性的体现，在微观上则由其纤维比量及形态的变异性决定(见表4)。

3 结论

黄藤的气干密度、绝干密度和基本密度分别为 0.46、0.43、0.39 g/cm3，而单叶省藤的气干密度、绝干密度和基本密度分别为 0.55、0.52、0.47 g/cm3。单叶省藤的密度明显大于黄藤。

黄藤的吸湿率、吸水率分别为9.23%、144.76%，单叶省藤吸湿率、吸水率分别为9.05%、117.95%。黄藤比单叶省藤更易吸湿和吸收水分。

黄藤和单叶省藤的体积干缩率分别为0.42%和0.48%;黄藤、单叶省藤的吸湿体积膨胀率分别为3.78%和4.37%，吸水体积膨胀率分别为10.48%和13.15%。可以看出黄藤的尺寸稳定性要优于单叶省藤。

黄藤、单叶省藤的抗弯弹模分别为1 525.46、1 375.32 MPa，抗弯强度分别为57.62、67.88MPa，抗压弹模分别为1 198.49、1 597.18 MPa，抗压强度分别为 23.54、31.59 MPa，除抗弯弹性模量外，其他3项指标单叶省藤均大于黄藤。

表4 2种藤材的主要力学性质

［1］江泽慧.世界竹藤［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，2002:566－569.

［2］袁哲，强明礼，杜官本.云南藤家具业的现状与前瞻［J］.世界竹藤通讯，2006，4(4):8－11，26.

［3］袁哲.藤家具的研究［D］.南京:南京林业大学，2006.

［4］蔡则谟，许煌灿，尹光天，等.棕榈藤利用的研究与进展［J］.林业科学研究，2003，16(4):479－487.