油榄仁木材物理力学性能的研究

2016-08-04张仕康田代科胡传双

中国农业信息 2016年10期

关键词：木材径向力学

张仕康，田代科，胡传双

（1.广东产品质量监督检验研究院，广州　　510000；2.上海辰山植物园，上海　　201602；3.华南农业大学，广东广州　　510642）

油榄仁木材物理力学性能的研究

张仕康1，田代科2，胡传双3

（1.广东产品质量监督检验研究院，广州510000；2.上海辰山植物园，上海201602；3.华南农业大学，广东广州510642）

文章对栽培于广东省华南植物园和东莞旗峰公园内19年生、16年生油榄仁进行了木材物理力学清材试样测试，分析其株内与株间的材性变异，研究该树种的实木利用价值。测试结果显示：样木气干密度0.70 g/cm3，绝干密度0.67 g/cm3，基本密度0.58 g/cm3，体积干缩系数54.15%；木材顺纹抗弯强度99.55 mPa，抗弯弹性模量1.25 gPa，木材顺纹抗压强度46.00 mPa，木材全部径向与弦向横纹抗压强度9.61 mPa和7.39 mPa，木材径面、弦面和端面硬度分别55.60 mPa、63.71 mPa和65.52 mPa。经分析，木材力学强度随树高方向和年轮方向呈规律性变化，树高中部和边材部分整体强度好；19年生较16年生样木力学强度好；自然种植较人工种植样木力学强度差异少；测试值变异系数在12.02%～19.30%之间。综合得知，所测油榄仁材性属常用实木材中等强度水平，木材力学性能表现良好，可以满足一般实木用材强度要求。

景观树种油榄仁物理性能力学性能实木利用

油榄仁，别名毗黎勒，使君子科诃子属落叶乔木，高18～35 m，胸径可达1 m，木材浸水后更坚韧；果皮富含单宁，用于鞣革，供制黑色染料，也供药用，为印度传统名药和藏药原料。该树种树干通直，树冠小，生长快，根系发达，抗风抗大气污染，果实入药，果仁含油，是速生用材树种和重要的经济树种。由于我国种源同分布于印度及南亚诸国的油榄仁在物候、部分重要形态和生理指标上存在明显差异，其被建议作为一个新的变种处理，即版纳油榄仁。油榄仁的花虽小，但树形优美，生长迅速，尤其是产于斯里兰卡、印度等种源在5月、春夏交替之际，旧叶快速脱落，紧接着是满树红色新叶，季相景观非常壮观，是一种良好的景观树种。

1976年，中国科学院华南植物园从斯里兰卡引种油榄仁，作为景观、药用和实木利用的树种进行长期栽培和观察研究。2014年，中科院对油榄仁果仁的化学成分进行了分析，但有关该树种的木材物理力学性质的研究，迄今鲜见报道。为了更好地推广这种集景观、药用和实木利用于一体的优良树种，该文拟从木材物理力学性能出发，分析该树种在不同地域、不同种植条件下株内、株间变异规律，探讨其实木利用价值。

1 材料与方法

试验样木I采集于中国科学院华南植物园试验林内，从1992年栽培19年，前3年人工管理，后期自然生长。试验样木Ⅱ采集于广东省东莞市旗峰公园景观林内，从1995年栽培16年，混交林2.5 m×2.5 m间植3排，人工管理，定期施肥。

该文按照GB/T 1927-2009《木材物理力学试材采集方法》进行样木采集，实地测量所有胸径和树高后，选取3株胸径和树高中等的活立木，砍伐后从树高1.3 m、3.4 m、5.5 m处分别截取3块圆盘和3段原木，现场标记圆盘、原木编号和南北位置。圆盘用于木材宏观识别特征观察和物理性能测试，原木用于木材力学性能测试。

测试分为树高方向3个水平，年轮方向两个水平，按照GB/T1927-1943-2009《木材物理力学性质试验方法》进行。测试指标包括气干含水率、气干密度、绝干密度、基本密度，木材全干干缩率及干缩系数，木材硬度、顺纹抗压强度、顺纹抗弯强度、抗弯弹性模量、横纹抗压强度。其中木材力学强度在深圳三思55 t电子万能力学试验机上测定，试验结果换算成含水率为12%时的数据。

2 结果与分析

2.1 木材宏观识别特征

两组样木宏观观察结果相同：木材淡黄褐色或褐色，纹理直或斜，弦面具灯纱纹，径面具亚麻丝光泽，表面粗糙，髓斑和色斑不可见；气干后木材烧米饼香味强烈；边材树种，早晚材缓变；生长轮可见，呈同心圆状，无假年轮；导管多为单管孔组合，呈弦列花彩状，散孔材，管孔直径中等，管孔数目略少，内含物少，树胶肉眼不可见；轴向薄壁细胞很发达，呈旁管型带状，木射线细而矮，最大木射线小于管孔直径，数量多。

2.2 生长轮宽度

样木Ⅰ和样木Ⅱ的年平均生长轮宽度分别5.41 mm和7.40 mm，常年施肥管理有利于活立木生长。两组样木变化范围为2.81～12.79 mm与3.33～12.46 mm，第4～10层年轮较宽，可见活立木生长高峰出现在生长期4～10年间，第11层年轮后变化较小，生长量趋向稳定，木材逐渐成熟。

2.3 木材物理性能

测试结果如表1所示。

木材密度是木材材性的重要品质因子，是判断木材物理力学性能的重要指标。了解木材的干缩性及干缩规律，对于木材的加工与利用具有重要意义。样木木材弦向、径向和体积全干干缩率平均值分别为6.19%、5.90%、12.56%，木材弦向、径向和体积干缩系数平均值分别为25.49%、24.61%、54.15%，根据《木材的主要物理力学性质分级表》，其体积干缩系数处于级别4 （50.1%～60.0%）。由此可见，样木干缩系数大，干缩性能差，容易导致木材干燥开裂。

表1 样木木材物理性能及变异情况

2.4 木材力学性能及其变化规律

木材作为一种非匀质、各向异性的天然高分子材料，它的力学性质对合理利用木材和工程设计都起到重要作用。样木木材主要力学性能测试结果为：木材顺纹抗弯强度99.55 mPa，抗弯弹性模量1.25 GPa，木材顺纹抗压强度46.00 mPa，全部径向和弦向横纹抗压强度分别是9.26 mPa和7.03 mPa，径切面、弦切面和端面硬度分别是5500.57 N、6249。80 N和6432.33 N；各项木材力学性能变异系数在8.92%～22.62%之间，木材力学性能整体评价为中等。

在树高方向，木材顺纹抗弯强度与抗弯弹性模量呈中间高两边低，尾部比根部高的规律变化。作为边材树种，由于生长前期木质部沉淀不足，幼龄材比例增加，晚材率偏少，其心材强度较边材低。但是，对比样木Ⅰ与样木Ⅱ发现，即使后者比前者生长速度快很多，其力学强度并没有较大降低，某些强度反而比前者高，尤其是边材，即立木成熟期形成的木材，其强度均比样木Ⅰ强度高。对比木材的顺纹抗压强度、横纹抗压强度与木材硬度等其他力学性能，其木材力学性能存在相同的变化规律。

其中，样木Ⅰ顺纹抗压强度为44.77 mPa，样木Ⅱ为47.23 mPa，我国木材顺纹抗压强度的平均值约为45 mPa，不同于木材顺纹抗弯强度和抗弯弹性模量，前者强度较后者小。样木Ⅰ木材径向、弦向和侧向全部横纹抗压强度为9.47 mPa、7.35 mPa、6.83 mPa，样木Ⅱ为9.74 mPa、7.44 mPa、6.95 mPa；其规律与顺纹抗压强度相同；同时由于木射线含量高，径向值较弦向值高。其木材顺纹抗压强度是木材径向横纹抗压强度的4.79倍，木材的弹塑性能一般，略显脆性，过度弯曲易折断。其木材顺纹抗压强度变异系数为14.65 %，略高；木材横纹抗压强度变异系数为13.37 %。

样木Ⅰ木材径面、弦面和端面硬度为5710.28 N、6794.11 N和7023.18 N，样木Ⅱ为5408.88 N、5947.40 N 和6080.64 N，按照《木材的主要物理力学性质分级表》5档分级法，其处于等级3，中等。由于木射线含量较高，该树种木材弦面硬度明显高于径面硬度，而端面硬度只高出径面硬度17.8 %，木材端面与径、弦面硬度差值较小。在树高方向，木材硬度随树高增加而减少；在径向，边材硬度较心材高。