长白落叶松子代林木材物理力学性能研究

李艳霞，廉 毅

(1.黑龙江省林业科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081；2.白河林业局，吉林 延边 133613)

长白落叶松子代林木材物理力学性能研究

李艳霞1，廉 毅2

(1.黑龙江省林业科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081；2.白河林业局，吉林 延边 133613)

以24年生长白落叶松子代测定林为研究材料，对其木材物理力学性质进行测定与分析。结果表明：木材气干密度和基本密度分别为0.57 g/cm3和0.54 g/cm3，属中等级别。气干差异干缩和全干差异干缩分别为2.01和1.97，木材干缩率较大。径面和弦面抗劈力分别为13.42和10.18 N/mm，抗弯强度为89.12MPa，弦面和径面顺纹抗剪强度分别为11.85 MPa和12.35 MPa，抗压强度为54.27 MPa，端面、弦面和径面的硬度分别为3973N、1703N和1783N。长白落叶松子代木材的综合强度为143.39MPa，属中等级材。

长白落叶松；子代林；木材物理力学性状；木材密度；干缩特性；抗劈力；抗弯强度；抗压强度

木材物理和力学性质是主要材性性状，在木材应用中具有实际参考价值[1-2]。目前，针对用材树种开展的物理力学性质研究，测定和评价的指标主要包括物理性状(木材密度、纤丝角、晚材率、干缩性)和力学性状(抗弯强度、弹性模量、抗劈力、顺纹抗拉强度、冲击韧性、抗剪强度、抗压强度和硬度)[3-8]，对于木材的评价和应用具有重要意义。

长白落叶松(Larixolgensi)是我国北方的主要造林树种之一，其木材在房屋结构和建筑、纸袋纸、箱板纸生产上应用较多。以往对长白落叶松开展了广泛的研究工作，在基因资源收集、种源试验、种子园营建和管理技术、子代测定、杂交育种以及生长和材质联合选择等方面做了很多工作，建立起一批国家级落叶松良种基地，并取得了显著成效[9-13]。目前，木材材性改良已经成为林木遗传改良的主要研究方向之一。为全面弄清长白落叶松子代林的木材材性，对木材的密度、纤丝角、晚材率、干缩特性、抗劈力、强度(抗弯、抗压、抗剪)和硬度等主要物理力学性质进行测试，为长白落叶松子代木材资源培育与开发利用提供参考，也为今后育种工作提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用材料(56株样木)采自24年生长白落叶松优树子代测定林(黑龙江省林业科学院江山娇实验林场)，平均木伐倒取样，分别从胸高处(1.3 m)向上截取2 m长的木段待测。

1.2 测试方法

测试的物理性状包括：木材基本密度、气干密度、纤丝角、晚材率、气干干缩率(径向、弦向、体积)、全干干缩率(径向、弦向、体积)等指标；测试的力学性状包括：抗劈力、抗弯强度、顺纹抗剪强度、抗压强度和硬度等指标，这些指标的测试均按照国家标准规定执行[14]。用碘化钾染色法测定纤丝角。

1.3 统计分析

采用DPS林业专业统计V 11.50软件和SPSS 21.0进行数据统计和分析[15]。

2 结果与分析

2.1 长白落叶松子代林木材物理性质分析

木材是由木材实质、水分及空气组成的多孔性材料。木材密度与木材的许多物理性质都有密切的关系。木材密度有生材、气干、基本和绝干密度4种，其中气干密度和基本密度是木材密度中涉及最多的[16]。由表1可知，木材气干密度和基本密度分别为0.57 g/cm3和0.54 g/cm3。根据我国木材气干密度的分级可知[17]，长白落叶松子代木材密度属于中等(0.55～0.75 g/cm3)。纤丝角平均值为16.67°，晚材率为34.06%。

表1 木材基本密度、纤丝角与晚材率的统计分析

2.2 长白落叶松子代林木材干缩特性分析

木材的结构特点使其在性质上具有较强的各向异性。干燥过程中，木材的尺寸和体积会产生干缩，容易引起木制品产生缝隙、开裂、翘曲变形等缺陷。

长白落叶松子代木材的干缩特性见表2。

表2 木材干缩特性的统计分析

从湿材状态至气干状态时，径向干缩率﹤弦向干缩率﹤体积干缩率，分别为2.90%、5.82%和9.02%，差异干缩为2.01；从湿材状态至全干状态时，径向干缩率﹤弦向干缩率﹤体积干缩率，分别为4.62%、9.08%和13.85%，差异干缩为1.97。长白落叶松半同胞子代木材差异干缩较大，在加工利用时应充分考虑干缩性这个因素。

2.3 长白落叶松子代林木材力学性质分析

2.3.1 抗劈力

木材纤维方向具有易开裂的特性，抗劈力是木材抵抗在尖楔作用下顺纹劈开的力。长白落叶松子代木材的径面和弦面平均抗劈力分别为13.42和10.18 N/mm。

2.3.2 抗弯强度

木材抗弯强度由于测试容易以及在实际应用上的重要性，是材质评估中使用最多的指标。在屋架、横条、木桥、承重地板等弯曲构件选材时，也应首先考虑抗弯强度。长白落叶松子代木材的平均抗弯强度为89.12MPa(表3)。对照木材抗弯强度分级标准，其强度属低等材(55.1～90.0 MPa)[18]。

2.3.3 抗剪强度

木材用作结构材时，常常承受剪切力，也是木材材性测试的主要性状之一。长白落叶松子代木材的弦面和径面顺纹抗剪强度分别为11.85 MPa和12.35 MPa，径面抗剪强度大于弦面。

2.3.4 抗压强度

顺纹抗压强度是判定和评价材质的基本数据，常常用于诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作应力计算以及柱材的选择。长白落叶松子代木材的平均抗压强度为54.27 MPa(表3)，按木材等级划分属于中等材[18](45.1～60.0 MPa)。

2.3.5 硬度

长白落叶松子代木材的硬度测试结果显示(表3)，端面硬度﹥径面硬度﹥弦面硬度，分别为3973N、1783N和1703N。按照木材端面硬度分级标准，属于中等水平(3929.8～6370N)[17]。

表3 木材力学性质的统计分析

2.3.6 综合强度

顺纹抗压强度和抗弯强度的和可代表木材综合强度。长白落叶松子代木材的综合强度为143.39MPa(表3)与《木材材性分级规定》对比可知，其木材综合强度属于中等水平(132.398～176.4 MPa)[19]。

3 结论

长白落叶松子代木材气干密度属中等级别；木材体积干缩性、差异干缩均较大，干燥过程中易发生翘曲和开裂，尺寸稳定性较差，加工利用时注意这个特性；顺纹抗压强度、端面硬度属中等级别；抗弯强度属低等级；综合强度属中等级别。通过对木材物理力学性质的测定，对于长白落叶松木材科学合理地利用和加工具有重要的参考价值。

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Physical and Mechanical Properties ofLarixolgensisProgeny Forest

LI Yanxia1,LIAN Yi2

(1.Heilongjiang Research Institute of Forestry, Harbin 150081, China;2. Baihe Forestry Bureau, Yanbian, Jilin 133613, China)

This paper studied 24-year-oldLarixolgensisprogeny forest to analyze the physical and mechanical properties of wood. The results showed that air-dry density and basic density of wood were 0.57 g/cm3and 0.54 g/cm3, belonging to the medium level. With high shrinkage rate, air-dry difference shrinkage and oven-dry difference shrinkage were 2.01 and 1.97 respectively. Cleavage resistance of radical surface and tangential surface were 13.42 and 10.18 N/mm, and bending resistance was 89.12MPa.The shear strength with parallel grain of tangential surface and radical surface were 11.85 MPa and 12.35 MPa respectively and the compressive strength was 54.27 MP. The hardness of end surface, tangential surface and radical surface were 3973N, 1703N and 1783N.The comprehensive strength ofLarixolgensisprogeny forest was 143.39MPa,belonging to the medium level.

Larix olgensis; progeny forest; physical and mechanical properties of wood; wood density; shrinkage property; cleavage resistance; bending resistance; compressive strength

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.04.006

S791.22；S781.29

A

1671-3168(2017)04-0028-03

2017-01-06；

2017-04-14.

“杂种落叶松用材林定向培育技术研究”(sgzjY2014002);省属科研院所基本科研业务费专项“长白落叶松纸浆材材质材性分析及评价”.

李艳霞(1980-)，女，黑龙江哈尔滨人，博士，副研究员.主要从事林木遗传育种研究.