4种不同类型栓皮栎软木物理力学性能研究

张英杰，赵泾峰，冯德君

（1.杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100）

软木来源于栓皮树发达的栓皮层树皮。栓皮树种主要有产于欧洲和非洲的栓皮槠（Quercus surb⁃er）和产自我国的栓皮栎（Q.variabilis）[1-3]。软木具有质地轻软、富有弹性、不腐不蛀、无毒无味、耐油耐酸、防火耐磨、隔热保温、消音减震、阻烟自熄和抗静电等优良性能，素有“软黄金”之称[4-6]。各种软木地板、墙板等高档装饰材料广泛应用于高档建筑的室内装饰装修，深受广大消费者青睐[7-8]。

我国陕西秦巴山区、桐柏山和鄂西、川东等地拥有丰富的软木资源[9-11]，但对软木材性及加工利用的研究鲜见报道。为了提高软木制品的质量，改善软木的加工性能，本文对陕西秦巴山区厚皮深裂、厚皮浅裂、薄皮深裂和薄皮浅裂4种类型软木试材的各种物理和力学性能进行测试、比较和分析，旨在为软木树种的培育和软木产品的开发及综合利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

栓皮栎软木采自陕西商州区二龙山林场（109°31′～110°16′E，33°36′～34°12′N）的天然林。采剥地海拔984～1 015 m；栓皮栎树龄33～50年，胸径20.5～26.6 cm。按照软木的厚薄和开裂程度，分别采集厚皮浅裂型、厚皮深裂型、薄皮浅裂型和薄皮深裂型4个类型[12-14]。采剥后的软木压平堆放，自然干燥。

主要设备为MJ344A型细木工带锯机(牡丹江木工机械厂)，MB104型压刨机（牡丹江木工机械厂）；XHS型邵尔硬度计（营口市材料试验机有限公司）；HWS-70B型恒温恒湿培养箱（天津泰斯特仪器有限公司）；CMT5504电子万能力学试验机（深圳新三思材料检测有限公司）；DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 试件制作

试件制作以硬度测量时对试件的限制条件为准，试件长度至少30 mm，宽度至少24 mm，将制好的试件分别标记，内容包括种类号及序号。

1.2.2 软木皮层厚度、含水率、硬度和密度的测定

根据国际标准ISO 633：2019[15]、ISO 1215：2015[16]、ISO 1216：2017[17]，以及我国林业行业标准LY/T 1317-2013[18]中的有关内容，进行软木皮层厚度、含水率、硬度和密度的测定。

1.2.3 软木吸水率和吸湿率的测定

软木吸水率和吸湿率的测定参照《软木橡胶》[19]中的测定方法进行。将气干软木加工成15 mm×15 mm×15 mm的正方体，称重后浸没水中，保持20℃温度，24 h后再称量，吸水前后质量之差与气干质量的比值为吸水率。

将测定吸水率后的试件于（103±2）℃烘箱烘至恒重，然后放置于相对湿度为95%的密闭容器内，温度保持在20℃左右，24 h后称重，吸湿前后质量之差与气干质量的比值为吸湿率。

1.2.4 软木可压缩性与压缩回弹性的测定

软木的可压缩性用抗压指数表示，压缩回弹性用压缩回弹率表示。根据《软木橡胶》[19]中的测定方法进行测定。气干试件在万能力学试验机上压缩到原高度的一半时的压力与承压面积的比值为软木的抗压指数。测定抗压指数的试件受压变形达到50%时解除压力，分别于15 min和24 h后再测量试件厚度，解除压力后厚度与压缩后厚度的差值与压缩后厚度的比值为压缩回弹率[20]。

1.2.5 数据分析

采用SPSS 18.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 4种类型软木皮层厚度、密度、含水率、吸湿率、吸水率和硬度的差异

4种软木的皮层厚度相差不大，厚皮浅裂型软木皮层厚度最大（0.34 mm/层），薄皮浅裂型次之（0.30 mm/层），薄皮深裂型略高（0.28mm/层），厚皮深裂型最差（0.27mm/层）（表1）。

薄皮浅裂和厚皮浅裂型软木的密度最小，平均值均为0.26 g/cm3，厚皮深裂型略大，薄皮深裂型最大（0.30 g/cm3），4种类型软木密度差异不明显；薄皮深裂和薄皮浅裂型软木的含水率（6.98%和6.84%）明显比厚皮型的要大；4种类型软木的吸湿率均较小，且差异不大；4种软木的吸水率均较低，厚皮深裂型软木的吸水率最高（17.72%），其他3种类型软木的吸水率差异不明显（表1）。

4种类型软木的硬度差异不明显，厚皮浅裂型硬度最大（63.42 HA），厚皮深裂型最小（53.81 HA），实际应用中软木的硬度值越小越好，因此在硬度的应用上，厚皮深裂型软木的优势较为明显（表1）。

2.2 4种类型软木抗压指数与压缩回弹率的差异

薄皮浅裂和薄皮深裂型的纵向抗压指数大于厚皮深裂和厚皮浅裂型；软木的横向抗压指数差异不明显；15 min及24 h后，4种类型软木总回弹率相差不明显，薄皮深裂和薄皮浅裂型比厚皮深裂和厚皮浅裂型软木的回弹率小，4种类型软木横向与纵向回弹率变化趋势基本一致（表2）。

表1 4 种类型软木物理性质均值和变异统计Tab.1 Mean value and variation statistics of physical properties of four cork woods

表2 4种类型软木力学性质均值及变异统计Tab.2 Mean value and variation statistics of mechanical properties of four cork woods

3 结论与讨论

4种类型的栓皮栎软木皮层厚度均较小，较好的厚皮浅裂型也只有0.34 mm，在树种培育中应着重增加栓皮栎软木的皮层厚度；4种类型的软木均具有较好的压缩回弹性和硬度，24 h回弹率大于80%，满足优良减震材料的要求[21]；4种类型软木的平均密度为0.26～0.30 g/cm3，均较低，软木的低密度性，使其具有优良的吸音、隔热效果和保温性能，软木密度越小，应用越广泛，薄皮浅裂和厚皮浅裂型软木密度最低，是非常优良的隔音材料，吸声系数小于0.2[22]，适宜做吸音板和缓冲垫；高弹性是栓皮栎软木独具的优良特性。4种不同类型栓皮栎软木中，厚皮浅裂型软木的性能相对最优，可以用作动力机械密封、防震和隔热装置，广播厅、影视厅和歌舞剧院等场所的隔音原料，室内装饰中的地板、墙纸和天花板等装饰材料，食物、医药用瓶塞，乒乓球拍、垂钓竿把手、羽毛球头、棒球芯和垒球芯等制品。