黄果厚壳桂木材物理力学性能评价

黄平升，赵春梅，卢 庸，刘 衡，韦鹏练

（1.广西壮族自治区南宁树木园，广西南宁 530031；2.广西大学林学院，广西南宁 530004）

黄果厚壳桂（Cryptocarya concinna）为樟科（Lauraceae）厚壳桂属常绿乔木，分布于热带和亚热带地区，在我国主要分布于广东、广西和江西等地，是南亚热带阔叶林中重要的优势种群之一[1]。其树干通直，树体高大，树高可达18 m，胸径可达35 cm，木材材质细密均匀、纹理交错、材色鲜明，可用于建筑亦可用作优质家具材，具有较高的种植和推广价值[2]。目前，关于黄果厚壳桂的研究多集中于其化学成分及群落生态特性等方面[3-5]；还有部分学者对黄果厚壳桂种群结构和动态、演替更新特点、成为建群种的原因和林分特性等方面进行了研究[6-7]。关于黄果厚壳桂木材物理力学性能的研究尚未见报道。木材的物理力学性能对木材的加工利用具有重要指导意义。本研究依据国家标准对黄果厚壳桂木材的物理力学性能进行测定、分析及评价，旨在为黄果厚壳桂木材的合理利用提供理论参考及技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试样采集依据GB/T1927-2009[8]进行，3 株39年生黄果厚壳桂于2017年12月采自广西南宁市良凤江国家森林公园（表1）。

表1 试样采集Tab.1 Collection of tested samples

1.2 试验方法

按照GB/T 1929-2009[9]的规定制取试样。物理性能主要测定木材的密度和干缩性，分别根据GB/T 1933-2009[10]和GB/T 1932-2009[11]进行测定；力学性能主要测定木材的硬度、顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和冲击韧性，分别根据GB/T 1941-2009[12]、GB/T 1935-2009[13]、GB/T 1936.1-2009[14]、GB/T 1936.2-2009[15]和GB/T 1940-2009[16]进行测定。利用Excel软件进行数据处理，测试结果以平均值记。

1.3 试验仪器

螺旋测微器、游标卡尺、电子天平、干燥器、烘箱、SANS万能试验机和摆锤式冲击试验机等。

2 结果与分析

2.1 木材物理性能

黄果厚壳桂木材的物理性能测定结果详见表2。

表2 黄果厚壳桂木材的主要物理性能Tab.2 Main physical properties of C.concinna wood

2.1.1 木材密度

密度是一项重要的木材物理性能指标，可以通过它判断木材材性的优劣。黄果厚壳桂木材的基本密度、气干密度及全干密度分别为0.604、0.688 和0.652 g/cm3，与火力楠（Michelia macclurei）木材的密度相仿[17]（表2）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材为中等密度水平（0.551 ～0.750 g/cm3）。

2.1.2 木材干缩性

干缩性是木材的固有性质，对木材稳定性的影响较大。黄果厚壳桂木材的径向、弦向和体积气干干缩率分别为2.703%、4.066%和7.165%（表2）。

差异干缩是评价木材稳定性的重要指标。差异干缩大，木材干燥时沿径向和弦向的收缩差异大，易发生翘曲和开裂；差异干缩小，木材干燥时沿径向和弦向的收缩差异小，木材尺寸稳定性好。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材的差异干缩为1.504，属于小（1.21 ～1.60），木材尺寸稳定性好，干燥过程中不易发生翘曲和开裂。

2.2 木材力学性能

黄果厚壳桂木材力学性能测定结果详见表3。

表3 黄果厚壳桂木材的主要力学性能Tab.3 Main mechanical properties of C.concinna wood

续表3 Continued

2.2.1 硬度

木材硬度表示木材抵抗刚性体压入的能力。黄果厚壳桂木材的端面、弦面和径面硬度分别为5 740、4 040 和3 940 N（表3）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材属于中等强度木材（3 930 ～6 370 N）。

2.2.2 顺纹抗压强度

顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力载荷的最大能力。黄果厚壳桂木材的顺纹抗压强度为50.8 MPa（表3）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材属于中等级别（34.4 ～54.9 MPa），处于我国木材顺纹抗压强度的平均水平[19]。

2.2.3 木材抗弯强度

木材抗弯强度是指木材承受横向载荷的能力。黄果厚壳桂木材的抗弯强度为99.3 MPa（表3）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材属于中等强度（78.5 ～117.7 MPa）。

2.2.4 木材抗弯弹性模量

木材抗弯弹性模量表征木材抵抗弹性变形的能力。黄果厚壳桂木材的抗弯弹性模量为11.81 GPa（表3）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材属于中（11.8 ～14.8 GPa）。

2.2.5 木材冲击韧性

木材的冲击韧性表示木材抵抗冲击载荷的能力。黄果厚壳桂木材的冲击韧性为81 kJ/m2（表3）。根据我国主要树种物理力学性能分级表[18]，黄果厚壳桂木材属于甚高（＞58.8 kJ/m2）。

2.3 黄果厚壳桂木材品质系数及综合强度

2.3.1 黄果厚壳桂木材品质系数

木材的品质系数是木材力学强度与气干密度的比值，也称木材强重比。顺纹抗压强度和抗弯强度是最重要的两个木材品质系数指标，一般以两者之和作为木材的综合品质系数。根据木材综合品质系数可将木材分为低等级材（＜1 960×105Pa）、中等级材（1 960 ～2 156 × 105Pa）和高等级材（＞2 156 ×105Pa）[20]。黄果厚壳桂木材的顺纹抗压强度品质系数为738.4 × 105Pa，抗弯强度品质系数为1 444.8 ×105Pa，木材综合品质系数为2 183.2 × 105Pa，属于高等级材。

2.3.2 黄果厚壳桂木材综合强度

木材综合强度一般用木材顺纹抗压强度和抗弯强度的和来表示，用来评价木材作为承重构件性能的优劣。黄果厚壳桂木材的综合强度为150.1 MPa，属于综合强度中等的木材（132.4 ～176.4 MPa）[21]。

3 结论与讨论

黄果厚壳桂木材的基本密度、气干密度和全干密度分别为0.604、0.688 和0.652 g/cm3；弦向、径向和体积气干干缩率分别为2.703%、4.366% 和7.165%，差异干缩为1.504，属于中等密度、差异干缩小的木材。木材的端面、弦面和径面硬度分别为5 740、4 040 和3 940 N，木材顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和冲击韧性分别为50.8 MPa、99.3 MPa、11.81 GPa 和81 kJ/m2，主要力学性能均达到中等级别。木材综合品质系数为2 183.2×105Pa，属于高等级材；木材综合强度为150.1 MPa，属于综合强度中等的木材。

黄果厚壳桂木材的冲击韧性较高，可考虑用于制作木梁、枕木和船桨等对冲击韧性要求较高的部件，亦可用来作为力学强度不高的建筑构件以及家具用材。