油欖仁木材物理力學(xué)性能的研究

張仕康，田代科，胡傳雙

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣州　　510000；2.上海辰山植物園，上海　　201602；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東廣州　　510642）

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油欖仁木材物理力學(xué)性能的研究

張仕康1，田代科2，胡傳雙3

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣州510000；2.上海辰山植物園，上海201602；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東廣州510642）

文章對(duì)栽培于廣東省華南植物園和東莞旗峰公園內(nèi)19年生、16年生油欖仁進(jìn)行了木材物理力學(xué)清材試樣測試，分析其株內(nèi)與株間的材性變異，研究該樹種的實(shí)木利用價(jià)值。測試結(jié)果顯示：樣木氣干密度0.70 g/cm3，絕干密度0.67 g/cm3，基本密度0.58 g/cm3，體積干縮系數(shù)54.15%；木材順紋抗彎強(qiáng)度99.55 mPa，抗彎彈性模量1.25 gPa，木材順紋抗壓強(qiáng)度46.00 mPa，木材全部徑向與弦向橫紋抗壓強(qiáng)度9.61 mPa和7.39 mPa，木材徑面、弦面和端面硬度分別55.60 mPa、63.71 mPa和65.52 mPa。經(jīng)分析，木材力學(xué)強(qiáng)度隨樹高方向和年輪方向呈規(guī)律性變化，樹高中部和邊材部分整體強(qiáng)度好；19年生較16年生樣木力學(xué)強(qiáng)度好；自然種植較人工種植樣木力學(xué)強(qiáng)度差異少；測試值變異系數(shù)在12.02%～19.30%之間。綜合得知，所測油欖仁材性屬常用實(shí)木材中等強(qiáng)度水平，木材力學(xué)性能表現(xiàn)良好，可以滿足一般實(shí)木用材強(qiáng)度要求。

景觀樹種 油欖仁 物理性能 力學(xué)性能 實(shí)木利用

油欖仁，別名毗黎勒，使君子科訶子屬落葉喬木，高18～35 m，胸徑可達(dá)1 m，木材浸水后更堅(jiān)韌；果皮富含單寧，用于鞣革，供制黑色染料，也供藥用，為印度傳統(tǒng)名藥和藏藥原料。該樹種樹干通直，樹冠小，生長快，根系發(fā)達(dá)，抗風(fēng)抗大氣污染，果實(shí)入藥，果仁含油，是速生用材樹種和重要的經(jīng)濟(jì)樹種。由于我國種源同分布于印度及南亞諸國的油欖仁在物候、部分重要形態(tài)和生理指標(biāo)上存在明顯差異，其被建議作為一個(gè)新的變種處理，即版納油欖仁。油欖仁的花雖小，但樹形優(yōu)美，生長迅速，尤其是產(chǎn)于斯里蘭卡、印度等種源在5月、春夏交替之際，舊葉快速脫落，緊接著是滿樹紅色新葉，季相景觀非常壯觀，是一種良好的景觀樹種。

1976年，中國科學(xué)院華南植物園從斯里蘭卡引種油欖仁，作為景觀、藥用和實(shí)木利用的樹種進(jìn)行長期栽培和觀察研究。2014年，中科院對(duì)油欖仁果仁的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，但有關(guān)該樹種的木材物理力學(xué)性質(zhì)的研究，迄今鮮見報(bào)道。為了更好地推廣這種集景觀、藥用和實(shí)木利用于一體的優(yōu)良樹種，該文擬從木材物理力學(xué)性能出發(fā)，分析該樹種在不同地域、不同種植條件下株內(nèi)、株間變異規(guī)律，探討其實(shí)木利用價(jià)值。

1 材料與方法

試驗(yàn)樣木I采集于中國科學(xué)院華南植物園試驗(yàn)林內(nèi)，從1992年栽培19年，前3年人工管理，后期自然生長。試驗(yàn)樣木Ⅱ采集于廣東省東莞市旗峰公園景觀林內(nèi)，從1995年栽培16年，混交林2.5 m×2.5 m間植3排，人工管理，定期施肥。

該文按照GB/T 1927-2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》進(jìn)行樣木采集，實(shí)地測量所有胸徑和樹高后，選取3株胸徑和樹高中等的活立木，砍伐后從樹高1.3 m、3.4 m、5.5 m處分別截取3塊圓盤和3段原木，現(xiàn)場標(biāo)記圓盤、原木編號(hào)和南北位置。圓盤用于木材宏觀識(shí)別特征觀察和物理性能測試，原木用于木材力學(xué)性能測試。

測試分為樹高方向3個(gè)水平，年輪方向兩個(gè)水平，按照GB/T1927-1943-2009《木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》進(jìn)行。測試指標(biāo)包括氣干含水率、氣干密度、絕干密度、基本密度，木材全干干縮率及干縮系數(shù)，木材硬度、順紋抗壓強(qiáng)度、順紋抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、橫紋抗壓強(qiáng)度。其中木材力學(xué)強(qiáng)度在深圳三思55 t電子萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上測定，試驗(yàn)結(jié)果換算成含水率為12%時(shí)的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 木材宏觀識(shí)別特征

兩組樣木宏觀觀察結(jié)果相同：木材淡黃褐色或褐色，紋理直或斜，弦面具燈紗紋，徑面具亞麻絲光澤，表面粗糙，髓斑和色斑不可見；氣干后木材燒米餅香味強(qiáng)烈；邊材樹種，早晚材緩變；生長輪可見，呈同心圓狀，無假年輪；導(dǎo)管多為單管孔組合，呈弦列花彩狀，散孔材，管孔直徑中等，管孔數(shù)目略少，內(nèi)含物少，樹膠肉眼不可見；軸向薄壁細(xì)胞很發(fā)達(dá)，呈旁管型帶狀，木射線細(xì)而矮，最大木射線小于管孔直徑，數(shù)量多。

2.2 生長輪寬度

樣木Ⅰ和樣木Ⅱ的年平均生長輪寬度分別5.41 mm和7.40 mm，常年施肥管理有利于活立木生長。兩組樣木變化范圍為2.81～12.79 mm與3.33～12.46 mm，第4～10層年輪較寬，可見活立木生長高峰出現(xiàn)在生長期4～10年間，第11層年輪后變化較小，生長量趨向穩(wěn)定，木材逐漸成熟。

2.3 木材物理性能

測試結(jié)果如表1所示。

木材密度是木材材性的重要品質(zhì)因子，是判斷木材物理力學(xué)性能的重要指標(biāo)。了解木材的干縮性及干縮規(guī)律，對(duì)于木材的加工與利用具有重要意義。樣木木材弦向、徑向和體積全干干縮率平均值分別為6.19%、5.90%、12.56%，木材弦向、徑向和體積干縮系數(shù)平均值分別為25.49%、24.61%、54.15%，根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》，其體積干縮系數(shù)處于級(jí)別4 （50.1%～60.0%）。由此可見，樣木干縮系數(shù)大，干縮性能差，容易導(dǎo)致木材干燥開裂。

表1 樣木木材物理性能及變異情況

2.4 木材力學(xué)性能及其變化規(guī)律

木材作為一種非勻質(zhì)、各向異性的天然高分子材料，它的力學(xué)性質(zhì)對(duì)合理利用木材和工程設(shè)計(jì)都起到重要作用。樣木木材主要力學(xué)性能測試結(jié)果為：木材順紋抗彎強(qiáng)度99.55 mPa，抗彎彈性模量1.25 GPa，木材順紋抗壓強(qiáng)度46.00 mPa，全部徑向和弦向橫紋抗壓強(qiáng)度分別是9.26 mPa和7.03 mPa，徑切面、弦切面和端面硬度分別是5500.57 N、6249。80 N和6432.33 N；各項(xiàng)木材力學(xué)性能變異系數(shù)在8.92%～22.62%之間，木材力學(xué)性能整體評(píng)價(jià)為中等。

在樹高方向，木材順紋抗彎強(qiáng)度與抗彎彈性模量呈中間高兩邊低，尾部比根部高的規(guī)律變化。作為邊材樹種，由于生長前期木質(zhì)部沉淀不足，幼齡材比例增加，晚材率偏少，其心材強(qiáng)度較邊材低。但是，對(duì)比樣木Ⅰ與樣木Ⅱ發(fā)現(xiàn)，即使后者比前者生長速度快很多，其力學(xué)強(qiáng)度并沒有較大降低，某些強(qiáng)度反而比前者高，尤其是邊材，即立木成熟期形成的木材，其強(qiáng)度均比樣木Ⅰ強(qiáng)度高。對(duì)比木材的順紋抗壓強(qiáng)度、橫紋抗壓強(qiáng)度與木材硬度等其他力學(xué)性能，其木材力學(xué)性能存在相同的變化規(guī)律。

其中，樣木Ⅰ順紋抗壓強(qiáng)度為44.77 mPa，樣木Ⅱ?yàn)?7.23 mPa，我國木材順紋抗壓強(qiáng)度的平均值約為45 mPa，不同于木材順紋抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量，前者強(qiáng)度較后者小。樣木Ⅰ木材徑向、弦向和側(cè)向全部橫紋抗壓強(qiáng)度為9.47 mPa、7.35 mPa、6.83 mPa，樣木Ⅱ?yàn)?.74 mPa、7.44 mPa、6.95 mPa；其規(guī)律與順紋抗壓強(qiáng)度相同；同時(shí)由于木射線含量高，徑向值較弦向值高。其木材順紋抗壓強(qiáng)度是木材徑向橫紋抗壓強(qiáng)度的4.79倍，木材的彈塑性能一般，略顯脆性，過度彎曲易折斷。其木材順紋抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)為14.65 %，略高；木材橫紋抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)為13.37 %。

樣木Ⅰ木材徑面、弦面和端面硬度為5710.28 N、6794.11 N和7023.18 N，樣木Ⅱ?yàn)?408.88 N、5947.40 N 和6080.64 N，按照《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》5檔分級(jí)法，其處于等級(jí)3，中等。由于木射線含量較高，該樹種木材弦面硬度明顯高于徑面硬度，而端面硬度只高出徑面硬度17.8 %，木材端面與徑、弦面硬度差值較小。在樹高方向，木材硬度隨樹高增加而減少；在徑向，邊材硬度較心材高。

3 結(jié)論

由木材宏觀識(shí)別特征可見，樣木木材色澤均勻，容易配色，但表面粗糙，油漆效果差；其氣味反映木材富含淀粉及糖類成分，易招蟲蛀；導(dǎo)管分子發(fā)達(dá)，內(nèi)含物少，木材干燥容易。

通過兩組樣木生長輪寬度比對(duì)顯示，通過人工管理可以有效增加其活立木生長量。

樣木密度較高，變異小；然而，木材弦向、徑向和體積干縮系數(shù)平均值分別為25.49 %、24.61、54.15 %，干縮系數(shù)大，干縮性能較差，容易導(dǎo)致木材干燥開裂。

樣木木材力學(xué)強(qiáng)度測試值按照《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》5檔分級(jí)法，其強(qiáng)度均處于等級(jí)3，中等水平。木材順紋抗彎彈性模量、木材順紋抗壓強(qiáng)度以及木材端面硬度變異系數(shù)偏高，其他強(qiáng)度變異系數(shù)中等。綜合顯示樣木木材力學(xué)性能表現(xiàn)良好。

從木材物理力學(xué)性能考慮，景觀樹種油欖仁木材紋理通直，形狀穩(wěn)定性好，靜曲強(qiáng)度、彈性模量和硬度適中，可以作為一般建筑、家具、包裝等用材。

［1］ 陳麗，關(guān)秀娟，薛楊，等. 油欖仁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及育苗技術(shù)研究. 熱帶林業(yè)，2012，（2）：32～33，26

［2］ 胡立志，周忠玉，賈永霞，等. 油欖仁果實(shí)化學(xué)成分的研究. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2014，（4）：419～424