馬蹄荷木材材性與加工性能研究

巫國富 蘇付保? 馬朝忠 謝紹添 馮立新 蘇彬 鐘國貴

(1.廣西生態工程職業技術學院,柳州 545004;2.廣西百色市那坡縣那馬林場,百色;3.廣西藝高林業有限公司,南寧 530001)

馬蹄荷﹙Exbucklandia populnea(R.Br.)R.W.Brown.﹚別稱:合掌木、解陽樹、白克木,為金縷梅科,馬蹄荷屬喬木,高可達20米,分布于我國西藏、云南、貴州及廣西的山地常綠林,亦見于緬甸,泰國及印度[1]。馬蹄荷是一種優良的速生樹種,生長快,產量高,木材結構細致,色澤美觀,經久耐腐,是生產原木地板、旋切和刨切天然薄木及上等家具的用材。馬蹄荷作為廣西優良速生珍貴樹種之一,其培育研究與加工利用研究越來越受到人們的關注,其市場前景廣闊。目前國內對馬蹄荷的研究主要集中在解剖構造、化學成分、育苗技術和造林技術上,有關馬蹄荷木材物理力學性能和加工性能的研究較少,本研究以廣西馬蹄荷木為研究對象,分析其物理力學性能和加工性能,掌握其材性,為其加工利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器設備

馬蹄荷木試材采自廣西柳州市融水縣林場,樹齡為15a的人工林。試驗試件參照國家標準GB/T1929—2009《木材物理力學試件鋸解及試樣截取方法》制取[2],試件尺寸規格詳見表1,主要的實驗儀器設備詳見表2。

1.2 試驗方法

1.2.1 物理性能測試 馬蹄荷木材的氣干密度、基本密度,徑向、弦向氣干干縮率的測定按照國家標準GB/T1927-1943—2009《木材物理力學性質試驗方法》測定[3],每組測5個,取其平均值。氣干密度和基本密度分別按公式(1),公式(2)進行計算。

其中ρw-氣干密度,mw-試樣含水率為w%時的質量,vw-試樣含水率為w%時的體積。

其中ρy-基本密度,m0-試樣全干時的質量,vmax-試樣水分飽和時的體積。

表1 試件規格與數量

表2 試驗主要儀器設備

1.2.2 力學性能測試 馬蹄荷木材抗彎強度,抗彎彈性模量,順紋抗壓強度力學性能的測定按照國家標準GB/T1927-1943—2009《木材物理力學性質試驗方法》測定,每組測5個,然后取其平均值。

1.2.3 加工性能的測試 把長1000mm,直徑20mm的馬蹄荷原木在旋切機上旋切成單板,然后選取表面質量好的100?100mm的旋切單板2塊,保持含水率在30%以上,通過測定單板式樣的厚度偏差和裂隙度來判斷其加工性能。

1.2.4 試驗數據處理 使用SPSS11.0統計分析軟件,進行實驗數據的方差分析。

2 結果與分析

2.1 馬蹄荷木材物理性質

使用SPSS11.0統計分析軟件對實驗數據進行方差分析,結果如表3所示。

表3 馬蹄荷木材物理性質

2.1.1 密度 木材密度主要包括氣干密度、全干密度和基本密度,最常用的是基本密度和氣干密度。衡量木材的密實程度,材性比較分級,木材防腐和干燥的工業應用主要使用基本密度。而氣干密度是判斷木材的工藝性質和物理力學性質的重要指標,它與木材的其它性能都有密切關系。木材密度的變異度關系到其優良品種的選育、和加工利用。

由表3可知,馬蹄荷木木材的基本密度平均為0.442g/cm3,氣干密度平均為0.525g/cm3,全干密度平均為0.502g/cm3依據《木材的主要物理力學性質分級表》,屬中等﹙0.551-0.750g/cm3﹚。

2.1.2 干縮性 由于木材的各向異性,會產生干縮濕脹,了解木材的干縮規律,在其利用和加工過程中,就能夠很好避免或者減少其缺陷對產品質量的影響及判斷其是否具有加工利用價值。由表3可知,馬蹄荷木材氣干的徑向、弦向干縮率分別為2.3%和3.8%;其全干的徑向、弦向干縮率分別為3.5%、和6.4%。由馬蹄荷木材的弦向干縮與徑向干縮之比值得到其差異干縮為1.65,表明馬蹄荷木材的差異干縮屬于小級別(1.41-1.80)。差異干縮影響木材的開裂和變形。馬蹄荷木材的差異干縮為1.65,說明其木材干燥時發生翹曲和開裂變形程度處中上水平。

2.2 馬蹄荷木材力學性質

使用SPSS11.0統計分析軟件對馬蹄荷木材順紋抗壓強度,抗彎強度,抗彎強度力學性能實驗數據進行方差分析,結果如表4所示。

表4 馬蹄荷木材力學性能

2.2.1 順紋抗壓強度 由表4可知,馬蹄荷木材順紋抗壓強度平均為43.2MPa,其順紋抗壓強度屬中級﹙30.1-45.0MPa﹚。木材順紋抗壓強度是指短時間內沿木材順紋方向緩緩施加壓縮載荷,木材所能承受的最大能力[4]。實驗結果表明馬蹄荷木材適合用作承重力較輕的承重構件。

2.2.2 抗彎強度和抗彎彈性模量 由表4可知,馬蹄荷木材抗彎強度和抗彎彈性模量平均值分別為:95.1 MPa和7590 MPa,對照木材物理力學性能分級表,可知其強度屬于中檔等級。由由表4數值按木材綜合強度計算方法得出馬蹄荷木材的綜合強度為138.3MPa,屬于中等級。在木材領域,木材綜合品質系數可分為低等級材、中等級材和高等級材,其品質系數范圍值分別為:小于1960×105Pa、1961×105-2156×105Pa、大于 2156×105Pa[]。 馬蹄荷木材的順壓品質系數為9773×105Pa,抗彎品質系數為2151.6×105Pa,因此,馬蹄荷木材比較適合于做家具和旋切薄木用。木材的力學性質和木材的密度有關,這一結果與前面密度結果相一致。

2.3 馬蹄荷木材加工性能

對馬蹄荷原木旋切單板樣品按照國家林業局行業標準LY/T 1599-2011旋切單板標準進行檢測,結果表明其旋切單板質量達到Ⅰ級水平。這歸因于馬蹄荷木材密度適中,花紋色澤美觀,結構細致,經久耐腐。馬蹄荷木材適合于銑削、刨、鉆孔,開榫開槽,砂光和車削等機加工。

3 結論

馬蹄荷木材氣干密度屬中等級別,差異干縮系數屬于小級別材;順紋抗壓強度、抗彎強度屬中等級別,抗彎彈性模量屬低等級,其綜合強度屬于中等級材,其品質系數為高等級材。馬蹄荷木材的各項力學性能屬于中等級材,不適合用于承重結構用材。因馬蹄荷木材氣干密度適中,其銑削、鉆孔、砂光和車削等機械加工性能比較好,是旋切薄木及制作家具的上好材料。因其木材結構細致,色澤美觀,經久耐腐可作為原木地板、膠合板表板、裝飾薄木和手工藝品等的原材料,為中等級材。