香椿木材物理力学性质及抽提物含量研究

卢 丹， 齐锦秋*， 罗建勋， 黄兴彦， 李 凤

(1.四川农业大学， 四川 雅安 625014； 2.四川省林业科学研究院， 四川 成都 610081)

香椿木材物理力学性质及抽提物含量研究

卢 丹1， 齐锦秋1*， 罗建勋2， 黄兴彦1， 李 凤1

(1.四川农业大学， 四川 雅安 625014； 2.四川省林业科学研究院， 四川 成都 610081)

对香椿木材的物理力学性质及抽提物含量进行了系统研究。结果表明: 香椿木材为轻质木材，气干密度0.45g/cm3；气干材径向、弦向、体积干缩率分别为1.53%、3.21%、4.85%；全干材径向、弦向、体积干缩率分别为3.33%、6.56%、10.46%；饱水径向、弦向、体积湿胀率分别为3.45%、7.01%、11.67%；香椿木材顺纹抗压强度25.64MPa，抗弯强度75.01MPa，抗弯弹性模量6331.24MPa，端面、径面、弦面的硬度分别为2.90kN、1.91kN、2.08kN；香椿木材的热水抽提物含量为5%、苯醇抽提物含量为4.47%、1%NoOH抽提物含量为20%。

香椿； 物理性质； 力学性质； 抽提物

香椿 (Toonasinensis)又名椿树、毛椿、椿芽树等 ，是楝科香椿属落叶乔木，高达20 m，胸径可达1 m，树干通直、生长迅速，为中国温带、亚热带常见速生树种。分布于海拔1 500 m以下的平原或丘陵地区，四川西部海拔2 000 m处也有分布[1-2]。香椿是我国珍贵速生用材树种，木材浅红褐色，花纹美丽，有光泽，抗腐力强，材质硬度适中，是优良的家具及装饰用材，素来就有中国 “桃花心木”之称。随着我国经济的高速发展，对木材的需求与日剧增。木材物理力学性质是木材主要材性指标，对木材加工处理和利用都有着十分重要的实际意义，木材化学成分中抽出物含量影响木材天然耐久性、颜色及其加工利用。关于香椿研究，目前主要集中在生理生化及抗旱性等研究方面[3-4]，在树木生长、解剖构造及木材利用方面仅见少量研究[5-8]。本文对四川省达州市大竹县人工培育的香椿木材物理力学性质及抽提物含量做了较为系统的研究，以期为四川省香椿木材的开发和利用提供一定的科学依据。

1 试验区概况

试验区位于四川省达州市大竹县，地处东经107°13′、北纬 30°51′，属亚热带湿润季风气候区，全年无霜期284天，相对湿度84%，日照时数1329.4h，年太阳辐射377.6kJ/cm2。

2 材料与方法

2.1试验材料

试验材料取自四川省达州市大竹县人工林地内的香椿木材。

2.2试验方法

2.2.1 试验材料采集与处理 试材采集方法依据中华人民共和国国家标准GB1927-91中所述方法进行采集。伐取人工林地内香椿平均木5株，平均胸高直径30 cm，树高20 m。将木段运回实验室后，锯解成板坯，放置于实验室自然干燥。

2.2.2 物理力学性质测定 按照国家标准GB1928-2009《木材物理力学实验方法》进行试件加工，并对气干材的径向干缩率、弦向干缩率、体积干缩率，全干材的径向干缩率、弦向干缩率、体积干缩率，饱水湿胀率，气干密度、绝干密度和基本密度，木材顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量和端面、径面和弦面硬度等指标进行测定。各项力学指标测试均在深圳瑞格尔万能力学试验机上进行，每个指标试件个数共计100个，测定完成后,分别计算各指标的平均值、标准差、标准误差、变异系数。

2.2.3 抽提物质量分数检测 1%NaOH抽提物质量分数检测参照国家标准中的GB2677.5-93方法，苯醇抽提物质量分数检测参照国家标准中的GB2677.6-94方法，热水抽提物质量分数检测参照国家标准中的GB2677.4-93方法。

2.2.4 数据统计分析 使用Origin Pro8.5和DPSv7.05软件对木材的物理力学性质和化学性质的数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1香椿木材物理性质

3.1.1 密度 木材密度直接反映了木材的致密程度，影响着木材的抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等力学指标，木材密度与力学强度呈正相关关系[9-11]。从表1中可以看出: 香椿木材基本密度为0.37g/cm3，变化范围为0.35～0.39g/cm3；气干密度为0.45g/cm3，变化范围为0.41～0.53g/cm3；全干密度为0.42g/cm3，变化范围为0.38～0.50g/cm3。根据《木材物理力学分级表》[12]，密度在0.351～0.550g/cm3之间为小级，在0.551～0.750g/cm3之间为中级，在0.751～0.950 g/cm3之间为大级，香椿木材属于低密度木材。

3.1.2 干缩性 木材含水率在纤维饱和点以下时，细胞腔中不含有自由水，而细胞壁中含有吸附水。随着木材在空气中逐步散失水分导致含水率继续降低，细胞壁纤丝之间，微纤丝之间的吸附水会不断散失，其间的水层减薄，纤丝、微纤丝彼此靠拢，以致细胞壁，乃至整个木材的尺寸随之缩小[13]。木材为各向异性材料，木材的轴向、径向、弦向干缩率不同。轴向干缩率较小，在木材使用中可以忽略不计，径向干缩率在3%～6%之间，弦向干缩率在6%～12%之间，径向干缩率和弦向干缩率的差异是引起木材及其制品发生开裂、翘曲变形等缺陷的重要因素，也是木材锯切加工时注意的重要指标。从表1中可以看出: 香椿木材气干径向、弦向、体积干缩率分别为1.53%、3.21%、4.85%；全干径向、弦向、体积干缩率分别为3.33%、6.56%、10.46%。香椿木材干缩率小，与骆嘉言等[14]，高瑞龙等[15]研究结果基本一致，表明香椿木材尺寸的稳定性较好，在作为用材时具有变形小的优点。

3.1.3 木材湿胀率 在纤维饱和点以下，当大气环境中的含水率高于该木材含水率时，木材在空气中逐步吸收水分会导致含水率增大，同时也会引起体积的膨大，称为湿胀。由于木材轴向、径向和弦向的不均匀性，其湿胀值也不相同。从表1中可以看出: 香椿径向、弦向、体积的饱水湿胀率分别为3.45%、7.01%、11.67%。香椿木材湿涨率较小，表明香椿木材尺寸稳定性较好。

表1 香椿木材主要物理性质Tab.1 MainphysicalpropertiesofT.sinensiswood项目样本数平均值标准差标准误差变异系数(%)气干密度1000.450.0250.00555.49密度(g/cm3)全干密度1000.420.0240.00535.63基本密度1000.370.0110.00242.90径向1001.530.1940.11215.65气干干缩率(%)弦向1003.210.2890.08039.03体积1004.850.2540.08035.24径向1003.330.2880.11778.66全干缩率(%)弦向1006.560.3730.09975.69体积10010.460.4260.12304.07径向1003.450.3090.12618.96饱水湿胀率(%)弦向1007.010.2760.11906.79体积10011.670.2840.10956.72

3.2香椿木材力学性质

木材力学性质是度量木材抵抗外力的能力，是木材合理有效利用的重要依据。在所测指标中，木材顺纹抗压强度施加荷载方向为平行于木材纤维方向，是木材作为结构和建筑材的榫结合类似用途的容许应力计算和柱材等应用的重要依据。抗弯强度主要用于建筑物的桁架、家具横梁、地板等易于弯曲构件的设计，顺纹抗压强度和抗弯强度是木材作为承重构件是否可靠的重要依据。从表2可知，香椿木材顺纹抗压强度为25.64MPa，抗弯弹性模量为6331.24MPa，抗弯强度为75.01MPa，端面、径面、弦面的硬度分别为2.90 kN、1.91 kN、2.08kN。我国木材的顺纹抗压强度平均值为45MPa，高于本研究得到的平均值，所以，在选择支柱等承重构件时不建议考虑使用香椿木材。根据《木材物理力学性质分级表》，香椿木材抗弯强度属于低水平范围。所以，香椿力学强度较小，在实际生产应用中应充分考虑其能否满足需要，避免因力学强度不达标而造成的相关损失。

表2 香椿木材主要力学性质Tab.2 MainmechanicpropertiesofT.sinensiswood项目样本数平均值标准差标准误差变异系数(%)顺纹抗压强度10025.641.760.627.87抗弯弹性模量1006331.24315.1990.995.35抗弯强度10075.011.331.4247.99 端面1002.900.150.0615.16硬度(kN)径面1001.910.290.127.01 弦面1002.080.200.097.47

3.3抽提物

木材的化学性质检测中主要抽提物有1%NaOH抽提物、苯醇抽提物、热水抽提物等。木材化学成分中抽出物质量分数影响着木材天然耐久性、材色和木材的加工利用。香椿木材的热水抽提物含量为5%、苯醇抽提物含量为4.47%、1% NoOH抽提物含量为20%。

4 结论与讨论

香椿生长迅速，在我国广泛栽培，一般在10年即可达到中径材标准[16]。木材物理力学性质是木材合理利用的重要依据，香椿木材气干密度为0.45 g/cm3，属于轻软木材。干缩及湿涨率小，气干径向、弦向、体积干缩率分别为1.53%、3.21%、4.85%；饱水湿涨率径向、弦向、体积湿胀率分别为3.45%、7.01%、11.67%。香椿木材抗弯弹性模量为6331.24MPa，抗弯强度75.01 MPa，端面、径面、弦面的硬度分别为2.90，1.91，2.08kN。香椿木材为环孔材，颜色美丽[2]，根据其物理力学性质分析，可适用于实木家具用材、装饰单板、饰面门板等，但不应用于做称重构件。香椿耐腐、耐蚁，香椿木材的热水抽提物含量为5%、苯醇抽提物含量为4.47%、1%NoOH抽提物含量为20%。在香椿木材培育过程中，了解其物理力学及化学性质，将对香椿木材的利用起到重要的指导作用。

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Physical-mechanicalpropertiesandextractivecontentsofToonasinensiswood

LU Dan1, QI Jinqiu1*， LUO Jianxun2, HUANG Xingyan1, LI Feng1

(1.Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014， China; 2.Sichuan Academy of Forestry, Chengdu 610081, China)

The physical-mechanical properties and extractive contents ofToonasinensiswood were studied systematically. The results revealed thatT.sinensiswood with air-dried density of 0.45g/cm3, belonged to light wood category. The air-dried shrinkages of radial, tangential and volume were 1.53%, 3.21%, 4.85% and those for oven-dried shrinkages were 3.33%, 6.56%, 10.46%, respectively. The full anti-swelling efficacy of radial, tangential and volume ofT.sinensiswood were 3.45%, 7.01% and 11.67%, respectively. The compressive strength parallel to grain, the bending strength, the bending elastic modulus ofT.sinensiswood were 25.64MPa, 66.65MPa and 6331.24MPa , and the hardness in end, radial and tangential section were 2.90kN, 1.91kN, 2.08kN, respectively. The contents of hot-water extracts, alcohol-toluene extracts and 1%NaOH solubility ofT.sinensiswood were 5%, 4.47% and 20%, respectively.

Toonasinensis; physical properties; mechanical properties; extractive contents

2015-02-02

四川省植物平台建设项目-香椿种质资源 (201204307-06)；木材工业与家具工程四川省高校重点实验室资助。

卢 丹(1992-)，女，重庆市云阳县人，在读硕士，主要从事木材物理力学性质研究。

* 为通讯作者。

S 781

A

1003-5710(2015)02-0058-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2015. 02. 015

(文字编校：龚玉子)