全 文 ：第 42 卷 第 8 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 42 No． 8
2014 年 8 月 JOUＲNAL OF NOＲTHEAST FOＲESTＲY UNIVEＲSITY Aug． 2014
1)广西自然科学基金重点项目(2010GXNSFD013024)、南宁市
科学研究与技术开发项目(201102094G)。
第一作者简介:许彩娟，女，1990 年 12 月生，广西大学林学院，
硕士研究生。
通信作者:孙静，广西大学林学院，讲师，E － mail:sunjing413@
126． com。
收稿日期:2013 年 11 月 4 日。
责任编辑:戴芳天。
顶果木人工林木材物理力学性质1)
许彩娟 符韵林 孙 静
(广西大学，南宁，530004)
摘 要 以 36 年生人工林顶果木材为试验研究材料，对其木材物理力学性质进行了测定与分析。结果表明:
顶果木人工林木材基本密度、气干密度、全干密度分别为:0． 463、0． 553、0． 513 g /cm3，属中等级别;抗弯强度 90． 46
MPa、抗弯弹性模量 7 189． 06 MPa、冲击韧性 55． 81 kJ /m2、端面硬度 5 487． 80 N、顺纹抗压强度 42． 47 MPa、横纹径
向全部抗压比例极限应力 6． 58 MPa、横纹弦向全部抗压比例极限应力 6． 02 MPa、横纹径向局部抗压比例极限应
力 9． 68 MPa、横纹弦向局部抗压比例极限应力 7． 99 MPa。木材抗弯强度、冲击韧性、端面硬度、顺纹抗压强度、横
纹抗压强度，均属中等级别;抗弯弹性模量属低级别;综合品质系数 2 871 × 105Pa，属高等级材。
关键词 顶果木;木材物理性质;木材力学性质
分类号 S781． 29
Wood Physical-mechanical Properties of Acrocarpus fraxinifolius Wight et Arn． /Xu Caijuan，Fu Yunlin，Sun Jing
(Guangxi University，Nanning 530004，P． Ｒ． China)/ / Journal of Northeast Forestry University． －2014，42(8)． －86 ～89
We studied the physical and mechanical properties of the wood with a 36-year-old Acrocarpus fraxinifolius Wight et
Arn． The average densities of basic wood，air-dried and oven-dried were 0． 463，0． 553，and 0． 513 g /cm3，respectively，
belonging to the middle level． The mechanical properties of A． fraxinifolius Wight et Arn． were with the bending strength
of 90． 46 MPa，the bending elastic modulus of 7 189． 06 MPa，the impact toughness of 55． 81 kJ /m2，the hardness of cross
radial direction of 5 487． 80 MPa，compressive strength parallel to grain of 42． 47 MPa，the horizontal all compressive pro-
portional limit stress of radial direction and tangential direction of 6． 58 and 6． 02 MPa，and the horizontal local compres-
sive proportional limit stress of radial direction and tangential direction of 9． 68 and 7． 99 MPa，respectively． Compressive
strength parallel to grain，the hardness on cross surface，bending strength，impact toughness，and horizontal compressive
strength were medium． Volume shrinkage coefficient and differential shrinkage were in the high level，and the bending elastic
modulus was in the low level． The quality factor is 2． 871 × 108 Pa，belonging to high-grade material．
Keywords Acrocarpus fraxinifolius Wight et Arn．;Physical properties of wood;Mechanical properties of wood
顶果木(Acrocarpus fraxinifolius Wight et Arn．)
别名格郎央(瑶语)，咪央(壮语)，为苏木科(Caesal-
piniaceae)顶果木属，落叶大乔木［1］151，分布于我国
贵州、云南、广西西部的龙州、隆林、田林、都安、平果
等，生长于海拔 200 ～ 1 500 m处的山地林中［2］。
谢福惠［3］在广西顶果木初步研究中得出，22 年
生的广西顶果木树高达 25． 61 m，胸径 35． 8 cm，材
积 1． 189 5 m3。顶果木木纤维细长而壁薄，是纤维
工业的好原料;材质轻韧，花纹美丽，心材淡红褐色，
少开裂，较耐腐，是上等家具的用材［4］。
顶果木作为广西“十二五规划”发展的珍贵乡
土树种之一，其研究与发展日益受到人们的关注，其
市场前景广阔，有望发展成为我国南方地区继速丰
桉之后的重要速生丰产林阔叶树种［2］。但目前有
关顶果木木材材性方面的研究仍比较少，系统报道
也甚少，笔者对其开展了木材物理力学性质的研究。
1 材料与方法
1． 1 试材采集
顶果木试材采自广西来宾市维都林场。试材采
集按照国家标准 GB /T 1927—2009《木材物理力学
试材采集方法》的规定进行。根据林分生长情况，
选取生长良好，具代表性的树株作为样木，共 3 株，
树龄 36 a，胸径 35 ～ 48 cm，树高 26． 0 ～ 32． 7 m，枝下
高 11． 0 ～ 14． 8 m。
1． 2 试材加工与试验方法
参照国家标准 GB /T 1929—2009《木材物理力
学试件锯解及试样截取方法》制取试样，试件测定
按照国家标准 GB /T1927 ～ 1943—2009《木材物理
力学性质试验方法》要求进行。测定指标包括树皮
率，心材率，生材含水率，基本密度，气干密度，全干
密度，生材密度，木材径向、弦向和体积气干干缩率、
全干缩率及干缩系数，从全干至气干的湿胀率和从
全干至饱水的湿胀率，吸水率，顺纹抗压强度，横纹
全部抗压强度，横纹局部抗压强度，抗弯强度，抗弯
弹性模量，冲击韧性，硬度等。
运用 101 － 2 型电热恒温鼓风干燥箱、万能力学
试验机和摆锤式冲击试验机进行试验，试验前将试
件置于温度为(20 ± 2)℃，相对湿度为(65 ± 3)%的
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.2014.08.019
环境下进行含水率平衡，试验结果均换算成含水率
为 12%时的数据［5］。
2 结果与分析
2． 1 木材物理性质
2． 1． 1 密度
木材密度是判断木材的工艺性质和物理力学性
质的重要指标，它与木材的其它性能都有密切关系。
其变异性的研究，对木材的加工、利用及林木育种优
良品种筛选都具有重要意义。木材密度包括基本密
度、气干密度和全干密度。基本密度是衡量木材密
实程度的一个标志，最适于作材性比较之用，在木材
干燥和防腐工业中具有实用意义。气干密度是影响
木材最终产品质量的重要因子，我国以它作为材性
比较和生产应用的基本依据［6］143，生产中通常用气
干密度估算木材质量。由表 1 可知，顶果木木材
的基本密度平均为 0． 463 g /cm3;气干密度平均为
0． 553 g /cm3，根据《木材的主要物理力学性质分级
表》［7］163，属中等(0． 551 ～ 0． 750 g /cm3);全干密度
平均为 0． 513 g /cm3。
2． 1． 2 干缩性
了解木材的干缩性及干缩规律，对于木材的加
工与利用有很重要的意义［6］158。木材的干缩性质常
用干缩率、干缩系数和差异干缩表达。
①干缩率。木材干缩的大小以干缩率表示，干
燥过程中产生的线性和体积干缩率的大小及均匀性
是判定其实木加工利用价值的一项重要指标。可
知，顶果木木材从湿材至气干材时，弦向、径向和
体积干缩率分别为 2 ． 2%、1 ． 2% 和 3 ． 7%;从湿
材至全干材时，其弦向、径向和体积干缩率分别
为 5 ． 8%、3 ． 4%和 9 ． 5%。
②干缩系数。干缩系数是指吸着水每变化 1%时
木材的干缩率变化值，它是衡量木材干缩特性的一项
重要指标［8］138。以干缩系数指标计算确定出木材加工
过程中板材尺寸和湿单板剪切时应留出的干缩余
量。顶果木木材的弦向、径向和体积干缩系数分
别为 0． 300%、0． 180%和 0． 503%。根据《木材的
主要物理力学性质分级表》［7］163可知，顶果木木材的
体积干缩系数达到高等级别(0． 501% ～0． 600%)。
③差异干缩。木材弦向干缩与径向干缩之比值
称为差异干缩，它是判断木材开裂以及变形的依
据［8］139。顶果木木材的差异干缩为 2． 446，根据《木
材的主要物理力学性质分级表》可知，顶果木木材
的差异干缩达到高等级别(2． 11 ～ 2． 60)，差异干缩
数值偏大，说明其开裂趋势大，木材干燥时容易发生
翘曲和开裂。
表 1 顶果木木材物理性质均值及变异统计
数值类型
树皮体积
分数 /%
树皮质量
分数 /%
心材
率 /%
生材含
水率 /%
密度 / g·cm －3
基本 生材 气干 全干
平均值 10． 18 11． 79 23． 26 128． 400 0． 463 1． 170 0． 553 0． 513
标准差 3． 21 4． 55 0． 92 10． 390 0． 065 0． 020 0． 077 0． 074
标准误 0． 83 1． 17 0． 24 2． 999 0． 011 0． 006 0． 013 0． 012
变异系数 /% 31． 50 8． 54 3． 95 8． 092 14． 089 1． 690 13． 931 14． 401
准确指数 /% 16． 27 19． 90 2． 04 4． 672 4． 696 0． 975 4． 644 4． 800
数值类型
干缩率
气干干缩率 /%
弦向 径向 体积
全干缩率 /%
弦向 径向 体积
干缩系数 /%
弦向 径向 体积
差异干缩
平均值 2． 200 0． 625 3． 700 5． 800 3． 400 9． 500 0． 300 0． 180 0． 503 2． 446
标准差 0． 746 0． 049 1． 628 0． 939 0． 901 1． 567 0． 045 0． 050 0． 070 2． 600
标准误 0． 059 52． 497 0． 128 0． 074 0． 071 0． 123 0． 004 0． 004 0． 005 0． 223
变异系数 /% 34． 547 8． 249 44． 246 16． 279 26． 389 16． 508 14． 871 27． 723 13． 871 106． 277
准确指数 /% 5． 428 6． 953 2． 558 4． 147 2． 594 2． 337 4． 356 2． 180 18． 226
数值类型
全干到气干
湿胀率 /%
弦向 径向 体积
差异湿胀
全干到饱水
湿胀率 /%
弦向 径向 体积
差异湿胀
平均值 2． 300 1． 600 4． 200 1． 503 6． 200 3． 700 11． 000 1． 798
标准差 0． 662 0． 534 0． 904 0． 470 0． 843 0． 997 1． 815 0． 458
标准误 0． 078 0． 063 0． 107 0． 055 0． 099 0． 118 0． 214 0． 054
变异系数 /% 28． 867 33． 048 21． 538 31． 288 13． 566 27． 112 16． 482 25． 458
准确指数 /% 8． 804 7． 789 5． 077 7． 375 3． 198 6． 390 3． 885 6． 000
注:树皮体积分数、树皮质量分数、心材率样本数量为 40 个;生材含水率、生材密度样本数量为 33 个;基本密度、气干密度、全干密度样本
数量为 36 个;干缩率样本数量为 162 个;湿胀率样本数量为 72 个。
78第 8 期 许彩娟等:顶果木人工林木材物理力学性质
2． 1． 3 吸水性
测定了顶果木全干材浸水的吸水质量变化，时
间为 38 d，各段浸泡时间的吸水性结果见表 2。可
知，顶果木木材在 10 d 前增加比较快，在前 6 h 内，
木材从全干吸水至 42． 60%，在 1 d间增至 85． 20%，
在 2 d间增至 108． 27%，第 10 天吸水率 135． 64%，
10 d后吸水率继续增加，增加趋势缓慢;木材浸泡
38 d时吸水率为 146． 34%，仍有缓慢上升趋势。由
此看出顶果木木材吸水性强。
表 2 顶果木木材吸水性变异
浸泡时
间 /d
吸水率 /%
平均值 标准差 标准误差 变异系数 准确指数
0． 25 42． 603 8． 725 1． 028 20． 481 4． 827
1． 00 85． 202 14． 777 1． 741 17． 344 4． 088
2． 00 108． 272 19． 309 2． 276 17． 834 4． 204
4． 00 124． 666 23． 506 2． 770 18． 855 4． 444
10． 00 135． 644 25． 311 2． 983 18． 660 4． 398
27． 00 143． 874 26． 175 3． 085 18． 193 4． 288
38． 00 146． 342 26． 132 3． 080 17． 857 4． 209
2． 2 木材力学性质
顶果木木材各项主要力学性质平均值和变异统
计数据(表 3)。
2． 2． 1 顺纹抗压强度
顺纹抗压强度与其它强度指标存在相关关系，
是最重要的木材力学性质指标［9］。可知，顶果木木
材的顺纹抗压强度平均为 42． 47 MPa，对照木材顺
纹抗压强度 5 档分级标准［6］218，其顺纹抗压强度属
中下级(30． 1 ～ 45． 0 MPa)。
2． 2． 2 抗弯强度
抗弯强度作为木材另一重要的力学性质指标，
是建筑物的屋架、横条、木桥、承重地板等弯曲的构
件选材时应首先考虑的因素［8］186。可知，顶果木木
材的抗弯强度平均为 90． 46 MPa，对照木材抗弯强
度 5 档分级标准［7］163，其强度属中等(90． 1 ～ 120． 0
MPa)。
表 3 顶果木木材力学性质
数值类型
硬度 /N
端面 弦向 径向
冲击韧性 /
kJ·m －2
抗弯强
度 /MPa
抗弯弹性
模量 /MPa
横纹全部抗压比例极限应力 /MPa
弦向 径向
横纹局部抗压比例极限应力 /MPa
弦向 径向
顺纹抗压
强度 /MPa
平均值 5 487． 80 3 836． 86 3 343． 23 55． 81 90． 46 6 469． 07 6． 02 6． 58 7． 99 9． 68 42． 47
标准差 882． 59 752． 41 923． 91 24． 49 116． 13 1 978． 53 1． 11 1． 61 2． 02 2． 10 3． 79
标准误差 92． 52 78． 87 96． 85 1． 86 1． 90 288． 60 0． 18 0． 25 0． 34 0． 35 0． 58
变异系数 /% 16． 08 19． 61 27． 64 43． 87 17． 83 30． 58 18． 36 24． 47 25． 32 21． 64 8． 93
准确指数 /% 3． 37 4． 11 5． 79 6． 52 4． 20 8． 92 5． 88 7． 74 8． 44 7． 21 2． 75
注:端面、弦面、径面的硬度样本数量为 91 个;冲击韧性样本数量为 174 个;抗弯强度、抗弯弹性模量样本数量为 72 个;弦向横纹全部抗压
比例极限应力样本数量为 39 个，径向横纹全部抗压比例极限应力样本数量为 40 个;弦向、径向横纹局部抗压比例极限应力样本数量为 36 个;
顺纹抗压强度样本数量为 42 个。
2． 2． 3 冲击韧性
冲击韧性常用于评定车辆和建筑结构用材的品
质［9］。可知，顶果木木材的冲击韧性平均为 55． 81
kJ /m2，对照木材冲击韧性 4 档分级标准［7］163，为中
等(25． 1 ～ 85． 0 kJ /m2)。
2． 2． 4 品质系数
木材作为承重构件必须考虑它的顺纹抗压
强度和抗弯强度这两项重要强度指标，所以通常
用顺纹抗压强度和抗弯强度之和来表示木材的
综合强度，以此表明木材强度品质等级［5］。从上
述试验结果可以看出，顶果木木材各项力学强度
性质均属中等偏高，其综合强度为 132 ． 93 MPa，
根据《木材材性分级规定》［7］163可知，其综合强度
为中等级(132 ． 398 ～ 176 ． 4 MPa)，这说明了顶
果木木材可以用作一些强度要求不是极高的承
重结构构件。
木材品质系数或称比强度或强重比，是某项力
学强度极限与基本密度之比值，是评价木材品质的
一个重要参数。在木材领域，根据木材综合品质系
数的大小，可将木材分为 3 类，综合品质系数小于
1 960 × 105Pa者为低等级材，1 961 × 105 ～ 2 156 ×
105Pa者为中等级材，大于 2 156 × 105Pa 者为高等
级材［7］163，［10］。根据前面试验分析得到的基本密度
数据(见表 1)和力学强度(见表 3)，分析计算顶果
木木材的品质系数。结果为:顶果木木材的顺压品
质系数为 917 × 105Pa，静曲品质系数为 1 945 ×
105Pa，综合品质系数达到 2 871 × 105Pa。由此可见
顶果木木材的品质系数非常高，为高等级材。
2． 3 木材气干密度与力学性质的关系
木材的力学性质，与构成木材物质的数量及构
造有关，且以木材物质的数量为最主要，而木材密度
是单位体积内木材物质数量的标志，因此与力学性
质有密切的关系［11 － 13］，通过非线性分析进行拟合，
得到其关系如表 4 所示。
2． 4 天然林和人工林的比较
由表 5 可以看出，顶果木木材的主要物理力学
性质中，天然林木材除干缩系数、端面硬度比人工
林小之外，天然林:径向干缩系数 0． 164%，弦向干
88 东 北 林 业 大 学 学 报 第 42 卷
缩系数 0． 299%，体积干缩系数 0． 490%，端面硬
度 4 993． 29 N;人工林:径向干缩系数 0． 180%，弦
向干缩系数 0． 300%，体积干缩系数 0． 503%，端面
硬度 5 487． 80 N;数据表明人工林木材与天然林木
材没有太大差别。其它主要物理力学性质的平均值
均比人工林的大。
表 4 顶果木木材气干密度与力学性质之间相关分析
力学性质 回归方程 相关系数
抗弯强度 σ = 294． 587 6 － 1 392． 404 1ρ + 2 733． 088 8ρ2 － 1 628． 723 0ρ3 0． 826 1
端面硬度 σ =178 773．980 4 －1 205 602．393 6ρ +3 067 723．600 1ρ2 －3 388 330．045 8ρ3 +1 371 976．281 4ρ4 0． 743 2
抗弯弹性模量 σ = － 9 130． 942 2 + 37 006． 743 7ρ － 17 020． 661 0ρ2 － 6 576． 775 4ρ3 0． 758 2
冲击韧性 σ = 4 923． 040 5 － 32 791． 135 2ρ + 80 982． 586 7ρ2 － 87 013． 723 7ρ3 + 34 384． 838 0ρ4 0． 785 7
表 5 顶果木木材天然林和人工林主要物理力学性质比较
森林类型
气干密度 /
g·cm －3
径向干缩
系数 /%
弦向干缩
系数 /%
体积干缩
系数 /%
顺纹抗压
强度 /MPa
抗弯强度 /
MPa
抗弯弹性
模量 /MPa
端面硬
度 /N
弦面硬
度 /N
径面硬
度 /N
天然林 0． 645 0． 164 0． 299 0． 490 43． 84 100． 22 11 277． 65 4 993． 29 4 571． 46 4 551． 84
人工林 0． 533 0． 180 0． 300 0． 503 42． 47 90． 46 7 189． 06 5 487． 80 3 836． 86 3 343． 23
注:引用的天然林顶果木木材的主要物理力学性质来源于广西大学林学院木材标本室。
3 结论
顶果木木材体积干缩系数、差异干缩均属高等
级别;气干密度属中等级别;顺纹抗压强度、横纹抗
压强度、冲击韧性、端面硬度、抗弯强度属中等级别;
综合强度属高等级别;抗弯弹性模量属低等级;而其
品质系数非常高，评为高等级材。
从力学性质来看，顶果木木材各项力学性能均属
中等级别，可适用于受力要求不高的构件，通常可用
于房屋建筑方面;防腐处理后可作木桩;工业制造方
面亦可用作胶合板的饰面、薄木贴面和家具用材等。
参 考 文 献
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1954．
(上接 85 页)比呈递增趋势，微纤丝角先减小后增
加但是整体变化幅度较小。组织比量围绕一个数值
波动，整体变化较小。不同高度的伐根嫁接和自然
萌生毛白杨之间的纤维长度和导管长度差异显著。
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