全 文 ：第 巧 卷 第 2期
1 9 91年 6月
南 京 林 业 人 学 学 报
Jo r n a ul o f Nn aj in g Fo r s et r y Un iv er s it y
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1 9 91
枫杨和拓树应用于弯曲木的工艺研究
申利 明
(木材工业 系 )
滴 要 对枫杨和拓树两种木材的弯曲性能及蒸煮软化工 艺的试验结果表明 ,枫杨
的弯曲性能为 1 / 1 1 . 6 , 拓树为 16/ . 7 , 均能用于 一般曲木件的 生产 。 木材含水率和
加 热温 度对木材的顺纹压缩 塑性变形 及弹性模量均有显著影响 , 在相 同的蒸煮工
艺条件下 , 拓树比枫杨具有更大的塑性变形 和弹性模量 。
关键词 弯曲木 ; 枫杨 ; 拓树
中图分类号 5 78 1 . 2 3
弯曲木家具是木家具中具有独特风格的重要品种 ,具有制作工艺简单 ,线条舒展流畅 ,
结构轻巧 ,造型别致等优点 , 深受人们的喜爱 。 世界许多先进国家的弯曲木家具生产相 当发
达 。 我国树种虽然较多 ,但长期以来只局限于使用水曲柳和东北榆制作弯曲木家具 。 为充分
利用当地木材资源发展 曲木家具生产 ,完全可 以使用那些 弯曲性能不太好但尚能满足弯 曲
工艺要求的其它树种来制作那些弯曲半径比较大的工件 。
本文研究了枫杨和拓树两种木材的弯曲性能及其弯曲软化工艺 。 目的在于探索我国南
方适用于弯曲木生产的乡土树种 ,以利于扩大原料来源 。 这两个树种在我国江南一带分布量
较大 .枫杨是胡桃科植物 ,散孔材 ,树形较好 ,属速生树种 , 密度为 0 . 38 6 9 c/ m 3 。 拓树属桑科 ,
环孔材 . 密度为 0 . 9 9 c/ m 3 ,材质致密 , 具有较好纤维柔韧性 。试验结果表明 ,这两种木材均具
有一定的弯曲性能 ,枫杨的弯曲性能为 1 / 1 . 6 ,拓树为 1 6/ . 7 ,都能用于一般曲木件的生产 。
试验方法
l 弯曲性能试验
分别用枫杨和拓树木材制作规格尺寸
2 0 m m 火 2 0 m m 又 3 0 m m 的 jl匝纹压缩试
。 以木材含水率 城蒸煮时间 t 和蒸汽压力
T a b le青 试验因子和水平T e s t f a e tor s a n d t h e v a lu e
试验水平 蒸汽压力 蒸煮时间
( m i n / e m )
木材含水率
( % )
!卜件为
l) 为试验因子 (各 因子选取 3 个试 验水平 ,
见表 l ) 。 用木材力学试验机测定这两种试
件经湿热 处理后的顺纹压缩破坏变形 川 m ax
和弹性模童 刃 , 并研究其弯曲性能 。
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收稿 11期 : 19 8 9一 0住 0 6 。
1 91 9年 (总第 4 8期 )申利明 :枫杨和拓树应用于弯曲木的工艺研究
1
.
2蒸煮软化试验
用正交试验法确定适合于这两种木材的蒸煮软化工艺条件 。 选择木材含水率 、 蒸煮时间
和饱和蒸汽压力为试验因子 。 以木材弯曲表面的质量为考察指标 。 弯曲表面的质量根据皱折
和表裂的发生情况 , 用分级评分的方式确定 。 考虑到三个因子间存在有交互作用 ,选择了 L 2 7
(3
’ 3
)正交设计表安排试验 ,以便能更好地反映出各工艺因子对木材软化质量的影响 。
2 结果及分析
2
.
1 湿热处理后木材的顺纹压缩破坏变形及弹性模量
试验结果表明 : 木材含水率及温度对顺纹压缩破坏变形 v ma 、 及弹性模量 E 都有显著影
响 。 如表 2 所示 , 在相同的湿热处理条件下 ,拓树比枫杨具有更大的 \lm a x和 E 值 。 随着木材温
度和含水率的升高 , l\ m a 、 出现增大趋势 , 而 E 有下降趋势 。 当温度为 10 0 C , 含水率 为 20 一
3。%时 , 枫杨和拓树两种木材都具有较好塑性 ,它们的 l\ m ax 分别为 2 . 1 m m 和 3 . 5 m m ; 当温
度 10 C , 含水率 4 0%时 ,其弹性模量分别为 2 7 . 3 M P a 和 57 4 . 6 M aP 。 由此可见 ,湿热处理
后 ,这两种木材的顺纹抗压强度都明显下降 ,而可塑性大大增加 ,弯曲性能明显提高 。
表 2 顺纹压缩变形 呱。和木材弹性模量 E
T a b l e 2 C o m P r e s ion d
e f o r m a t i o n aP
r a l l e l t o t h e g r a in a n d e l a s t i c m od
u lu s of w 创记
含水率
(写 )
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树 种
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树杨枫拓
2
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2 木材弯曲性能及其影响因素
弯曲性能是评定木材弯曲难 易度的一个参数 ,通常用木材厚度 h 与弯曲半径 r 的比值
h r/ 表示 。 它与木材顺纹压缩应变有特定关系 。 枫杨和拓树两种木材的弯曲性能及其湿热处
理条件见表 3 。 试验结果表明 ,木材弯曲性能不仅与湿热处理条件有关 , 而且还决定于木材本
身的结构特点 。 一般说来 , 阔叶材的弯曲性能比针 叶材好 ,硬阔叶材的弯曲性能 比软阔叶材
好 。 木材所能承受的最大压缩变形与木材中的导管和木纤维组织的结构密切相关 ,木射线等
薄壁组织对木材年轮层的结合强度也有较大影响 ,年轮层之间的结合强度高 ,木材顺纹受压
时木纤维具有较好的轴向稳定性 。 枫杨是软阔叶材 , 结构较疏松 ,与结构致密的拓树相比 ,顺
纹 抗压强度较低 , 只能承受较小的压缩变形 。 在相同的湿热 处理条件下 (T 一 1 0 O C , ”一
30 % )
,枫杨可承受的最大压缩应力为 16 . 3 M aP ,而拓树为 30 . 8 M aP 。 它们的压缩破坏应变
分别为 7%和 12 % 。 在塑性变形区域 ,枫杨和拓树木材的应力 一应变曲线有明显差异 ,枫杨的
压缩应力在此区域变化不大 ,而拓树则呈渐逐增大的趋势 。 这表明 :拓树具有较高的顺纹抗
压强度 ,能够承受较大的压缩应力和应变 ,显示出较好的弯曲性能 。
南 京 林 业 大 学 学 报 第 5 1卷 第 2期
表 3枫杨和拓树木材的弯曲性能
Ta bl e3 W
心洲记 e b nd i n gc a Pa e ity o fP .皮硬切。川曰 a a nd C .tr诬 cu s P记 a之 a
树种 顺纹压缩变形 顺 纹压缩应变 木材弯曲性能
( m m) (% ) (e m/e m)
湿热处理条件
枫杨
拓树
l /1 1
1 /6
犷一 100 C;” 厂一 20 %
T= 100 C; w = 30 %
2
.
3蒸煮软化工艺
土 E交试验结果表明 ,蒸汽压力和蒸煮时间对枫杨和拓树两种木材的软化质量均有显著
毋响 。 木材含水率对软化质量也有影响 。 此外 , 蒸汽压力与蒸煮时间之间存在显著的交互作
用 (表 4 ) 。 根据试验结果认为 : 枫杨的蒸煮软化工艺条件为 : 蒸汽压力 8 又 1创aP ,蒸煮时间 10
m in c/ m
, 木材含水率 30 % 。适于拓树 的蒸煮条 件为 : 蒸汽压力 1 只 1 05aP , 蒸煮时间 15 m in/
C n “ · 含水率 3 0% 。
表 4 软化质量方差分析表
T a b l e 4 A n a l a t i c a l t a b l e of s o f t e n i n g q u a l i t y
方差来源
P (蒸汽版 )
树种 平方和 自由度 均方 F 比 临界值
2 1 6
39 19
.
亡 (时问 )
F o
.
0 5一 4 . 5
F o 0 1= 8
.
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F o
.
0 5一 4 . 5
F o 01 一 8 . 7
F o 01 一 2 . 8
F 。 。 }一 8 . 7
F o 01 一 7 . 0
矛 0 05 = 3 . 8
卢’ 0 05一 3 . 8
矛’ 0 05 = 3 . 8
声’ 0 0 5 = 3 . 8
矛’ 0 05 = 3 . 8
12东.10.8( 6J;34
” ’ (含水率 )
P 只 t
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22李4-8邓26枪78招168别4220铭130伟39
川差和只七1
注 : 树种 I — 枫杨 ; 树种 l — 拓树
止 :.\ } 蒸汽压 力 蒸汽压力的大小直接决定了木材蒸煮温度的高低 。 而木材温度对软化质量
彩响很人 。 图 l反映 了不同蒸汽压条件下的木材软化质量 。 由于枫杨和拓树在结构上的明显
派异 . 木材软化质量受蒸汽压力的影响大不相同 。拓树密度大 , 力学强度高 , 蒸煮时不容易发
土木纤维过度软化 ,故采用较高的蒸汽压加热更为有利 , 压力低容易造成木材热不透 , 弯曲
术材表面易发生开裂 。 而枫杨的力学强度较低 ,蒸汽压力过高时会严重降低木纤维的受压
稳定性 . 弯曲时易发生皱折破坏 ,因此适宜用较低的蒸汽压 。
2
·
.3 2 蒸煮时间 图 l 同样可反映蒸煮时间影响木材弯曲质量的情况 。 两种木材的差异较
人 , 枫杨材的软化质量值 口在蒸煮时间为 t Z 时最大 , 而拓树材的 心值随蒸煮时间的增加而增
加 。 这一现象表明 : 对于枫杨 ,为保证木材软化质量 , 必须严格掌握蒸煮时间 , 木材蒸煮时间
不能过长或过短 。 而对于拓树 , 只有在蒸煮时间不足时才会影响木材软化质量 。
1 9 91年 (总第 4 8期 ) 申利明 :枫杨和拓树应用于弯曲木的工艺研究 75
口传卑闺担想译
2
.
3
.
3木材含水率 木材含水率是影
响软化质量的又一重要因素 。 要使木材
具备好的塑性 , 不仅需要一定的温度 ,
而且还需要一定的含水率条件 。 当木材
含水率低于 10 %时 , 温度控制再严格
也难以使木材具有良好塑性 。 含水率过
高对木材弯曲质量也不利 。 因为弯曲
时 ,木材主要表面都被张紧钢带和弯曲
模具紧紧包住 ,水分比较难以排出 , 同
时木材弯曲速度较快 ,很容易使高含水
率木材 内部发生水压破坏 。 因此 , 最适
宜的木材含水率都在 30 %左右 。
研究结果表明 : 枫杨和拓树都具备
定的弯曲性能 ,将它们用于 一 般曲木
4 6
4 4
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图 ! 三因子软化质量指标之关系
1 一枫杨 n 一拓树
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R e l a t i o n s h iP be t w e e n t h e f a e t o r s
a n d s o f r e n i n g q u a l i r洛, i n d e x
件的生产是完全可行的 。 但由于这两种木材的性质有较大差异 ,生产中需要采用相应的软化
狡艺条件 ,才能获得好的弯曲质量 。
参 考 文 献
胡赫 良斯从 著 , 中宗折译 , 木材压缩 与弯曲 , J匕京农 业出版社 ,
,川日科学院数学研究所统 i卜组编 , 方一旅分析 , 」匕京科学出版社
R L C H A R D
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R E A
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C l a s s i e B e n t、 v o 《x 】C h a j r , 、V . F B . M a r e h ,
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d i s e u s 、 e d i n th i、 Pa Pe r
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· 人护涟丫。尸 a a n d ` ’ · t , u 、、 加尹门勿 1、 o n e一 e l e v e n Po l n t 、 i x t t ,
之土n d o n e 一 s i x Pe i n t s e v e n t h r e s Pe e t i v c l乡’ . T h e 、 v o od c a n 民 U s e ( 1 f o r c o m m o n be n t w o od P r od Ll c t i o n . T h e 认 ’ a t e r 仁 o l l t c rl t
毛玉n d t h e t e m Pe r a t u r e o f th e w o o d o bv i o u s ly a f f e e t i t s Pl a s t i e d e f o r rn a t i o n P a r a l l e l t o t h e g r a i n a n d i t s n l od
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(责任编辑 葛丽 都 )