全 文 ：西北林学院学报 ２０１３，２８（５）：１６０～１６３
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－７４６１．２０１３．０５．３１
收稿日期：２０１２－１２－１２ 修回日期：２０１３－０１－１７
基金项目：“十一五”广西林业科技项目（桂林科字［２００９］第２２号）。
作者简介：黄腾华，男，硕士研究生，研究方向：木材材性及改良。
＊通信作者：李宁，男，副教授，研究方向：木质复合材料。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎ３３ｃｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
擎天树木材物理力学性质研究
黄腾华，符韵林，李 宁＊
（广西大学 林学院，广西 南宁５３０００４）
摘 要：研究擎天树木材的密度、干缩性、弯曲强度、冲击韧性、硬度等主要物理力学性质。结果表
明：基本密度、气干密度（含水率为１２％ ）和全干密度分别为０．５８°、０．６５８ｇ／ｃｍ３ 和０．６２７ｇ／ｃｍ３，
气干密度属于国产木材的中等级水平。全干差异干缩和气干差异干缩分别为２．２５和２．３９，弦向
和径向干缩湿胀差异较大。抗弯强度９９．６ＭＰａ，顺纹抗压强度５２．１ＭＰａ，冲击韧性５３．３ｋＪ／ｍ２，
端面、弦面和径面硬度分别为５ ８６４．８、５ ０９７．３Ｎ和５ ２６５．９Ｎ。擎天树木材的综合强度为１５１．６９
ＭＰａ，属中等材。
关键词：擎天树；物理性质；力学性质
中图分类号：Ｓ７８１．２５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－７４６１（２０１３）－０５－０１６０－０４
Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｈｏｒｅａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ Ｗｏｏｄ
ＨＵＡＮＧ Ｔｅｎｇ－ｈｕａ，ＦＵ Ｙｕｎ－ｌｉｎ，ＬＩ Ｎｉｎｇ＊
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ ５３０００５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｈｏｒｅａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｗｏｏｄｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｄｒｙ－
ｓｈｒｉｎｋａｇｅ，ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ．Ａｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ，
ａｉｒ－ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ（ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ １２％ ）ａｎｄ ｏｖｅｎ－ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗｅｒｅ ０．５８，０．６５８ｇ／ｃｍ３ ａｎｄ
０．６２７ｇ／ｃｍ３，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ａｉｒ－ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｅｌｏｎｇｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｇｒａｄｅ ｌｅｖｅｌ．Ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉ－
ａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｏｖｅｎ－ｄｒｉｅｄ ａｎｄ ａｉｒ－ｄｒｉｅｄ ｗｏｏｄ ｗｅｒｅ ２．２５ａｎｄ ２．３９，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒ－
ｅｎｃｅ ｏｆ ｄｒｙｉｎｇ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｔｔｉｎｇ ｓｗｅｌｉｎｇ ｉｎ ｒａｄｉａｌ ａｎｄ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅ
ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐａｒａｌｅｌ ｔｏ ｇｒａｉｎ ｏｆ Ｍａｎｇｌｉｅｔｉａ ｇｌａｕｃａ ｗｅｒｅ ９９．６ＭＰａ
ａｎｄ ５２．１ＭＰａ．Ｔｈｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｗａｓ ５３．３ｋＪ／ｍ２，ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｎ ｃｒｏｓｓ，ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｒａｄｉａｌ ｓｕｒ－
ｆａｃｅｓ ｗｅｒｅ ５ ８６４．８Ｎ，５ ０９７．３Ｎａｎｄ ５ ２６５．９Ｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｓｈｏｒｅａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｗａｓ
１５１．６９ＭＰａ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗｏｏｄ ｗａｓ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｑｕａｌｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｏｒｅａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ；ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
擎天树（Ｓｈｏｒｅａ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）又名望天树，为龙脑
香科（Ｄｉｐｔｅｒｏｃａｒｐａｃｅａｅ）柳桉属植物，是我国典型的
热带常绿高大稀有珍贵的树种，也是热带季雨林的
上层优势标志树种之一，属国家１级保护珍稀树
种［１－３］，大型乔木，其树高可达５０～６０ｍ，胸径可达２
ｍ以上［４］，是２０世纪７０年代发现的一个新种。目
前，在中国的分布仅限于云南和广西热带季节雨林
海拔１０００ｍ以下的湿润沟谷［３］。自然整枝良好，分
枝少而高，主干圆满而通直，干形好，生长快、出材率
高，是优良的工业用材树种，可用作桥梁、建筑、车
船、家具、室内装修等材料［４－５］，因此具有较高的经济
价值。广西地区擎天树的生长与分布情况，全区现
在广西那坡县、田阳县和大化县有天然林，分布于北
热带季雨林地带，在广西生长于海拔２５０～７５０ｍ
的石灰岩及带钙质的砂页岩山地［６］。在广西那坡
县、大化县及南宁良凤江国家森林公园有人工林，现
有人工林基本种植于１９７８年，树高平均约３０ｍ，胸
径平均约为２６ｃｍ。擎天树的木材，材质坚硬，耐腐
性强，不易受病虫侵害，材色淡棕黄带红，无特殊气
味，纹理直，结构均匀，加工容易，刨切面光洁，花纹
美观，为制造各种高级家具以及造船，车辆，桥梁，建
筑，胶合板，乐器，体育器械等优良木材，还可以合成
各种人造板，具有很好的发展前景，这种珍贵树种资
源在政治，经济以及科学研究等方面都具有重大的
意义［３－７］。
目前有关擎天树的人工林木材材性方面的研究
仍少见报道。但是擎天树树干高大通直，生长速度
快，已被广西林业厅列入广西重点发展的珍贵树种。
为全面弄清擎天树的木材材性，拟开展有关木材材
性的系列研究，研究了擎天树木材的密度、干缩性、
弯曲强度、冲击韧性、硬度等主要物理力学性质，属
于基本数据积累方面工作，为擎天树的加工利用提
供技术参数，具有实际应用价值。
１ 材料与方法
１．１ 试材采集
人工林擎天树木材试材采集于广西南宁市良凤
江国家森林公园，树龄为３２ａ，试材采集［６－７］方法依
据国家标准ＧＢ／Ｔ１９２７－２００９《木材物理力学试材采
集方法》［８］进行。
１．２ 试样制作
将试材按照国家标准ＧＢ／Ｔ１９２９－２００９《木材物
理力学试材锯解及试样截取方法》［９］进行初步加工，
加工后的试样毛坯在实验室阴凉通风处进行堆垛气
干放置，直到试材达到气干。再按照国家标准 ＧＢ／
Ｔ１９３０～１９４１－２００９《木材物理力学性质试验方
法》［１０］加工成试验用的试样。
１．３ 测定方法
擎天树木材物理力学性质指标的测定方法依据
ＧＢ／Ｔ１９３０～１９４１－２００９《木材物理力学性质试验方
法》［１０］的相关规定进行。各项力学性质在万能力学
试验机和摆锤式冲击试验机上测定，测定前将试件
置于温度为（２０±２）℃，相对湿度为（６５±３）％的环
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。完成测定后，分别计算各项指标的
平均值、标准差、标准误差、变异系数和准确指数。
２ 结果与分析
２．１ 擎天树木材的物理性质
根据试验结果，计算擎天树木材各项物理性质
指标均值和变异统计数据（表１）。
表１ 擎天树木材物理性质结果
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ
试验项目 样本数 平均值 标准差 标准误差 变异系数／％ 准确指数／％
树皮体积百分率／％ ７３ １９．１６０ ３．０７０ １．４９０ １５．２３ １４．０２
树皮质量百分率／％ ７３ ２０．１１０ ２．９５０ １．４４０ １４．３０ １３．１４
心材率／％ ７０ １３．９５０ ６．６３０ ２．７４０ ９４．４９ ７９．１９
生材含水率／％ ４３８ ８７．９７０ １４．３８０ ２．３１０ １６．３２ ５．２５
基本密度／（ｇ·ｃｍ－３） １３５ ０．５８０ ０．０５５ ０．００５ ９．８４ １．６９
生材密度／（ｇ·ｃｍ－３） ４３８ １．０７９ ０．０７６ ０．０１４ ７．０９ ２．５５
气干密度／（ｇ·ｃｍ－３） １３６ ０．６５８ ０．０６４ ０．００５ ９．６９ １．６７
全干密度／（ｇ·ｃｍ－３） １３６ ０．６２７ ０．０６３ ０．００５ ９．９７ １．７１
气干干缩率／％
弦向 １３６ ２．８７０ ０．６７５ ０．０５８ ２３．４８ ４．０３
径向 １３６ １．２００ ０．５８７ ０．０５０ ４８．８５ ８．３８
体积 １３６ ４．１１０ １．１７２ ０．１０１ ２８．５２ ４．８９
全干缩率／％
弦向 １３６ ８．３２０ １．２２６ ０．１０５ １４．７２ ２．５２
径向 １３６ ３．６９０ ０．８１８ ０．０７０ ２２．２１ ３．８１
体积 １３６ １１．４１ １．３６７ ０．１１７ １１．９８ ２．０５
干缩系数／％
弦向 １３６ ０．３３４ ０．０６１ ０．００５ １８．３０ ３．１４
径向 １３６ ０．１５４ ０．０３０ ０．００３ １９．６３ ３．３７
体积 １３６ ０．５２０ ０．０９７ ０．００８ １８．６４ ３．２０
差异干缩（弦∶径） １３６ ２．３５６ ０．５７２ ０．０４９ ２４．２６ ４．１６
从全干到气干
湿胀率／％
弦向 １３６ ２．０１０ ０．７３２ ０．０６３ ３６．４３ ６．２５
径向 １３６ １．１４０ ０．４５３ ０．０３９ ３９．８７ ６．８４
体积 １３６ ３．４２０ １．０２６ ０．０８８ ３０．０４ ５．１５
差异湿胀（弦∶径） １３６ １．８５０ ０．８５３ ０．０７３ ４６．１１ ７．９１
从全干到饱水
湿胀率／％
弦向 １３６ ９．１９ １．８１６ ０．１５６ １９．７５ ３．３９
径向 １３６ ４．１３ １．２８０ ０．１１０ ３１．０２ ５．３２
体积 １３６ １４．８１ ２．８１７ ０．２４２ １９．０２ ３．２６
差异湿胀（弦∶径） １３６ ２．３８３ ０．６８８ ０．０５９ ２８．８５ ４．９５
１６１第５期 黄腾华 等：擎天树木材物理力学性质研究
２．１．１ 密度 木材密度的研究，是掌握木材性质的
基础，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。从表１可知，擎天树木材气干密
度、全干密度和基本密度分别为０．６５８、０．６２７、０．５８
ｇ／ｃｍ３。根据我国木材气干密度的分级情况可知，
密度在０．５５１～０．７５０ｇ／ｃｍ３ 的木材属于中等密度
范畴，所以擎天树属于中等级密度的树种。
２．１．２ 吸水性 该研究测定了人工林擎天树的全干
材浸水４８ｄ的吸水性，不同时间段的吸水性结果见
表２。擎天树的吸水性在初始阶段是增长最快的，在
０～６ｈ内，木材从绝干状态吸水达到１９．８％，在１ｄ
后增至３５．９％，在２ｄ间增至５１．８％，到了第８ｄ，吸
水率达到８４．９％，８ｄ后吸水率又开始增加，不过增
加较为缓慢，木材浸泡４８ｄ时吸水率为１０３％，仍有
上升趋势，增加比较稳定。擎天树木材水容量较小，
与其自身木材密度较大及其他各种因素有关。
２．１．３ 湿胀干缩性 了解木材的湿胀干缩性及其
规律，对于木材的加工与利用有很重要的意义。从
表１可见，人工林擎天树木材从全干到气干时，弦向
和径向线湿胀率分别为２．０％、１．１％，体积湿胀率
为３．４％；从全干到吸水至尺寸稳定状态，弦向和径
向线湿胀率分别为９．２％、４．１％，体积湿胀率为
１４．８％。２种状态的弦向湿胀率和径向湿胀率之比
值（差异湿胀）分别为１．７６６和２．２２８。人工林擎天
树木材从湿材到全干状态，径向、弦向、体积干缩率
分别为３．６９％、８．３２％、１１．４１％，干缩系数分别为
０．１５４、０．３３４、０．５２０，差异干缩为２．３５６；从湿材到
气干状态，径向、弦向、体积干缩率分别为１．２０％、
２．８７％、４．１１％，其差异干缩较大，因此在加工利用
擎天树用材时应充分考虑干缩性对产品尺寸的影
响。 表２ 擎天树木材吸水性变异
Ｔａｂｌｅ ２ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｓ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｗｏｏｄ
浸泡时间
／ｄ
平均值
／％
标准差
标准
误差
变异
系数／％
准确
指数／％
０．２５ １９．８ ５．９３８ ０．６４ ２９．９１７ ６．４５２
１ ３５．９ ８．５７２ ０．９２４ ２３．８５５ ５．１４５
２ ５１．８ １０．８３７ １．１６９ ２０．９３７ ４．５１５
４ ６６．５ １３．２６４ １．４３ １９．９６１ ４．３０５
８ ８４．９ １６．３４４ １．７６２ １９．２５２ ４．１５２
１２ ９０．６ １６．６９９ １．８０１ １８．４２４ ３．９７３
１６ ９３．７ １６．７４１ １．８０５ １７．８６８ ３．８５４
２０ ９７．４ １７．１９５ １．８５４ １７．６５９ ３．８０８
２８ １００．０ １７．６７７ １．９０６ １７．６６８ ３．８１
４８ １０３．０ １８．３６７ １．９８１ １７．８５９ ３．８５１
２．２ 擎天树木材的力学性质
木材力学性质是木材抵抗使其改变大小和形状
的外力的能力，即木材适应外力作用的能力。擎天
树木材主要力学性质结果见表３。
表３ 擎天树木材力学性质结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｗｏｏｄ
试验项目 试样数 平均值 标准差 标准误差 变异系数／％ 准确指数／％
硬度／Ｎ
端面 １２８ ５ ８６４．８ ６１７．３８ ５４．５７ １０．５３ １．８６
弦面 １２８ ５ ０９７．３ ８７１．３３ ７７．０２ １７．０９ ３．０２
径面 １２８ ５ ２６５．９ １ ０１５．８５ ８９．７９ １９．２９ ３．４１
抗弯强度／ＭＰａ １００ ９９．６ １４．６５ １．４６ １４．７１ ２．９４
抗弯弹性模量／ＭＰａ １００ ９ １４０．０ １ ３９０．５９ １３９．０６ １５．２１ ３．０４
横纹全部抗压比 弦向／ＭＰａ １００ ８．０ １．８５ ０．１８ ２３．１２ ４．４９
例极限应力 径向／ＭＰａ １００ ９．８ ２．２４ ０．２２ ２２．７９ ４．５４
横纹局部抗压
比例极限应力
弦向／ＭＰａ ７０ １１．２ ２．１９ ０．２６ １８．１５ ４．３１
径向／ＭＰａ ７０ １４．５ ２．３３ ０．２８ １５．６ ３．７８
顺纹抗压强度／ＭＰａ ２２０ ５２．１ ６．８７ ０．４６ １３．２ １．７８
冲击韧性／ｋＪ·ｍ－２ １７６ ５３．３ １８．０６ １．３６ ３３．９ ５．１１
２．２．１ 抗弯强度 木材抗弯强度亦称静曲强度，或
弯曲强度，为木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能
力。抗弯强度作为木材重要的力学性质指标，是建
筑物的屋架、横条、木桥、承重地板等弯曲构件选材
时应首先考虑的因素。由表３可见，擎天树的平均
抗弯强度为９９．６ＭＰａ。对照木材抗弯强度５档分
级标准，其强度属中等（９０．１～１２０．０ＭＰａ）。
２．２．２ 顺纹抗压强度 木材顺纹抗压强度是指木
材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，主要用于
诱导结构材和建筑材的榫接合类似用途的容许工作
应力计算和柱材的选择等。因为顺纹抗压强度测定
简单、准确，又与其他强度指标存在相关关系，所以
其在世界各实验室进行的木材强度试验中，被认为
是最重要的。擎天树的顺纹抗压强度为５２．１ＭＰａ，
按等级划分属于中等材（４５．１～６０．０ＭＰａ）。
２．２．３ 冲击韧性 冲击韧性是检验木材的韧性或
脆性的指标，是指木材受冲击力而弯曲折断时，试样
单位面积所吸收的能量。吸收的能量越大，表明木
材的韧性越高，而脆性越低。冲击韧性常用于评定
车辆和建筑结构用材的品质，也是载重汽车锯材、枕
木、工具柄、枪托、运动器械和农机部件等用材的依
据。当木材的脆性越大时，冲击韧性破坏消耗的能
２６１ 西北林学院学报 ２８卷
量越小。由表３可见，擎天树的冲击韧性平均值
５３．３ｋＪ／ｍ２，对照木材冲击韧性四档分级标准，为中
等（２５．１～８５．０ｋＪ／ｍ２）。说明擎天树是韧性较大
的木材，可作房屋建筑，交通，采掘，胶合板和家具等
方面用材。
２．２．４ 硬度 木材硬度是指木材抵抗其他刚体压
入的能力。木材的硬度跟木材的密度密切相关，密
度越大则硬度越高，反之则低。表３数据表明，擎天
树硬度在端面、弦面和径面的硬度分别为５ ８６４．８、
５ ０９７．３Ｎ和５ ２６５．９Ｎ，端面硬度最大，弦面最小。
端面、弦面和径面硬度的比例为１．１７∶１．０２∶１．０５。
２．２．５ 综合强度 木材作为承重构件时，要考虑其
顺纹抗压强度和抗弯强度，所以通常采用顺纹抗压
强度和抗弯强度之和来表示木材的综合强度。擎天
树的综合强度为１５１．６９ＭＰａ，根据《木材材性分级
规定》可知，其综合强度属于中等（１３２．３９８～１７６．４
ＭＰａ），这说明了擎天树木材可以用作一些强度要求
不是极高的承重结构构件。
３ 结论与讨论
人工林擎天树木材的基本密度、气干密度（含水
率为１２％）和全干密度分别为０．５８、０．６５８ｇ／ｃｍ３和
０．６２７ｇ／ｃｍ３，根据我国木材气干密度［１３］的分级情况
可知，气干密度属于国产木材的中等级水平；全干差
异干缩和气干差异干缩相差不大，分别为２．２５和２．
３９；弦向和径向干缩湿胀差异较大；抗弯强度９９．６
ＭＰａ，根据木材抗弯强度５档分级标准［１１］，其强度
属中等，可以选为建筑物的屋架、横条、木桥、承重地
板等弯曲构件用材［１２］；顺纹抗压强度５２．１ＭＰａ，按
照等级划分也属于中等，在木材强度试验中，是一项
非常重要的指标［１３－１４］；冲击韧性５３．３ｋＪ／ｍ２，对照
木材冲击韧性四档分级标准［１１］，为中等，表明擎天
树木材韧性较高，而脆性较低［１２］，可作房屋建筑，交
通，采掘，胶合板和家具等方面用材；端面、弦面和径
面硬度分别为５ ８６４．８、５ ０９７．３Ｎ和５ ２６５．９Ｎ，其端
面硬度相对较大。擎天树木材的综合强度为１５１．６９
ＭＰａ，根据《木材材性分级规定》［１５］可知，属中等材，
这说明了擎天树木材可以用作一些强度要求不是特
别高的承重结构构件。
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３６１第５期 黄腾华 等：擎天树木材物理力学性质研究