全 文 ：⒇文章编号: 1008 3464 ( 2004) 04 0325 04
马占相思木材物理力学性质的研究
梁宏温 , 徐峰 , 牟继平
(广西大学 林学院 , 广西 南宁 530005)
摘要: 对采自广西高峰林场 9. 5年生马占相思木材的主要物理力学性质进行测定和分析。结果表明: 马
占相思木材的气干密度、基本密度和全干密度分别为 0. 5636, 0. 4839和 0. 5333 g /cm3 , 其径向、弦向和体积
干缩系数分别为 0. 0908% , 0. 2703%和 0. 3824% , 其顺纹抗压强度为 60. 40 M Pa ,径面和弦面的顺纹抗剪强
度分别为 10. 89和 12. 01 M Pa, 径面和弦面的顺纹抗劈强度分别为 194. 3和 208. 5 N /mm, 端面、 径面和弦
面的硬度分别为 82. 99, 64. 58和 56. 99 M Pa, 冲击韧性为 66. 90 k J/m2 , 抗弯强度和抗弯弹性模量分别为
184. 0 MPa和 13. 944 GPa。除了冲击韧性较小外 ,马占相思木材的主要力学强度均属于中上水平 ,可作为承
重结构和高中档家具用材。
关键词: 马占相思 ; 木材物理性质 ; 木材力学性质
中图分类号: S792; S781. 29　　　文献标识码: A
Studies on the wood physical-mechanical properties of
Acacia mangium Willd
LIAN G Hong w en, XU Feng , MO U Ji ping
( College o f Fo rest ry, Guangxi Univ ersity, Nanning 530001, China)
Abstract: Testing material of 9. 5 age Acacia mangium Willd w ere co llected f rom Gaofeng fo rest
farm , Guangx i. Their main physical-mechanical properties w ere studied. The results show ed the ai r-
dried densi ty, basic densi ty and oven-dry density w ere 0. 5636, 0. 4839 and 0. 5333 g /cm3 respectiv ely;
the sh rinkage coef ficient of radial, tangential and volumetric w ere 0. 0908% , 0. 2703% and 0. 3824%
respectiv ely; the compressiv e streng th parallel to g rain w as 60. 40 M Pa; the shea ring st reng th pa rallel
to g rain o f radial and tangential w ere 10. 89 and 12. 01 M Pa respectiv ely; the cleavage st reng th to
g rain of radial and tangential w ere 194. 3 and 208. 5 N /mm respectiv ely; the hardness of cross, radial
and tangential section w ere 82. 99, 64. 58 and 56. 99 M Pa respectiv ely; the toughness w as 66. 90 k J/
m
2; the bending st reng th and the modulus of elastici ty in static bending was 184. 0 M Pa and 13. 944
GPa respectively. Except toughness, the main mechanical intensity o f A. mangium was belong s to
above the average and which can be used fo r raw ma terial of load-st ress and high middle-g rade
furni ture making.
Key words: Acacia mangium ; physica l properties of w ood; mechanical properties o f wood
马占相思 ( Acacia mangium Willd)属含羞草科 , 为大乔木。原产澳大利亚昆士兰沿海 , 以及巴布
亚新几内亚和印度尼西亚的热带湿润地区 ,是豆目的一种多用途树种。 20世纪 60年代以来 ,许多国家
第 23卷　第 4期
V ol. 23, No. 4
广 西 农 业 生 物 科 学
Jou rnal of Guangxi Agric. and Biol. Science
2004年 12月　
Dec. , 2004　
⒇ 收稿日期: 2003 06 30
基金项目: 广西大学谭锦球青年科学基金资助项目 ( X022045)
作者简介: 梁宏温 ( 1959 ) , 男 , 广西贵港人 , 广西大学副研究员。
和地区先后引种成功。我国于 1979年从澳大利亚引入 , 先后在广东、 广西、 海南、 福建、 云南等省区
栽培 , 种植面积已达到 6. 66万 hm2 , 而且还有持续发展趋势 [1 ]。
笔者对广西国有高峰林场 9. 5年生马占相思木材的密度、 干缩特性、 顺纹抗压强度、 顺纹抗剪强
度、 顺纹抗劈强度、 硬度、 冲击韧性、 抗弯强度、 抗弯弹性模量等物理力学性质进行测定 , 旨为该木
材的合理和高效利用提供参考依据。
1　材料与方法
1. 1　试材采集与试件的制作
试材于 2002年 8月采自广西壮族自治区国有高峰林场界牌分场 9. 5年生的马占相思试验林。在试
验林地内 , 根据林分的平均树高和平均胸径 , 林木的生长势以及树冠幅的生长情况 , 选取 5株具有代
表性的马占相思作为试验样木。5株样木的树高范围在 19. 1～ 19. 9 m之间 ,胸径范围在 22. 0～ 28. 5 cm
之间。 试件的截取和制作按照 GB 1929- 1991的有关规定进行。
1. 2　木材物理力学性质的测定
木材物理力学性质的测定方法依据 GB 1932～ 1942- 1991的有关规定进行。
2　结果与分析
2. 1　木材物理性质及其变化规律
2. 1. 1　密度　木材密度是判定木材力学强度的重要指标 [2 ]。由表 1看出 ,马占相思木材的气干密度、基
本密度和全干密度分别为 0. 5636, 0. 4839和 0. 5333 g /cm3 , 其气干密度与国产的大多数阔叶树材相
比 [3 ] , 处于中等水平。马占相思不同树干高度的木材密度有较大的差异 , 其气干密度、 基本密度、全干
密度的分布范围分别为 0. 5534～ 0. 5881 g /cm3 , 0. 4771～ 0. 5056 g /cm3 , 0. 5223～ 0. 5554 g /cm3; 随着
树干高度的增加 , 三者均呈现先增后减的趋势 , 即以树干中部的密度较大 , 基部和上部较小。
表 1　马占相思木材物理性质及变化
Table 1　 The physical properties of Acacia mangium wood
试验项目
Items
统计值 Va lue of Sta tistics
试件数
/n
平均值
Mean
标准差
S.D .
变动系数
V . C /%
准确指数
A . E /%
树干高度 T runk h eigh t /m
0. 0～ 1. 3 1. 3～ 3. 3 3. 3～ 5. 3 5. 3～ 7. 3
气干密度d12 /g· ( cm )- 3 148 0. 5636 0. 0321 　 5. 70 0. 936 0. 5606 0. 5641 0. 5881 0. 5534
基本密度dbd /g· ( cm)- 3 148 0. 4839 0. 0271 5. 60 0. 922 0. 4824 0. 4835 0. 5056 0. 4771
全干密度dod /g· ( cm )- 3 148 0. 5333 0. 0314 5. 89 0. 968 0. 5294 0. 5345 0. 5554 0. 5223
径向干缩系数 RSC /% 148 0. 0908 0. 0193 21. 26 3. 502 0. 0840 0. 0970 0. 0810 0. 0770
弦向干缩系数 TSC /% 148 0. 2703 0. 0434 16. 06 2. 642 0. 2760 0. 2760 0. 2670 0. 2480
体积干缩系数 VSC /% 148 0. 3824 0. 0564 14. 75 2. 427 0. 3860 0. 3930 0. 3820 0. 3400
差异干缩 (弦∶径 ) T∶ R 148 2. 9770 0. 6618 22. 23 3. 655 3. 2860 2. 8450 3. 2960 3. 2210
　　注 ( No te ) : d12— Wood density a t 1 2% moistur e content ; dbd— Basicdensity ; dod— Wood density of ov en -dry ;
RSC— Coefficient of radial shrinkage ; TSC— Coefficient of tangential sh rinkage; VSC— Coefficient o fv o lumeshrinkage;
T∶ R— Ratio o f tangentia l shrinkage to radial sh rinkage.
2. 1. 2　干缩特性　干缩系数是衡量木材干缩特性的一项重要指标 ,对于家具和门窗等木制品用材 ,必
须考虑木材的干缩系数 [2 ]。 由表 1看出 ,马占相思木材的径向、弦向和体积干缩系数分别为 0. 0908% ,
0. 2703%和 0. 3824%。 与大多数阔叶树材的相比 [3 ] ,马占相思木材的径向、弦向和体积干缩系数均较
小。
由表 1还可以看出 , 马占相思不同树干高度木材的干缩系数有较大的差异 , 其径向、 弦向和体积
干缩系数的分布范围分别为 0. 077%～ 0. 097% , 0. 248% ～ 0. 276% , 0. 340%～ 0. 393%。不同树干高
326 广 西 农 业 生 物 科 学 第 23卷　
度其木材径向和体积干缩系数的变化趋势与密度相同 , 即以树干中部木材的干缩系数较大 , 基部和上
部的较小 ; 而木材弦向的干缩系数则随着树干高度的增加而逐渐下降。
木材弦向干缩与径向干缩之比值称为差异干缩 [2 ]。若木材的差异干缩数值偏大 ,木材干燥时往往容
易发生翘曲和开裂 ; 反之 , 差异干缩数值小时 , 则木材各方向的干缩比较均匀 , 木材的尺寸稳定性较
好。由表 1看出 ,马占相思木材的差异干缩达 2. 977,比国产大多数阔叶树材的差异干缩要大 [3 ]。因此 ,
未经充分干燥和改性处理的马占相思木材不宜作实木薄板利用。
2. 2　木材力学性质及其变化规律
2. 2. 1　主要力学性质　由表 2看出 ,马占相思木材的抗弯弹性模量、抗弯强度和顺纹抗压强度分别为
13. 944 GPa, 184. 0 M Pa和 60. 40 M Pa, 均比国产大多数阔叶树材的要高 [3 ] , 可作为桁架、 地板、 桥
梁等建筑用材 ;其冲击韧性为 66. 90 k J/m2 , 此数值虽然比国产阔叶树材的平均值 ( 76. 40 k J/m2 ) 低、
却比多数针叶树材的高 [3 ]; 其端面、 径面、 弦面的硬度分别为 82. 99, 64. 58和 56. 99 M Pa, 三者之间
的比值为 1∶ 0. 79∶ 0. 69, 表明其端面硬度最大 ,其硬度比国产大多数阔叶树材的要高 [ 3] , 可作为实木
地板用材 ; 其径面和弦面顺纹抗剪强度分别为 10. 89 M Pa和 12. 01 M Pa, 其抗劈强度依次为 194. 3和
208. 5 N /mm, 均比国产大多数阔叶树材的高 [3 ]。
表 2　马占相思木材力学性质及变化
Table 2　 The mechanics propert ies of Acacia mangium willd wood
试验项目
Items
统计值 Valu e of S tatis ti cs
试件数
/n
平均值
M ean
标准差
S. D.
变动系数
V .C /%
准确指数
A . E /%
树干高度 Trunk height /m
0. 0～ 1. 3 1. 3～ 3. 3 3. 3～ 5. 3 5. 3～ 7. 3
径面顺纹抗剪强度 RSS /M Pa 141 10. 89 2. 515 23. 09 3. 889 9. 61 10. 76 11. 37 10. 29
弦面顺纹抗剪强度 TSS /M Pa 150 12. 01 3. 244 27. 01 4. 411 10. 11 12. 94 11. 81 10. 36
径面顺纹抗劈强度 RCS /N· ( mm )- 1 153 194. 3 17. 84 9. 18 1. 484 199. 6 198. 6 189. 2 189. 0
弦面顺纹抗劈强度 TCS /N· ( mm )- 1 146 208. 5 23. 03 11. 05 1. 828 214. 9 212. 1 207. 1 196. 2
端面硬度 CH /M Pa 146 82. 99 10. 38 12. 51 2. 070 79. 05 82. 66 83. 49 79. 78
弦面硬度 T H/M Pa 146 56. 99 8. 66 15. 20 2. 516 47. 89 55. 87 59. 76 56. 18
径面硬度 RH/M Pa 146 64. 58 11. 23 17. 39 2. 877 62. 73 65. 56 64. 94 62. 60
冲击韧性 Toughn ess /k J· m- 2 144 66. 90 14. 84 22. 18 3. 698 70. 44 66. 83 65. 95 65. 75
弹性模量 EM /GPa 147 13. 944 2. 009 14. 41 2. 381 12. 329 14. 280 13. 757 13. 661
抗弯强度 BS /MPa 147 184. 0 32. 52 17. 67 2. 915 173. 4 188. 9 177. 1 176. 9
顺纹抗压强度 CS /M Pa 152 60. 40 8. 549 14. 15 2. 295 59. 51 65. 20 62. 09 55. 65
　　注 ( Note): RSS- radial sh earing s t rength; TSS- tangential sh earing s t rength; RCS- radial cleavage s t reng th; TC S- tang ent ial
cleavage s t rength; CH - cross hardness; TH- tangential hardness; RH- radial hardness; EM - elastici ty modulus; BS- bending
st rength; CS- com pres sive s trength.
2. 2. 2　主要力学性质的变化规律　马占相思木材的硬度、 顺纹抗剪强度、 顺纹抗压强度、 抗弯强度和
抗弯弹性模量随树干高度的变化趋势均与密度相同 (见表 2) , 即呈现先增后减的趋势 , 以树干中部的
较大 , 而树干基部和上部的均较小 ; 冲击韧性和顺纹抗劈强度则随着树干高度的增加 , 而呈逐渐减小
的趋势。
2. 3　木材物理力学性质之间的相互关系
2. 3. 1　木材径向 (面 ) 与弦向 (面 ) 力学强度之间的关系　木材径向 (面 ) 与弦向 (面 ) 力学强度之
间的关系 , 可用径向 (面 )与弦向 (面 )强度的差值除以其中较小的强度值所得的百分数来表示 [3 ] , 经
计算得到顺纹抗剪强度径面与弦面的差异百分数达 10. 28% , 顺纹抗劈强度和硬度的差异百分数分别
为 7. 31%和 17. 02%。 由此可见 , 马占相思木材的各向异性比较明显。
2. 3. 2　木材密度与干缩系数之间的相关性　木材密度和干缩系数的测定使用同一个试件 ,对其进行相
关分析表明 , 除基本密度与弦向干缩系数之间的相关性不显著外 (相关系数 r= 0. 089) ,其他各项指标
之间的相关性均显著或极显著 (相关系数 r= 0. 784～ 0. 994)。鉴于木材密度之间有极显著的相关性 ,对
327第 4期 梁宏温等: 马占相思木材物理力学性质的研究
其进行线性回归分析 [4 ]。以基本密度为自变量 ( x ) , 以气干密度为因变量 ( y ) , 得到两者之间的回归
关系: y= 1. 1689x - 0. 002024 (其中: 相关系数 r= 0. 9870, 检验值 F= 5525. 5, 相关性极显著 )。通
常情况下 , 木材的基本密度数值最为稳定 , 可采用生长锥法进行快速测定 , 根据上述回归关系 , 其数
值可以很好的估测木材的气干密度 , 这对于木材密度的研究和利用提供了便捷。
2. 3. 3　木材密度与各项强度之间的关系　由表 3看出 , 马占相思木材的抗弯强度、 抗弯弹性模量、 端
面硬度、顺纹抗压强度、冲击韧性、径面顺纹抗劈强度都有随着木材基本密度的增加而增大的趋势 , 相
关分析表明木材基本密度与上述各项强度之间的相关性均达到显著或极显著 (其相关系数 r分别为
0. 9161, 0. 9395, 0. 9257, 0. 9966, 0. 8654和 0. 9218) ; 而木材基本密度与径面顺纹抗剪强度之间的
相关性不显著 (其相关系数 r= 0. 2917)。
表 3　马占相思木材密度与各项强度之间的关系
Table 3　 Connection of mechanics properties with basic density in Acacia mangium wood
树号
Numbe r
of tree
基本密度
dbd
/g· ( cm)- 3
抗弯强度
BS
/M Pa
弹性模量
EM
/ GPa
端面硬度
CH
/M Pa
顺纹抗压
强度 CS
/M Pa
冲击韧性
Toughness
/ k J· m- 2
径面顺纹抗
剪强度 RSS
/M Pa
径面顺纹
抗劈强度 RCS
/N· ( mm)- 1
1 0. 4794 178. 58 12. 656 82. 29 58. 59 65. 65 10. 20 189. 06
2 0. 5018 194. 52 15. 685 88. 13 67. 03 70. 32 9. 91 212. 58
3 0. 4912 190. 88 14. 943 86. 92 63. 94 69. 06 12. 80 194. 47
4 0. 4819 179. 12 14. 229 84. 99 59. 87 70. 03 9. 09 191. 17
5 0. 4651 176. 90 12. 207 72. 61 52. 58 59. 46 12. 45 183. 97
对于桥梁、 建筑等用材 , 除考虑其具有一定的强度之外 , 更注重其比强度和比弹性模量等强度品
质系数 [2 ]。经计算 , 马占相思木材抗弯弹性模量与其气干密度的比值 (即比弹性模量 )高达 24741; 木
材顺纹抗压强度、抗弯强度和弦面顺纹抗剪强度与其气干密度的比值 (即比强度 )分别为 107. 2, 326. 5
和 21. 3 , 可见马占相思木材的强度品质系数较高 , 可作为承重结构材料。
3　结论
研究揭示 , 除冲击韧性外 , 马占相思木材的主要物理性质和力学强度指标居于国产阔叶树材的中
上水平 , 可作为承重结构和高中档家具用材。
参考文献:
[ 1] 　林绍奕 . 马占相思的优化利用 [ J]. 林产工业 , 2000, 27 ( 4): 6～ 9.
[ 2] 　尹思慈主编 . 木材学 [ M ]. 北京: 中国林业出版社 , 1996. 114～ 183.
[ 3] 　李坚主编 . 木材科学新篇 [ M ]. 哈尔滨: 东北林业大学出版社 , 1991. 76～ 117.
[ 4] 　卢纹岱 . Spss fo r window s统计分析 [M ]. 北京: 电子工业出版社 , 2000. 301～ 326.
(责任编辑　梁健 )
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