全 文 ：西北林学院学报 2007, 22( 6): 144～ 147
Journal of No r thw est Fo r estry Univ e rsity
欧洲栓皮栎软木构造与物理性质研究进展
刘艳贞 ,　雷亚芳* ,　周　伟 ,　赵泾峰 ,　史小娟
(西北农林科技大学 机电学院 ,陕西杨陵 712100)
摘　要: 介绍了国内外学者对欧洲栓皮栎软木宏观、微观构造的研究现状。欧洲栓皮栎软木细胞为
14面体 ,弦切面细胞呈蜂窝状排列 ,横切面和径切面呈砖墙状排列 ;细胞壁上存在褶皱。 欧洲栓皮
栎软木具有密度低、弹性好、热绝缘性好、吸声减震和防水等优良物理性能。
关键词: 欧洲栓皮栎 ;构造 ;物理性质
中图分类号: S792. 189. 08　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1001-7461( 2007) 06-0144-04
Research and Dev elopment of the Structure and Physical Properties
of Cork f rom Quercus suber L.
LIU Yan-zhen,　 LEI Ya-fang,　 ZHOU Wei, 　 ZHAO Jing-feng, 　 SHI Xiao- juan
(Col lege of Mechanical and Electronic Eng ineering ,N or thwest A& F Un iversity, Yangl ing , Shaan xi 712100,China )
Abstract: This paper review ed the researches on th e macro st ructure and microstructure of cork f rom
Qucercus suber at home and aboard, summarized the excellent physical properties o f co rk f rom Q. suber
The co rk cel ls are seen as 14 polyg ons, show a honeycomb-like arrangement in tangential section and re-
semble a brick wa ll in t ransverse and radial sections. The lateral faces of cork cells are co rrugated. Co rk
f rom Q. suber has many good physical proper ties, such as low densi ty, w ell elastici ty , hea t insulation,
sound insulation, imperviousness and damp proof.
Key words: Quercus suber; s t ructure; phy sical property
　　欧洲栓皮栎 (Quercus suber )是世界软木最重
要的来源树种之一。欧洲栓皮栎在地中海地区 (葡萄
牙、西班牙、法国南部、意大利部分地区、南非 )广泛
种植 ,其主要目的是为了采剥树皮 ,加工软木。 欧洲
拥有世界大约 60%的软木森林 ,软木产量占世界总
产量的 80%。葡萄牙是软木的主要生产国之一 ,产量
占世界总产量的一半以上 [1 ]。
软木具有密度低、弹性好、隔热、隔音、隔水、防
潮、阻燃、柔软耐磨等优良特性 ,软木的利用已有上
千年的历史 ,现代已经发展成为一个比较成熟的产
业。特别是葡萄牙在软木营林、采剥、质量控制等方
面的技术已经相当完备 [2 ] ,而且对软木的构造、物理
化学性质的研究也比较透彻 [3 ]。 栓皮栎 (Quercus
variabil is)是工业用软木的主要来源之一 ,主产亚
洲 ,我国是栓皮栎的适生区 ,分布广泛 ,其中心分布
区域为秦巴山区 ,年产量约 5万 t ,占世界总产量的
1 /5左右 [4 ]。目前 ,国内关于软木构造和软木产品的
研究比较薄弱 ,因此 ,通过介绍外国相关方面的研究
成果 ,对国内栓皮栎软木的研究提供参考 ,加强国内
软木资源的研究 ,提高国产软木产品质量。
1　软木构造研究
1. 1　软木的宏观构造
欧洲栓皮栎内皮中分生软木的组织叫木栓形成
层 ,能生成厚的软木层 [5 ]。 软木的主要成分是软木
酯 ,能防止动物的撕咬和微生物的侵害 [6 ]。
欧洲栓皮栎一般在生长 20～ 30 a时第 1次剥
皮 ,此时采剥的软木定义为初生皮或初生软木 ;剥去
初生皮后 ,木栓形成层分生形成新的软木层 ,再生长
9 a左右进行第 2次采剥 ,得到的软木称作二次皮或
二次软木 ,前两次剥的皮质量较差 ;剥去二次皮后 ,
木栓形成层再生成的软木层定义为再生皮或再生软
　收稿日期: 2007-04-05　修回日期: 2007-05-17
　基金项目:国家林业局 948项目 ( 2005-4-68)　作者简介:刘艳贞 ( 1982-) ,女 ,山东潍坊人 ,硕士研究生 ,研究方向为木材科学与技术 。
* 通讯作者:雷亚芳 ( 1965-) ,女 ,教授 ,博士 ,主要从事木材科学与技术的教学与研究工作。
木 ,间隔 9 a左右 ,得到的软木厚度 2～ 5 cm,质量较
好 [3, 7 ]。 3次以后采剥的树皮差别较小。
初生皮表面不平整 ,沿轴向有很多呈“V”型的
沟槽。软木是由木栓细胞、石细胞和一个棕黑色外层
区域组成。初生皮的结构、厚度和密度不均匀 ,粗糙、
硬度大、易碎。常常用来做软木板、绝缘板、垫圈、鞋
底等 [8 ]。
二次皮较初生皮规则一些 ,沟槽较少也较浅 ,质
量较好 ,但是还不足以用于生产软木塞。一般只有再
生皮才能作为软木塞的原料。但是几乎所有的软木
都可以做软木聚结板。
1. 2　软木的微观构造
国外在软木构造方面已经做了大量的研究。
1664年 ,胡克 ( Hooke )首次在显微镜下观察软木组
织切片 ,并将看到的空腔定义为植物细胞 [9 ]。软木细
胞是薄壁细胞 ,排列规则 ,是无细胞间隙的密闭体。
Pereira
[3 ]发现软木细胞是一种小形体细胞 ,放大
1 000倍左右后呈粒状球形。 他还建立 14面体形状
的软木细胞数学模型 ,得到了大多软木研究者的认
可。 软木细胞沿轴向对称 ,相邻面之间紧密结合 [6 ]。
软木结构的变异性很大 ,从不同树上采得的软木有
很大的变异性 [3 ]。
栓皮栎树皮的外皮上存在透镜状的通道 ,称为
皮孔 ,呈放射状排列 [5, 10 ]。气孔的通道近似圆柱体 ,
通常是中空的。 Lew is等在检测影响软木利用的各
种缺陷时 ,研究了气孔对软木利用的影响。 结果表
明:气孔所占的比例很大程度上会影响软木的质量 ,
并与软木的利用有密切关系。 国外根据软木上皮孔
的大小和所占的面积划分软木的等级 ,皮孔越大 ,所
占的面积越大 ,质量越差 [11 ]。
1987年 , Pereira等 [3 ]第一次用扫描电镜对软木
构造进行了观察 (图 1)。弦切面软木细胞呈蜂窝状排
列 (图 1a ) ;径切面和横切面上软木细胞呈砖墙结构
或齿槽结构排列 (图 1b)。软木细胞三切面上多边形
的边数为 4～ 9,五边形、六边形和七边形最多 ;弦切
面上这 3种多边形约占总数的 95% ,径切面和横切
面上 3种多边形总数分别占 94%和 93% ,其中六边
形分别占 53%和 56% 。
a. 弦切面 　　 b. 横切面　　 c. 径切面
图 1　欧洲栓皮栎天然软木的 SEM微观构造
Fig. 1　 Th e SEM micrograph s of natural cork f rom Q. suber
　　软木细胞的平均直径与生长季节有关。与秋季
形成的木栓细胞 (晚木栓细胞 )相比 ,春季形成的木
栓细胞 (早木栓细胞 ,与木材学上的早材细胞相对
应 )直径较大 ,细胞壁较薄。早木栓细胞棱柱高 30～
40μm,棱柱底边边长 13～ 15μm,平均底面积 4×
10- 6～ 6× 10- 6μm2 ,细胞壁厚 1～ 1. 5μm。晚木栓细
胞棱柱的高度较低 ,大部分细胞高度在 10μm以下 ,
细胞壁厚约为早木栓细胞壁厚的 2倍。 早木栓细胞
每平方厘米有 4× 107～ 7× 107个细胞 ,晚木栓细胞
每平方厘米有 10× 107～ 20× 107个细胞。 表 1列出
了早、晚木栓细胞尺寸 [1, 3 ]。
表 1　不同生长阶段的软木细胞尺寸
Table 1　 Th e dimension of cork in dif ferent g rowing s tages
细胞尺寸 早木栓细胞 晚木栓细胞
棱柱高度 /μm 30～ 40 0～ 10
棱柱底边长 /μm 13～ 15
平均底面积 /μm2 4× 10- 6～ 6× 10- 6
细胞壁厚度 /μm 1. 0～ 1. 5 0～ 2
每平方厘米内细胞
数量 /个 4× 107～ 7× 107 10× 107～ 20× 107
棱柱状软木细胞的重要特征是其侧面有褶皱。
细胞壁上有 2～ 3个完全褶皱 , Pereira[3 ]观察到的软
145第 6期 刘艳贞等　欧洲栓皮栎软木构造与物理性质的研究进展
木褶皱是不规则的完全褶皱 (图 2)。细胞壁有的几乎
是直的 ,有的存在严重的褶皱 ,而有些细胞已经破
裂。有的软木细胞的底边呈波状 ,但没有观察到严重
的褶皱。在生长轮开始的地方 ,靠近前一生长轮最后
形成的细胞 ,侧面褶皱最为明显。侧面褶皱可能是由
细胞和树皮生长过程中产生的应力导致的。早木栓
细胞的细胞壁薄 ,有的细胞甚至完全破裂 ;而晚木栓
细胞的细胞壁较厚 ,棱柱高度较低 ,侧壁上的褶皱较
少。褶皱明显或破裂的早木栓细胞为生长轮提供了
一个明显的界线 [1, 3 ]。
图 2　横切面上欧洲栓皮栎软木细胞壁褶
皱的 SEM显微照片 (蒸煮之后 )
Fig. 2　 SEM microg raph of tangen tial sect ion show ing co rrugation
of natural cork f rom Q. suber ( af t er boiling)
由于软木细胞径向、弦向和横向的结构不一致 ,
因此 ,软木细胞结构具有各向异性 ,也导致了软木性
质的各向异性。软木细胞是闭合的、中空的 ,内部充
满气体 ,填充的气体类似于空气 [12 ]。 软木细胞的特
殊结构使其具有比重低、弹性好、隔热、隔音等优良
物理性能 [6 ]。
2　软木的物理性质
软木的物理性能与软木的应用有密切关系。其
独特物理性质如低密度、热绝缘性、不透水性、高弹
性、耐磨、吸震隔音等为它在工业方面的应用奠定了
基础。
2. 1　密低度
软木的密度很低 ,且变化范围大 ( 120～ 240 kg
· m- 3。软木的密度受其生长阶段 (初生软木或再生
软木 )和处理方式 (天然或蒸煮 )影响较大 [13 ]。 细胞
壁的密度变化很小。 Giboson等 [6 ]计算出细胞壁材
料的密度为 1 150 kg· m- 3 ,软木平均密度为 170 kg
· m- 3 ,平均密度与木栓细胞壁材料密度的比值约
为 0. 15。可见软木密度的变化与细胞尺寸 (高度、直
径和细胞壁厚 )、细胞的褶皱以及气孔所占的体积比
有关。高密度时则存在厚的、有明显褶皱的细胞壁和
低的气孔体积比 [6, 8 ]。
2. 2　热绝缘性
软木是热绝缘体 ,保温性能好。若将软木投入到
液体氮中 (接近绝对零度 ) ,软木仍保持弹性和内聚
性 [14 ]。这种优良的隔热性主要是由软木细胞特殊的
构造决定的 ,细胞的尺寸因素以及细胞内充满的气
体是产生这种性质的主要原因。热是通过传导 (主要
是靠结构中的固体物质 )、对流 (只对大量体积的气
体有作用 )和辐射 (在细胞尺寸中很少起作用 )的方
式传递的。在软木中 ,只有细胞壁的热传导有一定的
作用 ,而细胞壁的导热性能也仅仅略高于细胞内的
气体。软木的导热性能很差 ,欧洲栓皮栎软木的导热
系数为 0. 045 W· m- 1· K- 1 ,热扩散率为 1× 10- 6
m
2· s- 1 [1 ] ,因而软木是一种优良的隔热材料。
2. 3　吸音减震性能好
由于软木具有低密度和多孔性 ,因而成为优良
的吸音、减震材料。通过软木的声波大部分能被吸
收 ,很少反射 ,尤其是膨化的软木板或黑色软木聚结
板效果最好。欧洲栓皮栎软木的声阻大约为 1. 2×
105 kg· m2· s- 1 [1 ]。 因而软木是一种良好的隔音材
料 ,常用来做吸音板和缓冲垫 [16 ]。
2. 4　弹性强
软木具有弹性 ,受压后尺寸恢复性好。若对软木
施加载荷 ,将软木厚度压缩至原厚度的 1 /3时 ,软木
中细胞不受丝毫损坏 [13 ]。软木的可压缩性与细胞腔
内含有的气体比例有关。 据研究 ,去掉压力时 ,软木
体积便可恢复到原尺寸的 85% ; 24 h后 ,可恢复到
原尺寸的 94% [12 ]。
2. 5　耐磨性好
软木的耐磨性能好 ,摩擦系数大。软木摩擦系数
为 0. 4～ 1. 2,远高于皮革和橡胶 ,因此软木的摩擦力
大。但软木的摩擦系数是各向异型的 ,弦切面的摩擦
系数较横切面和径切面的高。 软木的摩擦系数与含
水率、温度、表面粗糙度等因素有关 [16 ]。
2. 6　容湿性好 ,渗透性差
软木细胞是空腔细胞 ,水可将细胞中的空气全
部排出。水分主要贮存在空的细胞腔中 ,因而软木细
胞的容湿性能好 ,其容水率可达到 400% 。但吸着水
很少 [17 ] ,水分很难通过细胞壁且很难与细胞壁中的
化学成分结合而存在于细胞壁中 ,即软木的渗透性
差。因此 ,水分在软木中只能以自由水的形式存在于
细胞腔内。所以 ,软木的高容湿性和低渗透性差并不
矛盾。
另外 ,软木还有耐压缩性、防滑性、抗静电性等
优良的性质 ,也是优良的电绝缘体。
146 西北林学院学报 22卷　
3　结论
我国的软木树种主要为栓皮栎 ,其中心产区为
安徽大别山、陕西秦岭、河南伏牛山、桐柏山和鄂西、
川东一带 ,软木原料质量以秦岭山区为最佳。我国的
软木工业起步比较晚 ,到目前为止 ,还没有对我国栓
皮栎软木的结构、物理性质和化学成分进行过系统
地研究。另外 ,我国栓皮栎的资源也缺乏妥善管理 ,
欧洲种植的欧洲栓皮栎平均产栓皮量为 0. 16 t·
hm
- 2 ,而我国种植的栓皮栎单产约 0. 002 t· hm- 2 ,
仅为欧洲栓皮栎栓皮产量的 1. 25% [18 ]。因此 ,应该
加强我国栓皮栎林的管理 ,提高栓皮栎林的单株产
量。
国外对欧洲栓皮栎软木的结构、物理性质和化
学成分都进行了细致的研究 ,并以此为基础开发软
木产品 ,使得软木的应用向高附加值和加工精密产
品的方向发展。世界软木资源并不丰富 ,是一种比较
稀缺的资源 ,但世界对软木的需求量逐年增加 ,据葡
萄牙国家统计局 2001年公布的数据显示 , 2000年上
半年葡萄牙软木产品出口额达 4. 64亿欧元 ,比上一
年同期增长 910万欧元 ;同时 ,软木进口也呈上升趋
势 , 2000年上半年的进口额为 7 700万欧元 ,比 1999
年同期翻了一番 [19 ]。
我国对栓皮栎软木研究较少 ,也限制了以栓皮
栎软木材料为原料的产品开发。因此 ,应该通过对软
木的研究 ,进一步提高软木的深加工利用率和开发
高附加值的软木产品。
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