全 文 ：第 7卷 第 2期
19 9 2年 6月
茜 北 林 学 院 学 报
J ou rna l of N o rt hwe s tF o re s t ryC ol leg e
V ol
.
7 N o
.
2
J u n
。
1 9 9 2
巴山松木材物理力学性质的研究
安培钧
(木材工业 系 )
摘 要 本研究提供 了巴山松木材物理力学性质试验结 果 :气干密度 0 . 5 3 9 9 /。 m3,
体积干缩系数 0 . 625 % , 顺纹杭压 强度 3 8 。 I ON / m m “ , 杭弯强度 8 6。 SN / m m Z , 杭弯
弹性模量 1 3 0 k N / m m Z , 端 面 硬 度 2 7 . I N / m m Z , 冲击韧性 0 。 0 5 2 3N m / m m Z 。 结
果表明 , 其主要物理性能和力学性能介于油松和 马尾松木材之间 , 巴山松木材是一种
优良的建筑工程 用材和 家具制造 用材 。
关锐词 巴 山松 , 木材 , 物理力学性质
巴山松 ( P i n “ ; hen r万 M as 亡. ) 主产于我国巴山地 区 , 为 我 国 特 有 树 种 。 作 者
( 1 9 92 年 ) 首次报导了巴山松木材的解剖性质 , 并就其种的确立问题进行了木材解剖方面
的论证 , 认为它作为一个独立的种是成立的 l1[ 。 本研究是在上述工作的基础上 , 对 其 物
理力学进行了系统地测定 , 以期为巴山松在其适生地区推广 、 更大范围的开展人工更新和
造林 , 并为巴山松木材的加工利用 、 综合利用提供必要的科学依据 。
1 试材与方法
1
·
1 样木采集
标准地选在陕西省南郑县黎坪林场油坊沟 , 林地海拔 1 5 70 ~ 1 62 Om , 坡向东北 , 坡度
1 5 。 ~ 3 5 ”
, 地下水位深 40 m左右 , 该林分系天然更新形成 , 林分郁闭度 O。 4~ 0 。 6 , 地位级
I ~ ! 级 , 为巴山松纯林 , 地被物有野杜鹃等 , 无重要病 虫害 。 林地内巴山松干形通直 ,
平均树龄 9 0~ 1 0 0年 , 平均胸径 3 0~ s o e m , 平均树高2 5~ 3 0m 。
按照 国家标准一一 《木材物理力学试材采集方法》 G B 1 9 2 7一 80 的规定 〔 2 〕 , 在标准地
内选择并采伐样木 5 株 (表 1 ) 。
所采样木腊叶标本 , 经西北林学院王明昌副教授鉴定 , 5 株均为巴山松 〔尸 i。 。 : h en yr
M
a s t
.
)
[ ` 3 。
1
.
2 试材制作
所采 5 株样木运回后 , 随即截取厚 cs m的中心板及厚 c4 m的边板 , 分别代表南北 东 西
方向 , 并在各自中心板及边板的上 、 中 、 下三段又各锯取长 50 c m的试材 , 在恒温干 燥 箱
收稿 日期 1 9 9 2一 0 2一 2 9
本项试脸研究是陕西省林业厅下达 、 邱明光教授主持 的技术推广项 目一 “ 巴山松育苗造林 ” 研究工 作 的 一 部
分 。 参加试脸工作的有张书宝 、 苟福勤、 何风奎等 。
2西 北 林 学 院 学 报 7卷
内以 3 0” C ~ 4 8” C温度进行缓慢干燥 。
表 1样木登记衰
截 取
高 度
( In )
长度
( m )
小 头 旦去 皮 直 径
最 大 最 小
( C】 1 1 ) ( C m )
材 积
( m s )
编号
脚高直径
( C】 11 )伐根处年
轮 数
树
龄
( a )
材高 ( m )圣 枝
下
高 高
最小最大
木样 号组
3 2
。
5 3 2
。
0
N L B一 1 4 1 3 6 9 4
1一 1
9 4 2 9
。
0 1 7
。
0
1一 2 3 0。 5 2 9。 0
3 89
3 4 4
勺 U几舀
:
,二脚勺
0
。
3 4 4
9 0 90 2 6
。
8 10
。
8
1
。
6
5
。
6
3 2
。
0 3 0
。
0
N L B一 2 3 8 3 5
3 0
。
5 29
。
5 0
。
3 4 4
:
八Un.
N L B一 3 4 3 4 2。 5 1 0 0 1 0 0 3 2 。 9 9 。 4
4 0
。
0
3 6
。
0
3 9
。
0
3 5
。
0
59 7
4 8 7
N L B一 4 4 5
4一 1
43 1 1 4 1 1 4 3 0
。
9 1 6
。
0
4一 2
2
。
0
6
。
0
3 9
。
0
3 7
。
0
3 7
。
3 5
。
0
。
5 4 1
0
。
4 8 7
通任
4
N L B一 6 3 9 3 6 1 1 2 1 1 2 3 0 。 3 8 。 3
1
。
0
5
。
0
3 2
。
3 1
。
3 1
。
5 0
。
3 0
。
0 0
。
3 8 9
3 4 4
采集地 : 陕西省 南郑县黎坪林场油坊沟。 采集 日期 : 1 9 9 1年 4 月6 日
试材干燥后立即进行试件制作 。 5 株样木共制取合格的物理性能试件 143 个 , 力 学 性
能试件39 8个 。
1
。
3 洲试项目与设备
木研究的测试项目包括年轮宽度 、 晚材率 、 气干密度 、 干缩率 、 干缩系数 、 .顺纹抗压
强度 、 横纹全压比例极限强度 、 横纹局压 比例极限强度 、 顺 纹抗剪强度 、 顺纹抗拉强度 、
冲击韧性及硬度等物理力学指标 。 共测试 1 4 5 9次。
所用仪器设备除量具 、 快速单盘天平 、 恒温干燥箱外 , 力学性能测试皆在 日产阿姆斯
拉 ( A m s l e r ) 4t 木材万能力学试验机上进行 。 以上仪器设备经检验均符合精度要求 。
实测数据按国家标准所规定的方法进行统计整理 , 除冲击韧性外其余力学性能指标均
换算为含水率为15 %时的数值 。
2 测试结果与讨论
2
.
1 巴山松木材物理力学性质
根据针阔叶材物理力学性质分级评等标准 〔 3〕 , 巴山松木材重 量轻 、 于缩率大 、 顺纹抗
压强度中等 、 抗弯强度中等 、 抗弯弹性模量甚高 、 端面硬度软 (表 2 ) 。
2
.
2 巴山松木材心边材材性及差异显著性
巴山松为心边材区别明显的树种 , 其心边材除在颜色土有较明显区别外 , 木材物理力
学性质亦有差异 (表 3 ) 。
2期 安培 钧 :巴 山松木材物理力学性质的研究
表 2巴山松木材物理力学试脸均位及统计指标
.效异致交系试 脸 项 目 试样致
换算为 W二 1 5%的
平均值 (灭 )
标准差
( S )
标 准误 差
( S叉 )
准
( V )
指 细
( P )
年轮 宽度 (m m /a ) 3 6 2 . 2 51 0 . 7台 6 0 . 1 3 1 3 4。 0 2 5 . 8 2
晚材率 ( % ) 3 6 3 3 .后 3 0 10 . 9 3 7 1 . 8 2 3 2台。 2冬 4 . 7 1
气千密度 (g /e m s ) 3 5 0 . 5 5 0 0 . 0` 2 5 0 . 0 0 7 2 7 .吕 5 1 . 5 5
千端率 ( % )
3
。
4 9 2
1
。
8 4 2
6
。
1 2 5
O
。
7 12
0
。
5 94
1
。
3 43
0
。
1 2 0 3
0
。
1 0 0 4
O
。
22 7 0
2 0
。
3 0
3 2
。 2 6
2 1
。
9 3
3
。
4 5
5。 4 3
3
。
? 1
弦径体
弦
千编系数 ( % )径
休
0
。
3 5 1
0
。
1 8 5
0
。
6 2 1
0
。
0 6 6
0
。
0 6 2
0
。
13 5
0
。
0 1 1
0
。
0 1 1
0
。
0 2 3
1舀。 9 5
3 3
。
6 2
2 1
。
6 7
3
。
2 0
5
。
6 8
3
。
6 6
巴口,勺一ù。.0La.舀.舀月,门性口U向积
从坟抗压强 度 ( N / m m : )
杭考强度 ( N / m m l )
执专弹性棋 t ( k N / m m Z )
3 8
。
10
8 6
。
7 8
1 3
。
0 1 7
3 9
。
3 4
1 2 4
。
7 3
2 0
。
2 6
6
。
4 1
2 0
。
7 9
3
。
3 8
1 0
。
3 2
1 4
。
3 7
1 5
。
5 6
1
。
7 0
2
。 魂0
2
。
59
37636
顺纹抗剪强度
( N / m m l )
橄纹局压比例极
限强度 ( N / m m 朴
横 纹全压 比例极限
强度 ( N / m m l )
4
。
0 3
4
。
9 8
7
。
4 8
1 5
。
3 7
1
。
2 7
2
。
4 6
1吕。 58
3 0
。
8 3
3
。
1 4
4
。
9 4
ōóO曰n,O面径弦
4
。
7 9
7
。
4 0
9
。
0 6
1 4
。
8 3
1
。
5 1
2
。
4 7
1 8
。
9 3 3
。
1 2
3
。
3 4
.勺no内舀,目
3
。
1 7
5
。
1了
8
。
4 0
8
。
40
。
40
。
4 2
4
。
4 2
2
。
7 4
t沙n舀,口.U工卜目,曰…几U路勺岛七内`叮山.上代心月On舀丹口
向径弦
顺纹杭拉强度 ( N / m m Z )
冲击韧性 ( N m / m m : )
1 3 1
。
0 8
0
。
0 5 2 3
3 5 4
。
60
0
。
1 9 5
5 9
。
9 4
。
03 2 5
27
。
0 5
3 7
。
3 0
4
。
5 7
6
。
2 2
óó六O介Oq曰
弦 面
硬 度 ( N / m m 朴 径 面
2 5
。
5 2
24
。
87
3 3
。
4 5
3 4
。
4 1
5
。
7 4
5
,
9 0
13
。
1 1
1 3
。
8 3
2
。
2 5
2
。
3 7
3434
端 面 3 4 2 7 . 1 0 2 8 。 5 1 4 。 8 9 1 0 。 5 2 1 。 8 1
由表 3 可以看出 , 除顺纹弦面抗剪强度及径向横纹抗压强度两项是心材大于边材外 ,
其余力学性质指标皆为边材大于心材 。 但就物理性能中的干缩性而言 , 则是心 材 优 于 边
材 。
2
.
3 巴山松 、 油松 、 马尾松材性 比较
选取地理位置比较接近的陕西桥 山产油松 (尸 . 亡a b耐 a o f or 。 `: ) 〔 “ ’ ` ’ . ’ 及湖北恩施产
马尾松 (尸 . o a s s o n i a n a) 〔3 1与陕西南郑产巴山松的木材材性进行对比 (表 4 ) 。
3 种松树木材的主要力学性质以马尾松均值最高 , 油松最低 , 而巴山松则介乎于二者
之间 , 三者的气干密度亦是马尾松 (0 . 5 529 / c m 3 ) > 巴山 松 (0 . 5 3 9 9 / c m 3 ) > 油 松
(0
.
4 3 2 9 /
。 m ’ ) , 端面硬度也表现为相同的规律 。 年轮宽度是衡量该树种在生长地区直
4西 韭 林 院 学 学 报 7卷
表 3
目
巴山松心边材主要物理力学性质均值及差异显著性
心 材 边 材 显 著 性
顺纹抗压强度 N( /m m : ) 5 5 . 7。 店 0 . 50
抗弯强度 (N /m m Z ) 7 4。 6 5 9 5 . 6 5
杭弯弹性模量 (k N /m m : ) 1 1 . 2 2 ! 3 . 0 8
丽纹扰前强 度 径 面 3 . 5 9 4。 41 .
(N /m m, ) 弦 面 5 . 7 0 3 . 5。
横 纹抗压强 度 局 径 向 5 . 1 6 4 . 4 2
( N / m m l ) 部 弦 向 7 . 3 5 7 . 5 7
柑纹杭 压强度 全 径 向 3。 7 6 2 。 7 8 △
( N / m m l ) 部 弦 向 ` . 74 5。 5 0 △ △
冲击韧性 ( N m / m m 名 )
顺纹抗拉强度 ( N / m m 之 ) 1 1 1
0 43
0 4 1 5 2
。
0 6 5
。
8 3
气干蜜度 ( g / c m , ) 0 。 5 1 4 0 。 5 6 9
干缩率 ( % )
1
。
5 5 2
3
。
2 3 0
5
。
2 6 3
2
。
1 8 5
3
。
7 6 9
6 。 9 7 9
久积向径体弦
极显 著 . 显 著 △ 不显著 △△ 极 不显著
表 4 巴山松 、 油松 、 马尾松材性比较表
目 巴 山 松 油 松 〔们
株 数 5 7
率 ( % ) 3 8 . 7 3 4 , 9
宽 度 ( m m ) 2 。 2 5 2 。 10
马 尾 松
3 4
。 0
1
。
6 0
项一脸材轮
试年晚
密 度 ( g / e m 3 )
0
。
5 3 9
0
。
36 0
0
。
4 3 2
本干基气
向体径弦 积干缩系数 ( % )
0
。
1 8 5
0
。
3 5 1
0
。
6 2 1
0
。
1 1 2
0 。 3 0 1
0
。
4 1 0
0
。
4 77
0
。
5 5 2
0
。
2 4 4
0 。 4 14
0
。
7 2 2
顺纹抗压强度 ( N / m m : )
抗弯强度 ( N / m m Z )
抗弯弹性摸量 ( k N / m m Z )
3 8
。
1
8 6
。
7 8
1 3
。
0 1 7
36
。
5
6 6
。
0
6 2
。 5
9
。
3 0
1 1 1
。
2 0
1 3
。
9 0
10782二.87.36二On甘臼ùnù.OUQù.“甘月,巴
:…开才8ób一`,三啥.JSQ,几比.丹`OQ月甘才月怡1占,:…J枯`,月生`叹Ul勺面径弦顺纹杭剪强度 ( N / m m Z ) 向径弦局部全横纹抗 压强度
( N / m m : )
顺纹抗拉强度 ( N / m m Z )
冲击韧性 ( N m / m m : )
1 3 1
。
0 8
0 。 0 5 2 3
7 4
。
4 0 1 2 1
。
0 0
0
。
0 5 3 2
硬 度 ( N / m m : )
2 7
。
10
2 4
。
8 7
2 5
。
5 2
3 5
。
60
2 9
.
7 0
3 0
。
0 0
5 0
。
7 0
29
。
8 0
2 8
。
3 0
面端径弦
2少 安冶 钩 :巴 山松木材物迎力 学性质 的研穷
径生长的快慢程度 , 由表 4 可以看出 , 三者以巴山松生长最快 , 比较速生。
而论 , 则呈现与主要力学性能相反的情况 , 油松的千缩系数最小 (0 . 41 6% )
能最佳 , 巴山松 ( 0 . 6 2 1% ) 次之 , 马尾松则更易收缩 , 其千缩系数最大 (0
材性分析 , 这些都是完全符合规律的 。
然就干缩性能
, 即 收 缩性
.
7 2 2% )
。 依
3 结论
巴山松木材物理力学性质均值为 : 气干密度 0 . 5 3 9 9 / c m “ , 体积干缩系 数 0 . 6 25 % ,
顺纹抗压强度 3 8 。 10 N / m m Z , 抗弯强度 8 6。 S N / m m Z , 抗弯弹性模量 1 3 Ok N / m m ’ ,端面
硬度 2 7 . I N / m m Z , 冲击韧性 0 . 0 5 2 3N m / m m Z。 巴山松心边材材性除个别项目外 , 其余
均差异显著至极显著 。
巴山松木材主要力学性质优于油松而逊于马尾松 , 干缩系数亦介乎于后二者之间 。
试验充分表明 , 巴山松不失为一种优良的建筑工程用材、 家具用材和农具用材 , 在其
适生地区广泛造林有着广阔的前景 , 将会为山区经济产生巨大经济效益 。 唯因其千缩性较
大 , 在加工利用中要注意干燥措施 , 通过不断实践选择出合适的千燥基准 , 尽量防止开裂
变形 , 将会大大提高 巴山松木材的利用率 。
今 考 文 献
1 安培钧 , 赵砺 . 巴 山松木材解剖特性与种的确立间题 . 西北林学 院学报 , 1 9 92 , 7 ( 1 ) : 1~ 8
2 国家标准总局 。 木 材物理 力学试验方法 G卫 1 9 2 7~ 43 ~ 80 。 北 京 : 技术标准出版社 , 1 9 8 1
3 中国林业科学研究院 。 中国重要树种木材的物理力学性质。 非京 : 林业出版 社 , 1 9 8 2 , 1 06
4 汪秉全 . 陕西木材 。 西安 : 映西科技出版社 , 1 9 7 8 , 13 ~ 18 , 46
5 西北农学院 。 西北木材材性指标 ( ~ ) 。 西北农学 院 , 1 97 4
A S t u d y o n P h y s i e o m e e h a n i e a l P r o P e r t i e s o f P f n u s h e n r 夕1 M a s t .
A n P e i j
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( D e p t
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A b s t r a e t
T h e r e s u l t s o f e x p e r i m e n t s o n t h
e p h y s i e o m e e h a n i e a l p
r o p e r t i e s o f p i n e
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’ ,
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u l u s o f s t a t i e b e n d i n g s t r e n g t h 1 3 0 k N / m m
Z , h a r d n e s s o f c r o s s s e C t i o n
2 7
。
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Z a n d t o u g h n e s s v a l
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0 5 2 3 N m / m m
Z 。 T h
e r e s u l t s s h o w e d t h a t
1t s m a i n p h y s i e a l a n d m a e h a n i e a l p
r o p e r t i e s a r e b
e t w e e n t h o s e o f P i 称 u s
t a b u l a e f
o r m i s a n d P
. 切 a s s o n ` a n a . P `n u s h e o r 夕 5 w o o d 15 a n e x e e l l e n t m a -
t e r i a l i n a r e h i t e e t u r e a n d f
u r n i t u r e m a n u f a e t u r e
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P i。。 5 h e n r 夕 f M a s t , w o o d ; Ph万s i o m e c h a n i c a l Pr o P e r t万