全 文 ：23年生大叶栎木材物理力学性质的初步研究
梁宏温 1 , 　黄寿先 1 , 　覃亚丽 1 , 　覃丽萍 1 , 　黄明荣2 , 　陈仕静 2 , 　唐凤生 2
(1. 广西大学林学院 ,广西 南宁 530005;2. 广西平果县海明林场 ,广西平果 533001)
摘　要:对广西平果县海明林场 23年生大叶栎木材的主要物理力学性质进行了测定和分析 。
结果表明:大叶栎木材的气干密度 (含水率为 12%)、基本密度和全干密度分别为 0. 583 g
cm
-3 、0. 462 g cm -3和 0. 507 g cm -3 ,气干密度属于国产木材的中等级水平;径向 、弦向和体
积干缩系数分别为 0. 099%、0. 183%、0. 296%,湿胀率依次为 4. 106%、7. 958%和 12. 627%,
差异干缩为 1. 5 ～ 1. 9,其尺寸稳定性较好;冲击韧性为 52. 12 kJ m - 2 ,端面 、径面和弦面硬度
分别为 41. 53M Pa、31. 41M Pa和 35. 51M Pa,顺纹抗压强度为 44. 50MPa,抗弯弹性模量和抗
弯强度分别为 12. 63GPa和 127. 31M Pa,径面和弦面顺纹抗剪强度分别为 8. 76M Pa和 10. 54
M Pa,抗劈强度依次为 124. 3 N mm - 1和 138. 6 N mm - 1。除冲击韧性和硬度较低外 ,大叶栎
木材的主要力学强度均属于国产木材的中等级水平。
关键词:大叶栎;木材物理性质;木材力学性质
中图分类号:S792. 17;S781. 29　　文献标识码:A　　文章编号:1001-7461(2007)01-0115-04
Pre lim inary Researches of theW ood Physica l-mechanical P roperties
of 23-year-old Castanopsis fissa
LIANG Hong-wen1 , 　HUANG Shou-x ian1 , 　Q IN Ya-li1 , 　QIN L i-ping1
HUANG M ing-rong2 , 　CHEN Shi-jing2 , 　TANG Feng-sheng2
(1. Co llege o fForestry, GuangxiUn iversity, Nanning , Guangxi 530005, Ch ina;2. Ha im ing Forest Farm , P ingguo, Guangxi 533001, Ch ina)
Abstract:The w ood phy sica l-mechan ica l propertiesw ere studied for 23-yea r-o ldCastanopsis fissa g rown onH aim ing
forest farm o f P ingguo, Guangx .i The resu lts we re as fo llow s:the air-dried density (mo isture con tent o f wood is
12%), the basic density and the oven-dry density w ere 0. 583 g cm - 3 , 0. 462 g cm - 3 and 0. 507 g cm -3 re-
spective ly, the a ir-dried density w as at the medium leve l in domesticw ood species;the shrinkage coefficien t of ra-
dial, tangential and vo lumetricw ere 0. 099%, 0. 183% and 0. 296% respective ly, them aximum sw e lling w ere 4.
106%, 7. 958% and 12. 627% respective ly;the ra tio of tangen tia l shrinkages to radial shrinkages w as 1. 5 ～ 1. 9;
the toughne ss w as 52. 12 kJ m -2;the hardness of cross, radia l and tangential section we re 41. 53M Pa, 31. 41
M Pa and 35. 51MPa respec tively;the compressive streng th para lle l to g rain w as 44. 50M Pa;themodulus o f e lastic-
ity in sta tic bend ing and the bending streng th w ere 12. 63GPa and 127. 31M Pa respec tively;the shearing streng th
para lle l to g rain of radial and tangentialw ere 8. 76M Pa and 10. 54M Pa respec tively;the cleavage streng th to gra in
of radia l and tangentia lw ere 124. 3 N mm -1 and 138. 6 N mm -1 respective ly. Except toughness and hardness,
them ainmechanical in tensity ofCastanopsis fissa was at themedium leve l in domestic w ood species.
Key words:Castanopsis fissa;physica l prope rties o fw ood;mechanical properties of wood
　　大叶栎 (Castanopsis fissa R. e tW. )属壳斗科栲
属常绿阔叶乔木树种 ,具有速生丰产和适应性广的
特点 ,其主要分布于广东 、广西 、福建 、云南以及江
西 、湖南 、贵州南部等地区 , 是我国中亚热带北纬
27°以南山地和丘陵次生林的先锋树种之一[ 1, 2] 。
笔者以广西平果县海明林场 23年生的大叶栎人工
林作为研究对象 ,测定其木材密度 、干缩系数 、湿胀
率 、水容量 、硬度 、顺纹抗压强度 、冲击韧性 、抗弯强
西北林学院学报　2007, 22(1):115 ～ 118
Journal o fNo rthwe st Fo restry Un ive rsity
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
收稿日期:2006-03-13　　修回日期:2006-06-01
基金项目:广西 “十五 ”林业科技项目 “大叶栎遗传改良及优化栽培技术研究 ”(林科字 2002[ 18] )
作者简介:梁宏温(1959-),男 ,广西贵港人 ,副研究员 ,研究方向为木材学 、森林生态学。
度 、抗弯弹性模量 、顺纹抗剪强度和抗劈强度等指
标 ,探讨大叶栎木材的主要物理力学性质及其变异
规律 ,为大叶栎人工林的定向培育及其木材潜在使
用价值的开发利用提供参考依据。
1　材料与方法
1. 1　试材采集与试件制作
试材于 2005年 1月采自广西平果县海明林场
23年生的大叶栎试验林 。在试验林地内 ,按林木径
级大小分布的情况 ,选取树龄相同的样木共 5株 ,其
中优势木 1株 (胸径 32. 1 cm、树高 21. 5m)、中等木
3株 (胸径 20. 4 cm ～ 25. 6 cm、树高 19. 1 ～ 20. 4 m ,
被压木 1株 (胸径 16. 4 cm、树高 18. 1 m)。
木材基本密度试件用生材制作 ,即分别样木 、于
各树干高度 (0. 0;1. 3;3. 3;5. 3;7. 3;9. 3;11. 3;13. 3
m;…。)的新锯并经刨光圆盘的北向各截取一个完
整的扇面 ,扇面的大小视圆盘的大小而定 ,一般控制
取样的重量为 50 ～ 60 g,其中对树高 1. 3 m处的圆
盘再按其年轮位置分成三个部分取样 、即内部 (1 ～
8轮)、中部(9 ～ 14轮 )和外部(15 ～ 23轮 )。
其余试件用气干材制作 , 并按照 GB 1931 ～
1942 ～ 1991的有关规定进行取样。
1. 2　木材物理力学性质的测定
除木材基本密度采用排水法测定外[ 3] ,其他的
木材物理力学性质均依据 GB 1931 ～ 1942 ～ 1991规
定的方法进行测定 。
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　大叶栎木材密度由表 1可见 ,以平均
值而言 , 23年生大叶栎人工林木材的气干密度 (含
水率为 12%)、基本密度和全干密度分别为 0. 583、
0. 462和 0. 507 g cm -3 ,其气干密度属于国产木材
的中等级水平 (0. 551 ～ 0. 750 g cm -3)[ 4] 。
表 1　大叶栎木材物理性质及变异
Tab le 1　The w ood physical properties ofCa stanopsis fissa
试验项目 试件数 最小值 平均值 最大值 标准差 标准误差 变动系数 准确系数
气干密度 ρ12 /g cm - 3 150 0. 524 0. 583 0. 642 0. 034 1 0. 002 8 5. 849 0. 955
基本密度 ρbd /g cm -3 150 0. 410 0. 462 0. 493 0. 038 3 0. 003 1 8. 290 1. 342
全干密度 ρod /g cm - 3 150 0. 457 0. 507 0. 560 0. 036 9 0. 003 0 7. 278 1. 189
径向干缩系数 RShC /% 150 0. 071 0. 099 0. 163 0. 023 2 0. 001 9 23. 414 3. 824
弦向干缩系数 TShC /% 150 0. 132 0. 183 0. 269 0. 036 9 0. 003 0 20. 164 3. 293
体积干缩系数 VShC /% 150 0. 212 0. 296 0. 452 0. 061 3 0. 005 0 20. 709 3. 382
差异干缩(弦∶径) T∶R 150 1. 532 1. 789 1. 957 0. 165 4 0. 013 5 9. 245 1. 510
水容量 MMC /% 150 68. 74 78. 67 91. 41 6. 043 0 0. 493 4 7. 681 1. 254
径向湿胀率 RSwC /% 150 3. 121 4. 106 4. 747 0. 332 4 0. 027 1 8. 095 1. 322
弦向湿胀率 TSwC /% 150 7. 253 7. 958 8. 783 0. 396 2 0. 032 3 4. 979 0. 813
体积湿胀率 VSwC /% 150 10. 222 12. 627 13. 594 0. 861 1 0. 070 3 6. 820 1. 114
　　大叶栎木材基本密度随着树干高度的增加而表
现出不同程度的减小 ,并以树干中部木材的基本密
度较为稳定 (图 1)。以树干高度为自变量 (x),以
木材基本密度为因变量(y),进行曲线估计 [ 5] ,得
图 1　基本密度沿树干高度的变化
F ig. 1　Changes ofw ood b asic den sity
到两者之间的最佳线性关系:y =0. 486 7 - 0. 013
84x+0. 001 457x2 - 4. 844 3×10-5 x3(相关系数 r=
-0. 987 6 ,检验值 F =79. 23,相关性极显著 )。
大叶栎木材基本密度沿年轮的径向变异由表 2
看出 , 1 ～ 8轮 、9 ～ 14轮 、15 ～ 23轮的基本密度平均
值分别为 0. 429 8 g cm -3 、0. 466 8 g cm - 3和
0. 507 1 g cm - 3 ,即大叶栎木材基本密度的径向变
异趋势是由树干的髓心向边材逐渐增加 。
表 2　树干高度 1. 3 m处木材基本密度的径向变异
Tab le 2　Radial variation of wood basic density
at 1. 3 m trunk heigh t
年 轮 样木的基本密度 /g cm
- 3
1 2 3 4 5
平均值 /g
cm - 3
1 ～ 8 0. 4129 0. 4584 0. 4205 0. 4149 0. 4377 0. 4298
9 ～ 14 0. 4237 0. 5007 0. 4673 0. 4644 0. 4779 0. 4668
15 ～ 23 0. 5010 0. 5513 0. 5120 0. 4714 0. 5000 0. 5071
2. 1. 2　干缩和湿胀特性　由表 1看出 ,大叶栎木材
的径向 、弦向和体积干缩系数及其弦向干缩与径向
干缩的比值(差异干缩 )的平均值分别为 0. 099%、
0. 183%、0. 296%和 1. 789。与国产大多数阔叶树
116　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　西北林学院学报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　22卷
材的相比[ 4] ,大叶栎木材的干缩系数属较小等级 ,
其差异干缩则居中等级水平。
木材吸水的最大重量占绝干材重量的百分率称
为水容量[ 3] 。由表 1看出 ,大叶栎木材水容量的分
布范围为 68. 74% ～ 91. 41%,平均为 78. 67%;大叶
栎木材在饱水情况下的径向 、弦向和体积湿胀率平
均值分别为 4. 106%、7. 958%和 12. 627%(表 1),
均属于国产木材的中等偏下水平[ 4] ,反映大叶栎木
材的尺寸稳定性较好。
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 3看出 ,大叶栎木材的
抗弯弹性模量和顺纹抗压强度分别为 12. 63 GPa和
44. 50M Pa,属于国产木材的中等级水平 [ 4] ;其冲击
韧性为 52. 12 kJ m -2 ,比国产阔叶树材的平均值
(76. 40 kJ m - 2)低 ,而比国产针叶树人工林木材的
表 3　大叶栎木材力学性质及变异
Table 3　The w oodm echan ica l prop erties ofCa stanopsis fissa
试验项目
统计值 树干高度 /m
试件数
/n
平均值 标准差 变动系数 /%
准确系
数 /% 0. 0 ～ 1. 3 5. 3～ 7. 3 11. 3～ 13. 3
端面硬度 CH M/ Pa 150 41. 53 3. 297 7. 939 1. 296 41. 29 42. 43 40. 88
弦面硬度 TH M/ Pa 150 35. 51 3. 762 10. 341 1. 689 35. 97 35. 77 34. 79
径面硬度 RH M/ Pa 150 31. 41 4. 371 13. 916 2. 272 33. 30 31. 31 29. 63
冲击韧性 Toughness /kJ m -2 150 52. 12 4. 921 9. 442 1. 542 53. 41 54. 04 48. 92
弹性模量 EM /GPa 150 12. 63 0. 993 7. 862 1. 284 12. 47 13. 29 12. 13
抗弯强度 BS M/ Pa 150 127. 31 11. 891 9. 340 1. 525 125. 70 134. 61 121. 62
顺纹抗压强度 CS M/ Pa 150 44. 50 4. 022 9. 038 1. 476 44. 30 46. 01 43. 22
径面顺纹抗剪强度 RSS M/ Pa 150 8. 76 0. 798 9. 110 1. 488 9. 69 8. 66 7. 93
弦面顺纹抗剪强度 TSS M/ Pa 150 10. 54 0. 979 9. 288 1. 517 11. 48 10. 38 9. 76
径面顺纹抗劈强度 RCS /N mm - 1 150 124. 3 13. 676 11. 002 1. 797 139. 6 118. 9 114. 4
弦面顺纹抗劈强度 TCS /N mm - 1 150 138. 6 15. 622 11. 271 1. 841 148. 4 136. 7 130. 7
高 [ 6] ;其端面硬度 、径面硬度和弦面硬度分别为 41.
53M Pa、31. 41 MPa和 35. 51M Pa,三者之间的比值
为 1∶0. 76∶0. 86,以端面硬度最大 ,但仅为国产木
材平均值(49. 1 ～ 68. 6M Pa)[ 4]的 70%;其径面和弦
面顺纹抗剪强度分别为 8. 76M Pa和 10. 54MPa,抗
劈强度依次为 124. 3 N mm - 1和 138. 6 N mm -1 ,
属于国产木材的中等级水平[ 4] 。
值得关注的是 , 大叶栎木材的抗弯强度高达
127. 31M Pa,居国产木材的高强度水平 (120. 1 ～
170. 0 MPa),若对比其顺纹抗压强度 ,两者的比值
高达 2. 86,远大于国产大多数木材的比值 (2. 0左
右 )[ 4] 。这可能与其纤维形态特征有关 ,据笔者的
测定结果(将另文报道 ),该木材的纤维较长 、平均
值达 1 156. 2μm、其变化幅度较小 、仅为 1 098. 2 ～
1 224. 6μm ,且其长径比较大 (平均值达 46. 01)。
一般纤维越长和长径比越大 ,其抗撕裂强度就越
大 [ 7] 。因此 ,大叶栎木材抗弯强度表现出较高。
2. 2. 2　主要力学性质的变化规律　由表 3看出 ,大
叶栎木材抗弯弹性模量 、抗弯强度 、顺纹抗压强度 、
冲击韧性和端面硬度随树干高度的变化呈先增后减
的趋势 ,即以树干中部的木材较大 ,而树干基部和上
部的均较小;其径面硬度 、弦面硬度 、顺纹抗剪强度
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表示 [ 4] ,经计算得到
顺纹抗剪强度径面与弦面的差异百分数为 20.
32%,顺纹抗劈强度和硬度的差异百分数分别为
11. 50%和 13. 05%,可见大叶栎木材力学性质的各
向异性比较明显。
2. 3. 2　木材密度与各项强度之间的关系　由表 4
看出 ,大叶栎木材抗弯弹性模量 、抗弯强度 、端面硬
度 、顺纹抗剪强度和顺纹抗劈强度都有随着木材密
度的增加而增大的趋势 ,相关分析表明木材基本密
度与上述力学强度之间的相关性均达到显著或极显
著(相关系数 r分别为 0. 955、0. 871、0. 969、0. 927
和 0. 980);而木材基本密度与顺纹抗压强度和冲击
韧性之间的相关性不显著(相关系数 r分别为 0. 572
和 0. 663)。
3　结论
23年生大叶栎木材的气干密度 (含水率为
12%)、基本密度和全干密度分别为 0. 583 g
cm
-3 、0. 462 g cm -3和 0. 507 g cm -3 ,弦向干缩与
径向干缩的比值为 1. 5 ～ 1. 9,在饱水情况下的径
向 、弦向和体积湿胀率分别为 4. 106%、7. 958%和
117第 1期　　　　　　　　　　　　梁宏温 等　23年生大叶栎木材物理力学性质的初步研究　　　　　　　　　　　　　
12. 627%,其木材的尺寸稳定性较好。
表 4　样木的木材基本密度与各项强度
Tab le 4　W ood b asic den sity andm echan ical properties of specim en inCa stanopsis f issa
树号 基本密度
M/ Pa
抗弯强度
M/ Pa
弹性模量
/GPa
端面硬度
M/ Pa
顺纹抗压
强度 M/ Pa
冲击韧性
/kJ m - 2
径面顺纹抗
剪强度 M/ Pa
径面顺纹抗劈
强度 /N mm - 1
1 0. 460 5 122. 12 12. 33 42. 35 45. 35 54. 68 8. 77 124. 8
2 0. 476 4 125. 50 12. 98 43. 28 51. 25 51. 86 9. 26 129. 3
3 0. 422 7 106. 18 11. 86 35. 97 40. 27 47. 99 8. 02 103. 4
4 0. 478 6 152. 30 13. 07 44. 46 42. 56 52. 88 8. 82 131. 8
5 0. 470 1 130. 43 12. 90 41. 61 43. 12 53. 17 8. 93 132. 2
　　大叶栎木材的抗弯弹性模量 、抗弯强度 、顺纹抗
压强度和冲击韧性分别为 12. 63 GPa、127. 31M Pa、
44. 50MPa和 52. 12 kJ m - 2;其端面 、径面和弦面
硬度分别为 41. 53MPa、31. 41 MPa和 35. 51M Pa;
其径面和弦面顺纹抗剪强度分别为 8. 76 M Pa和
10. 54MPa,抗劈强度则依次为 124. 3 N mm -1和
138. 6 N mm - 1。
除冲击韧性和硬度较低外 ,大叶栎木材的主要
物理性质和力学强度指标居于国产阔叶树材的中等
级水平 ,可作为中档家具和一般建筑结构的实木利
用 。
参考文献:
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