全 文 ：山地农业生物学报 35(3):072～075，2016
Journal of Mountain Agriculture and Biology
毛红椿木材物理力学性质研究
叶忠华1，2* ，叶友章1，2，刘晓辉1，2，杨淑宝3
(1. 福建省林业科学研究院，福建 福州 350012;
2. 福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室，福建 福州 350012;
3. 福建省国有来舟林业试验场，福建 南平 353004)
摘 要:本文对 9年生、15年生、22年生的毛红椿木材物理力学性能进行测定，结果表明:树龄对毛红椿木材物理
力学性能影响显著，毛红椿幼龄材木材密度、力学强度均较低，随着树龄增加，密度、力学性能指标均有较大幅度
提高，体积干缩系数逐渐减小。毛红椿木材差异干缩均较大，弦向干缩比径向干缩差异显著，但体积湿胀率变化
不大。
关键词:毛红椿;物理性质;力学性质
中图分类号:S781. 3;S781. 2 文献标识码:A
文章编号:1008－0457(2016)03－0072－04 国际 DOI编码:10．15958 / j．cnki．sdnyswxb．2016. 03. 014
Analysis onPhysical and Mechanical Properties of ToonaciliataTimber
YE Zhong－hua1，2，YE You－zhang1，2，LIU Xiao－hui1，2，YANG Shu－bao3
(1． Fujian Academy of Forestry，Fuzhou，Fujian 350012，China;2． Fujian Provincial Key Lab of Forest Silviculture and
Forest Product Processing Utilization，Fuzhou ，Fujian 350012，China;3． The State owned Forestry Experiment Farm in
Laizhou，Nanping，Fujian 353004，China)
Abstract:The physical and mechanical properties of 9－year－old，15－year－old and 22－year－old of Toonaciliata wood
were measured in the present study． The results showed that the trees ages had significant effect on the timber physical
and mechanical properties of Toonaciliata． Juvenile wood characterized in lower density and mechanical strength． These
two indicators remarkably increased with the increment of age，while volume shrinkage coefficients decreased gradually
with age． The wood shrinkage ratio demonstrated higher differences in Toonaciliata，and tangential shrinkage was more
significant than radial shrinkage，but swelling ratio showed little changed．
Key words:Toona ciliata Toonaciliata;Physical properties;Mechanical properties
毛红椿(Toona ciliate var. pubescens)为楝科
香椿属红椿的变种，是南方地区珍贵的速生乡土用
材树种，其心材红色，素有“中国的桃花心木”之美
称，毛红椿树干通直圆满，生长较迅速，也是我国第
一批二级保护的珍贵阔叶树种［1］。作为南方地区
珍贵的速生乡土用材树种，因其速生性好、适应性
强，是很好的造林树种，在山区造林有很大潜力。
福建省国有来舟林业试验场对毛红椿进行扦插育
苗试验［2］，并进行了多年造林培育。目前国内对毛
红椿育苗、资源保护和培育方面作了较多研究［3－5］，
但有关毛红椿木材材性方面的研究尚未见报道，本
文通过对毛红椿木材物理力学性能的研究，为毛红
椿人工林培育及木材的加工利用提供技术参数，具
有实际应用价值。
收稿日期:2016－01－17;修回日期:2016－03－19
基金项目:福建省省属公益类科研院所科研项目“毛红椿木材加工特性及其复合材技术研究”(闽林研 201338)。
* 通讯作者:叶忠华(1969－)，男，福建永泰人，硕士，教授级高工，主要从事木材科学与技术、人造板工艺技术研究;E－mail:793227098@
qq. com。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
试验材料采集地位于福建省国有来舟林业试
验场，地处南平市延平区，土壤类型为山地红壤，土
层较厚。在 3 块不同造林时间的样地上采集毛红
椿木材，试材采集方法按照国家标准 GB /T1927－
2009《木材物理力学试材采集方法》进行，在样地内
进行每木检尺，测定胸径和树高，选取平均木作为
样木进行采集，每一样地内分别选伐样木 3 株，采
集木具体情况见表 1。
表 1 毛红椿采集木情况
Tab．1 Basic parameters of Toonaciliata
树龄(a) 造林时间
采集样
木数量
平均胸径
(cm)
平均树高
(m)
9 2005年 3 20. 5 17. 5
15 1999年 3 27. 5 20. 2
22 1992年 3 28. 6 21. 5
1. 2 试验方法
自胸高以上截取 2 m长的木段作为试材，运回
实验室。按照 GB /T1929－2009《木材物理力学试材
锯解及试样截取方法》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》加工成
试验用的无瑕疵试样。依据国家标准 GB /T1928－
2009《木材物理力学试验方法总则》进行各项物理
力学性能测定。各项力学强度指标在全数字电子
万能材料试验机和摆锤式冲击试验机上测定，测定
的有效样本数为 32个。
2 结果与分析
2. 1 不同树龄毛红椿木材物理性质
根据试验数据，计算出不同树龄毛红椿木材密
度、干缩、湿胀性指标均值和变异统计数据(见表
2、表 3)。
2. 1. 1 密度
木材密度是木材单一性质中的最重要指标，对
木材的力学性能等用材指标有重要影响，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［6］。根据《木材材性分级规定》，表 2 数据表明，
毛红椿木材密度属于“轻”一级，树龄对毛红椿木材
密度影响较大，树龄增长毛红椿木材密度也增大，
15年生、22年生木材密度分别比 9 年生高 16. 0%、
35. 4%，这是由于早期毛红椿木材生长迅速，晚材
率较低，而随着树龄增长，毛红椿木材晚材率提高，
木材密度也随之增长。22 年生毛红椿木材气干密
度与杉木、福建柏相当［7］，说明树龄 20 年以上毛红
椿木材用于加工利用较适宜。
表 2 不同树龄毛红椿木材密度
Tab．2 DensityofToonaciliata timbers in different tree ages
树龄(a) 统计参数 气干密度(g /cm3) 全干密度(g /cm3)
9
X
－ 0. 263 0. 246
S 0. 020 0. 019
St 0. 004 0. 004
V 7. 740 7. 840
P 1. 463 1. 482
15
X
－ 0. 313 0. 294
S 0. 016 0. 015
St 0. 003 0. 003
V 5. 250 4. 946
P 0. 959 0. 903
22
X
－ 0. 407 0. 381
S 0. 023 0. 022
St 0. 005 0. 004
V 5. 739 5. 716
P 1. 148 1. 143
2. 1. 2 干缩性
在木材利用上，木材的干缩主要引起木材尺寸
上的变化，导致加工好的构件变形开裂，因此，木材
干缩性是衡量木材优劣的重要指标之一［6］。干缩系
数是指吸着水每变化 1%时木材的干缩率变化值，它
是衡量木材干缩特性的一项重要指标，以干缩系数
指标计算确定出木材加工过程中板材尺寸和湿单板
剪切时应留出的干缩余量［8］。根据《木材材性分级
规定》，体积干缩系数可分为 5 个等级。从表 3 可
见，毛红椿木材体积干缩系数均小于 0. 45%，木材干
缩性属于“小”，随着树龄增长，木材干缩系数逐渐降
低，15年生和 22年生毛红椿木材体积干缩系数差异
不显著，9年生毛红椿木材体积干缩系数较显著，表
明树龄较低的毛红椿木材收缩程度较大。从差异干
缩来看，3种树龄的毛红椿木材差异干缩均较大，弦
向干缩大于径向干缩，说明其木材各方向的干缩不
均匀，其原因有待进一步深入研究。
2. 1. 3 湿胀性
木材湿胀性反映了木材吸水后的尺寸变化，从
表 3可以看出，3种树龄毛红椿木材吸湿后体积湿
胀率分别为 19. 6%、19. 7%、19. 2%，差异湿胀分别
37第 3期 叶忠华，等:毛红椿木材物理力学性质研究
为 3. 40、3. 32、3. 70，吸水后尺寸变化显著，在加工
利用时应充分考虑湿胀性对产品尺寸的影响。
2. 2 不同树龄毛红椿木材力学性质
木材力学性质是木材抵抗外力改变大小和形
状的能力，即木材适应外力作用的能力。根据试验
数据，计算出不同树龄毛红椿木材各种力学性质指
标均值和变异统计数据(见表 4)。
表 3 不同树龄毛红椿木材干缩湿胀性
Tab．3 Hygroexpansion of Toonaciliata timbers in different tree ages
树龄
(a)
统计
参数
全干干缩率(%) 气干干缩率(%)
弦向 径向 体积 弦向 径向 体积
差异
干缩
体积
干缩
系数
(%)
湿胀性(%)
气干时 吸水后
弦向 径向 体积 弦向 径向 体积
9
X
－ 11. 9 3. 9 16. 3 9. 2 2. 6 12. 4 3. 54 0. 428 3. 1 1. 3 4. 7 13. 6 4. 0 19. 6
S 1. 119 0. 926 1. 681 1. 112 0. 823 1. 576 0. 482 0. 401 1. 095 1. 437 1. 010 2. 396
St 0. 211 0. 175 0. 318 0. 210 0. 156 0. 298 0. 091 0. 076 0. 207 0. 272 0. 191 0. 453
V 9. 380 23. 991 10. 291 12. 052 31. 622 12. 727 15. 705 30. 587 23. 179 10. 595 25. 088 12. 247
P 1. 773 4. 534 1. 945 2. 278 5. 976 2. 405 2. 968 5. 780 4. 380 2. 002 4. 741 2. 314
15
X
－ 12. 0 4. 0 16. 4 9. 2 2. 5 12. 1 3. 68 0. 399 3. 1 1. 5 5. 1 13. 6 4. 1 19. 7
S 1. 221 0. 688 1. 737 1. 020 0. 583 1. 425 0. 532 0. 332 0. 880 1. 581 0. 745 2. 478
St 0. 223 0. 126 0. 317 0. 186 0. 107 0. 260 0. 097 0. 061 0. 161 0. 289 0. 136 0. 452
V 10. 204 17. 287 10. 586 11. 081 23. 190 11. 750 16. 897 21. 794 17. 135 11. 611 17. 964 12. 587
P 1. 863 3. 156 1. 933 2. 023 4. 234 2. 145 3. 085 3. 979 3. 128 2. 120 3. 280 2. 298
22
X
－ 12. 0 3. 6 16. 1 9. 3 2. 3 12. 1 4. 04 0. 394 3. 1 1. 3 4. 8 13. 7 3. 7 19. 2
S 1. 367 0. 652 1. 313 1. 285 0. 677 1. 352 0. 273 0. 238 0. 530 1. 789 0. 704 1. 878
St 0. 273 0. 130 0. 263 0. 257 0. 135 0. 270 0. 055 0. 048 0. 106 0. 358 0. 141 0. 376
V 11. 363 18. 207 8. 145 13. 801 29. 324 11. 165 8. 827 18. 004 11. 089 13. 052 18. 939 9. 757
P 2. 273 3. 641 1. 629 2. 760 5. 865 2. 233 1. 765 3. 601 2. 218 2. 610 3. 788 1. 951
2. 2. 1 顺纹抗压强度
木材的顺纹抗压强度体现了木材沿纹理方向
承受压力荷载的最大能力［6］，在木材作为结构和建
筑材料中是至关重要的力学性质，用于建筑材的榫
结合等用途要求顺纹抗压强度要较大。3种树龄的
毛红椿木材顺纹抗压强度分别为 21. 3 MPa、27. 3
MPa、32. 8 MPa，抗压强度上属于“低”，树龄增长对
顺纹抗压强度影响明显，15 年生、22 年生木材抗压
强度分别比 9年生高 28. 2%、54. 0%。
2. 2. 2 抗弯强度和弹性模量
木材的抗弯强度和抗弯弹性模量体现了木材
承受静力弯曲荷载的最大能力［6］，3 种树龄的毛红
椿木材抗弯强度分别为 34. 6 MPa、50. 1 MPa、64. 0
MPa，弹性模量分别为 4017. 2 MPa、5711. 7 MPa、
6504. 4 MPa，树龄增长对抗弯强度和弹性模量影响
明显，15年生、22年生木材抗弯强度分别比 9 年生
高 44. 8%、85. 0%，15 年生、22 年生木材弹性模量
分别比 9 年生高 42. 2%、61. 9%，22 年生毛红椿木
材抗弯强度和弹性模量低于同龄杉木、福建柏［7］。
2. 2. 3 顺纹抗拉强度
顺纹抗拉强度体现了木材沿纹理方向承受拉
力荷载的最大能力，3 种树龄的毛红椿木材顺纹抗
拉强度分别为 46. 9 MPa、66. 2 MPa、84. 3MPa，树龄
增长对顺纹抗拉强度影响明显，15 年生、22 年生木
材抗拉强度分别比 9 年生高 41. 2%、79. 7%，抗拉
强度与同龄杉木、福建柏木材接近［7］。
2. 3. 4 冲击韧性
冲击韧性是检验木材的韧性或脆性的指标，常
用于评定车辆和建筑结构用材的品质依据［6］。3
种树龄的毛红椿木材冲击韧性分别为 27 kj /m2、41
kj /m2、58 kj /m2，根据《木材材性分级规定》分级标
准属于“中等”，15 年生、22 年生木材冲击韧性分
别比 9年生高 51. 9%、114. 8%。
2. 3. 5 硬度
木材硬度是指木材抵抗其他刚体压入的能
力［6］。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。15 年生木材端面硬度、
弦面硬度、径面硬度分别比 9 年生高 39. 2%、
36. 4%、54. 1%，22 年生木材端面硬度、弦面硬度、
径面硬度分别比 9 年生高 84. 1%、120. 8%、
131. 6%，毛红椿幼龄材硬度过小，22 年生毛红椿木
材硬度与同龄杉木、福建柏木材接近［7］。
47 山地农业生物学报 2016年
2. 3. 6 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［6］。根据《木材材性
分级规定》可知，毛红椿木材综合强度属于“低”一
级，说明了毛红椿木材只适合用作一些强度要求不
太高的结构构件。
表 4 不同树龄毛红椿木材力学性能
Tab．4 Mechanical propertiesof Toonaciliata timbers indifferent tree ages
树龄(a)
统计
参数
顺纹抗压强度
(MPa)
抗弯强度
(MPa)
弹性模量
(MPa)
顺纹抗拉
强度(MPa)
冲击韧性
(kj /m2)
硬度(N)
端面 弦面 径面
9
X
－ 21. 3 34. 6 4017. 2 46. 9 27 1826. 9 943. 0 761. 4
S 2. 5 4. 8 452. 5 9. 9 6. 5 240. 3 276. 7 137. 0
St 0. 5 0. 9 82. 6 2. 0 1. 2 42. 5 48. 9 24. 2
V 11. 9 13. 8 11. 3 21. 0 24. 5 13. 2 29. 3 18. 0
P 2. 2 2. 5 2. 1 4. 2 4. 5 2. 3 5. 2 3. 2
15
X
－ 27. 3 50. 1 5711. 7 66. 2 41．0 2543. 2 1285. 9 1173. 4
S 2. 2 5. 4 512. 6 15. 3 11. 0 297. 3 234. 4 196. 0
St 0. 4 1. 0 93. 6 3. 1 2. 2 54. 3 42. 8 35. 8
V 8. 2 10. 9 9. 0 23. 1 26. 9 11. 7 18. 2 16. 7
P 1. 5 2. 0 1. 6 4. 7 5. 4 2. 1 3. 3 3. 0
22
X
－ 32. 8 64. 0 6504. 4 84. 3 58．0 3363. 8 2081. 7 1763. 0
S 3. 2 6. 2 600. 8 11. 9 12. 3 461. 8 388. 8 427. 3
St 0. 6 1. 1 109. 7 2. 4 2. 4 92. 4 77. 8 85. 5
V 9. 8 9. 7 9. 2 14. 1 21. 2 13. 7 18. 7 24. 2
P 1. 8 1. 8 1. 7 2. 8 4. 2 2. 7 3. 7 4. 8
3 结论与讨论
(1)对不同造树龄毛红椿木材材性的测定和比
较分析表明，树龄对毛红椿木材密度影响较大，树
龄增加毛红椿木材密度也增大，幼龄材密度较小，
15年生、22年生木材密度分别比 9 年生高 16. 0%、
35. 4%。
(2)毛红椿木材干缩性属于“小”，随着树龄增
长，木材干缩系数逐渐降低，树龄较低的毛红椿木
材收缩程度较大。毛红椿木材差异干缩均较大，弦
向干缩比径向干缩差异显著。毛红椿木材吸湿后
尺寸变化显著，在加工利用时应充分考虑湿胀性对
产品尺寸的影响。
(3)毛红椿木材各项力学性能指标中除了冲击
韧性属于“中等”以外，其他力学指标和综合强度均
属于“低”一级，树龄对毛红椿木材各项力学性能影
响显著，木材综合强度属于“低”一级，幼龄材各项
力学性能指标较低，说明了毛红椿木材只适合用作
一些强度要求不太高的非结构构件。
参考文献
［1］ 付方林，张 露，杨清培，等 . 毛红椿天然林优势种群的种间联接性研究［J］. 江西农业大学学报，2007，29(6):982－
986.
［2］ 张纪卯，康木水，连书钗 . 毛红椿扦插育苗试验［J］. 西南林学院学报，2008，28(6):57－60.
［3］ 戴慈荣，郑卫华，乔卫阳，等 . 毛红椿育苗和造林技术［J］. 华东森林经理，2010，24(1):25－27.
［4］ 黄红兰，梁跃龙，张 露 . 毛红椿资源保护和培育的研究现状和对策［J］. 林业科技开发，2010，24(1):10－14.
［5］ 邹高顺 . 珍贵速生树种红椿与毛红椿引种栽培研究［J］. 福建林学院学报，1994，14(3):271－276.
［6］ 黄腾华，符韵林，李 宁 . 擎天树木材物理力学性质研究［J］. 西北林学院学报，2013，28(5):160－163.
［7］ 肖祥希，杨宗武，叶忠华，等 . 福建柏与杉木、马尾松人工林木材材性比较分析［J］. 林业科技开发，2000(2):3－5.
［8］ 许彩娟，符韵林，孙 静 . 顶果木人工林木材物理力学性质［J］. 东北林业大学学报，2014，42(8):86－89.
［9］ 中国林科院木材工业研究所 . 中国主要树种的木材物理力学性质［M］. 北京:中国林业出版社，1982.
［10］ 尹思慈 . 木材品质与缺陷［M］. 北京:中国林业出版社，1991.
57第 3期 叶忠华，等:毛红椿木材物理力学性质研究