全 文 ：文章编号:1001-9499 (2005)04-0046-02
凹叶厚朴木材材性和弯曲应用研究
叶友章　吴开金
(福建省林业科学研究院 , 福州　350012)
摘要:对凹叶厚朴木材的材性研究表明:木材抗弯强度高 , 与阔叶树比较纤维长宽比大。弯曲应用研究结果表
明:凹叶厚朴是很好的弯曲树种 , 弯曲性能 h/ r可达到 1/3 ～ 1/4。
关键词:凹叶厚朴;材性;弯曲
中图分类号:S 781.21　　　　文献标识码:A
　　凹叶厚朴 (Magnolia officinalis spp.biloba)是
我国特有的木兰科药 、 材两用经济林阔叶树种 ,
为国家三级濒危植物 , 主要分布于陕西 、 湖北 、
四川 、 福建等省区 , 在福建省浦城县 、 大田县等
西北部地区有栽培 。凹叶厚朴树干通直 , 材质轻
韧 , 纹理细密且少开裂 , 可用于生产家具 、 工艺
品等。为了提高其实木部分的应用价值 , 本文对
凹叶厚朴的理化性能进行了研究 , 并根据其木材
抗弯强度高 、 纹理细密的特点 , 对其进行了实木
弯曲应用的研究 。
1　材料和方法
1.1　材　料
凹叶厚朴木材取自福建省大田桃源国有林场
的试验林 , 该林地地处戴云山西侧的闽中低山带 ,
种植密度1 505株/hm2 , 林分年龄为 30 年 , 海拔
585 ～ 625m , 坡度 24°, 土壤主要为红壤 、 黄
壤[ 1] 。理化性能样木的采集按照 GB1927-91 《木
材物理力学试材采集方法》 规定 , 将样木锯解成
试件毛坯 , 毛坯干燥采用通风气干方式进行 , 试
件制作按各标准规定进行。实木弯曲试件截取规
格 (长×宽×厚)为 400 mm×80mm×35mm , 试
件经干燥后含水率在 15%～ 18%之间。
1.2　试验方法
1.2.1　理化性能试验
物理力学性能试验方法按照 GB1931 ～ 1941-
1991所规定的具体试验方法进行 , 化学成分分析
按照GB/T2677.5-93 、 GB/T2677.6-94 、 GB10336
-89标准规定进行。
1.2.2　实木弯曲成型试验
木材弯曲成型工艺流程为:毛料加工※软化
处理※弯曲※干燥定型。
加压弯曲在自制的曲木机上进行 (见图)。木
材软化前应将毛料进行加工 , 主要是将宽度方向
的一面进行刨光处理 , 以便金属夹板能与弯曲毛
料紧密贴合 , 减少拉伸面纤维断裂。木材软化处
理是在蒸汽罐中进行 , 采用饱和过热蒸汽直接喷
蒸方式 , 喷蒸过程应均匀进行。曲木机上的样模
铁块在弯曲前应放在马福炉中加热至规定温度后
使用;安装木材时调整螺栓应旋紧;木材弯曲后
用卡子固定 , 然后把弯曲毛料和金属夹板一起取
下 , 送入干燥室进行干燥定型 。
曲木机结构示意图
2　结果与分析
2.1　木材物理力学 、化学性质
对凹叶厚朴木材物理性质的检测结果显示 ,
干缩率为:弦向全干 6.6%, 气干 3.8%;径向全
干 5.0%, 气干 2.9%;体积全干 12.6%, 气干
7.4%。密度为:全干0.530 g/cm3 , 气干 (12%)
第 30卷　第4期 林　业　科　技 Vol.30　No.4
2 0 0 5 年 7 月 FORESTRY SCIENCE &TECHNOLOGY July 　 20 05
0.558 g/cm3 。湿胀性:弦向气干 3.0%, 吸水后
7.1%;径向气干2.5%, 吸水后 5.5%;体积气干
5.9%, 吸水后 14.5%。顺纹抗压强度 (12%, 下
同)44.1 MPa , 抗弯强度 153.3 MPa , 抗弯弹性模
量9 985MPa , 顺纹抗拉强度 140.3MPa , 硬度 (端
面)5 242N。化学成分分析结果为:NaOH抽出物
14.7%, 苯醇抽出物 1.60%, 纤维素 47.56%, 纤
维长度 1.37mm , 纤维宽度 28.38μm , 长宽比
48.27。
从检测结果看 , 凹叶厚朴属于中等密度的阔
叶树材 , 抗弯强度范围较大 , 再加上凹叶厚朴木
材本身纹理细腻 , 材质均匀 , 这些都为凹叶厚朴
木材弯曲加工提供了良好条件 。另外 , 从纤维特
性上看 , 在阔叶树中属于长纤维材 , 作为造纸原
料要求其长宽比>30 , 且越大越好 , 因此 , 凹叶
厚朴纤维应是较好的造纸原料 , 而且其纤维素含
量属于较高水平 , 有利于提高纸浆得率 。
2.2　木材弯曲性能及其影响因素
木材弯曲性能通常用木材厚度 h与弯曲半径 r
的比值 h/ r 表示。一定厚度的木材能弯曲的半径
越小 , 则说明其弯曲性能越好 , 弯曲性能 h/ r =
(ε1+ε2)/ (1-ε2), 其中ε1、 ε2 分别为该种木材
的拉伸和压缩允许应变值。我们所使用的曲木机
原理就是利用木材的拉伸应变值在软化前后变化
不大 (1%～ 2%), 压缩应变值则可以从 5%提高
到30%[ 2] 。使用钢带绷紧木材进行弯曲 , 即可使
中性层转移到拉伸区 , 让拉伸应变值变得尽可能
小 , 而压缩应变值却变大 , 这样就可达到较大的
弯曲性能 。木材的弯曲性能主要与木材结构特性 、
软化工艺有关。
2.2.1　软化工艺对弯曲性能的影响
木材软化处理采取饱和过热蒸汽喷蒸方式 ,
其主要技术参数是温度 、 时间和含水率。软化温
度是由木材成分的玻璃化转变温度决定的 , 本研
究对凹叶厚朴木材使用 110℃～ 130℃饱和蒸汽进
行喷蒸软化试验 , 理论依据是木素 、 半纤维素一
经达到其玻璃化转变温度 (77 ～ 128℃, 54 ～
142℃), 其弹性模量就会迅速下降 , 木材即被软
化 , 纤维素分子间的相互移动也变得易于发生。
试验结果表明:在温度 120℃时 , 凹叶厚朴的弯曲
性能最好 。
软化时间和含水率决定了木材的软化程度。
软化时间过短 , 木材内部温度达不到要求 , 容易
使拉伸面发生断裂 , 产生废品。软化时间过长 ,
由于饱和水蒸汽的作用 , 使木材的含水率过高 ,
会大大降低木纤维的受压稳定性;同时由于水分
太多 , 弯曲时木材内部会发生水分挤压破坏 , 降
低木材的成品率 。针对 35mm厚的凹叶厚朴木材 ,
在 120℃饱和蒸汽作用条件下 , 我们对木材进行了
120 、 100 、 80min的软化处理 , 结果表明:100 min
时质量最好 , 成品率最高 , 此时对应的含水率在
30%～ 35%之间。
2.2.2　其他影响弯曲质量的因素
曲木机上的样模铁块在弯曲前应先放在马福炉
中加热至一定温度后使用。这是因为木材从蒸汽罐
到装上曲木机需要一小段时间 , 使得木材表面会产
生骤冷 , 以致塑性降低 , 不利于弯曲成型。生产实
践表明:样模的加热温度应在 220℃左右比较合适。
另外 , 为了改善木材弯曲性能 , 曲木机上的调整螺
栓在弯曲前应压紧木头 , 尽量使木头在纵向先压缩
2 ～ 3mm , 这样可使弯曲木的凸面纤维在弯曲时不
容易断裂 , 提高弯曲的质量。
由于凹叶厚朴木材材质比较均匀 , 因此年轮
方向对弯曲质量的影响不是非常明显 , 这一点比
起枫香木材要好很多[ 3] 。
通过以上的加压弯曲 , 凹叶厚朴的弯曲性能
可达到 1/3 ～ 1/4 , 可以满足高级弯曲木的要求。
当然 , 在实际生产过程中 , 由于各种因素的影响 ,
仍然会有 7%的废品率。
3　结　论
3.1　从凹叶厚朴木材材性检测结果看 , 凹叶厚朴
木材具有较大的抗弯强度;同时 , 在阔叶树材中
属于长纤维材 , 因此适合生产弯曲零部件和作为
造纸原料 。
3.2　凹叶厚朴木材通过 120℃过热饱和蒸汽处理
100min后 , 经适当的加压弯曲 , 弯曲性能可达到
1/3 ～ 1/4 , 可以满足高级弯曲木的要求。
参　考　文　献
[ 1] 　林照授 , 涂育合 , 叶功富.凹叶厚朴人工林材性的研究
[ J] .西南林学院学报 , 2002, 22 (3):60～ 62
[ 2] 　张彬渊.木材弯曲成型技术 [ J] .家具, 1992 (2):65～ 66
[ 3] 　叶友章 , 刘晓辉.枫香木材弯曲成型技术研究 [ J] .林业
科技开发 , 2004 , 18 (3):33～ 34
第 1作者简介:叶友章 (1964-), 男 , 福建省林科
院高级工程师 , 主要从事木材改性和应用研究。
收稿日期:2005-04-16
4 7第 4期 叶友章等:凹叶厚朴木材材性和弯曲应用研究