上海代写皇冠比分平台8网专业提供代写毕业皇冠比分平台8、代写本科皇冠比分平台8服务

相关文章推荐

联系方式
火力楠木材的物理力学性质探析
发布时间:2020-01-14

  摘    要: 为掌握火力楠人工林木材的性质, 为其木材利用提供科学指导, 对火力楠人工林木材的主要物理力学性能指标进行了测定分析。结果表明, 火力楠人工林木材的基本密度、气干密度以及全干密度平均分别为0.531、0.641g·cm-3和0.596g·cm-3, 弦向、径向和体积气干干缩率平均分别为3.9%、2.7%和6.5%, 对应的干缩系数平均分别为0.346%、0.239%和0.576%, 差异干缩为1.444, 属密度适中、干缩性小的一类木材;木材端面、弦面和径面硬度平均分别为5 989、4 847N和4 829N, 抗弯强度、弹性模量、顺纹抗压以及冲击韧性平均分别为117.2MPa (3级) , 10.61GPa (3级) 、57.8MPa (3级) 和55kJ·m-2 (2级) , 综合强度达175 MPa, 综合品质系数达3 295.7×105 Pa, 属高等级材。

  关键词: 火力楠; 人工林木材; 物理性质; 力学性质;

  Abstract: In order to master the properties of Michelia macclurei plantation wood and to provide scientific guidance for its utilization, the main physical mechanical properties of the wood were studied.The results showed that the M.macclurei plantation wood belonged to medium density grade and the oven-dried shrinkage coefficient was in small category.The basic, air dried, and and oven dried densities were 0.531, 0.641, and 0.596 g·cm-3, respectively.Tangential, radial and volume shrinkage ratios of air dried sample were 3.9%, 2.7%, and 6.5% with shrinkage coefficients of 0.346%, 0.239% and 0.576%, respectively, and the difference of oven-dried shrinkage was 1.444.The values of hardness on cross, tangential and radial surfaces were 5 989, 4 847, and 4 829 Nrespectively.The values of bending strength, modulus of elasticity, compression strength parallel to grain and impact toughness were 117.2 MPa (level 3) , 10.61 GPa (level3) , 57.8 MPa (level 3) , and 55 KJ/m2 (level 2) , respectively.The comprehensive strength was 175 MPa.The comprehensive quality coefficient of the wood was 3 295.7×105 Pa, belonging to high-grade wood.

  Keyword: Michelia macclurei; plantation wood; wood physical property; wood mechanical property;

  火力楠(Michelia macclurei),木兰科含笑属常绿乔木,自然生长于我国云南和贵州的东南部、湖南和广西的南部、广东以及越南北部等地海拔500~600m的山谷,是南亚热带以及我国南方重要的乡土树种[2,3]。火力楠树干通直,树形美观,树体高大,20年生火力楠人工林平均胸径达16.56cm,树高可达14.79m[1],具有较高的种植推广价值。自20世纪80年代以来,我国林业科技工作者从遗传育种[4]、生物学特性[5]、生理生态[6,7,8,9]、生长规律[10]、混交林生长特性[11,12]等方面对火力楠展开了研究,对火力楠的森林培育和种植推广起到了极大的促进作用。但多年来对火力楠人工林木材材性及加工利用方面的研究屈指可数,对其物理力学性质等的研究尚未见报道。物理力学性质是木材的基础材性指标,对指导木材,特别是人工林木材的合理利用具有重要的参考价值。本研究对火力楠木材的物理力学性质展开研究,以获得火力楠人工林木材材性的基础数据,为火力楠人工林木材的加工利用提供科学依据。
 

火力楠木材的物理力学性质探析
 

  1、 材料与方法

  1.1、 材料

  试验所用火力楠人工林木材采自广西壮族自治区玉林林科所,树龄32a,按照国家标准GB/T 1927-2009《木材物理力学试材采集方法》[13]中规定的方法进行试材采集。具体做法是在林分内分别选取生长正常、具代表性的样木6株,分别编号,测量胸径和标记北向,伐倒后测量枝下高与全树高,在树干高度的0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3、11.3m等处各锯取厚度为5cm的圆盘,用保鲜膜包裹严实,防止水分丧失,用来测定生材含水率、生材密度等材性指标。另在树干高度的1.3~3.3、5.3~7.3 m和9.3~11.3m各锯取2m长的标准木段,在木段端头分别标记树段高度及北向,带回实验室放置气干,用以测定火力楠人工林木材的主要物理力学性质,所采试材的基本情况见表1。

  表1 火力楠试材的基本情况
表1 火力楠试材的基本情况

  1.2、 测定方法

  物理性质主要测定木材的基本密度、气干密度、全干密度、干缩性和吸水性;力学性质主要测定木材的硬度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和冲击韧性。各项物理力学性质指标的测定过程,包括试样的处理、测定条件设定、测定步骤、强度计算等依据国家标准GB/T 1932~1942-2009《木材物理力学试验方法》[14]进行。各项物理力学指标测定所用试样的制作加工参照国家标准GB/T 1929-2009《木材物理力学试件锯解及试样截取方法》[15]进行。

  2、 结果与分析

  2.1、 木材物理性质

  2.1.1、 木材密度

  密度是一项重要的木材物理性质指标,通过其大小可以大致判断木材力学性能的优劣。根据计算方法的不同,可将木材密度分为基本密度、气干密度和全干密度3种,根据气干密度的大小将木材划分为很轻(<0.350g·cm-3)、轻(0.351~0.550g·cm-3)、中(0.551~0.750g·cm-3)、重(0.751~0.950g·cm-3)、很重(>0.951g·cm-3) 5个等级[16]。从表2来看,火力楠人工林木材的基本密度、气干密度和全干密度平均值分别为0.531、0.641g·cm-3和0.596g·cm-3,气干密度达到了中等密度水平,理论上具有较高的力学强度(表2)。

  2.1.2、 干缩湿胀性

  干缩湿胀是木材的固有性质,对木材的尺寸稳定性有重要影响。差异干缩是评价木材干缩性质的一项重要指标。差异干缩大,干燥时木材沿弦向和径向的干缩不均匀,易发生翘曲和开裂,影响木材制品的加工和使用;差异干缩小,不同方向的干缩比较均匀,干燥应力小,木材抗变形开裂的能力强,尺寸稳定性好。根据差异干缩的大小,可以将木材发生开裂的难易程度分为很小(<1.2)、小(1.21~1.60)、中(1.61~2.10)、大(2.11~2.6)、很大(>2.61) 5个不同的等级[15]。由表2可以看出,火力楠人工林木材的全干差异干缩为1.367,气干差异干缩为1.444,差异干缩处于第2等级,属于小,相对来说不太容易引起开裂和变形,但干燥时也要注意控制干燥速度,以免产生严重的干燥缺陷。干缩系数是评价木材干缩性质的另一项重要指标,是木材加工过程中确定加工余量的重要依据。根据体积干缩系数的大小可以将木材干缩性分成甚低(<0.300%)、低(0.301%~0.400%)、中(0.401%~0.500%)、高(0.501%~0.600%)、甚高(>0.601%) 5个等级[15]。火力楠人工林木材的体积全干干缩系数为0.732%,体积气干干缩系数为0.576%,处于第4~5级水平,干缩系数高至甚高,加工中应注意预留足够的加工余量。湿胀与干缩相反,是木材吸收水分引起体积膨胀的过程,常以湿胀率进行评价,是木材尺寸稳定性的另一个重要影响因素。不论是从全干到气干,还是从全干到饱水状态,火力楠人工林木材的弦向、径向和体积湿胀率均略高于由生材到气干以及由生材到全干状态木材内水分散失所引起的弦向、径向和体积干缩率,但差别并不是特别明显,表明火力楠人工林木材具有相对较好的尺寸稳定性(表2)。

  表2 火力楠人工林木材的主要物理性质
表2 火力楠人工林木材的主要物理性质

  2.1.3、 木材吸水性

  不同浸泡时间下火力楠人工林木材的吸水性见表3。从吸水性的变化来看,火力楠人工林木材在浸水后的前2d内吸收水分增加比较快,浸泡1d时吸收了相当于绝干重量58%的水分,2d时增至71%, 2d后木材吸水率增加的速度变化缓慢,30d后基本上达到最大吸水率。浸泡30d的吸水率为112%, 40d的吸水率为113%。从最大吸水率和吸水至稳定所需的时间可以看出火力楠人工林木材的耐湿性较好。

  2.2、 木材力学性质

  火力楠人工林木材的力学性质见表4。从木材硬度来看,火力楠人工林木材的端面硬度、弦面硬度和径面硬度分别为5 989、4 847N和4 829N,属于中等硬度木材(3 930~6 370N) [17],三者的比例为1∶0.809∶0.806,端面与弦面和径面的硬度差别较大,而弦面与径面的硬度相差较小,说明火力楠人工林木材侧面抵抗刚性体压入的能力相当。从冲击韧性来看,火力楠人工林木材的冲击韧性为55kJ·m-2,处于第2级(25.1~85.0kJ·m-2) [16],冲击韧性小。火力楠人工林木材的其他力学性质,如抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度分别为117.2MPa、10.61GPa和57.8MPa,根据分级标准,其对应的强度等级分别属于3级(90.1~120.0MPa)、3级(10.6~13.5Gpa)和3级(45.1~60.0MPa) [15],达到中等强度水平。

  表3 火力楠人工林木材的吸水性
表3 火力楠人工林木材的吸水性

  通常将抗弯强度和顺纹抗压强度之和称为木材的综合强度,用以评价木材作为承重构件的性能优劣。从表4的测试结果来看,火力楠人工林木材的抗弯强度为117.2 MPa,顺纹抗压强度57.8 MPa,木材综合强度为175 MPa,属综合强度很高的树种(>166.6MPa) [18]。在一些特殊的应用场合,如制造飞机、桥梁以及高层建筑等,除了要求木材具有较高的力学强度外,还要求木材自身的重量轻,以减少整体结构的重量,确保结构的安全和稳定,这就需要根据木材的强重比来选择适用的木材。木材的强重比也称木材品质系数,指的是某项力学强度极限与基本密度的比值。顺压品质系数和静曲品质系数是木材品质系数中最为重要的两项指标,通常取两者之和作为木材的综合品质系数来对木材品质进行综合评价。根据综合品质系数的大小可以将木材分为低等级材(<1 960×105 Pa)、中等级材(1 961×105~2 156×105 Pa)和高等级材(>2 156×105 Pa)三大类[17]。火力楠人工林木材的顺压品质系数为1 088.5×105 Pa,静曲品质系数为2 207.2×105 Pa,综合品质系数达到了3 295.7×105 Pa,属于高等级材。

  表4 火力楠人工林木材的力学性质
表4 火力楠人工林木材的力学性质

  3、 结论与讨论

  火力楠人工林木材的基本密度、气干密度和全干密度分别为0.531、0.641g·cm-3和0.596g·cm-3;弦向、径向和体积气干干缩系数分别为0.346%、0.239%和0.576%,差异干缩为1.444,属于密度中等、干缩性小的一类木材。

  火力楠人工林木材的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和冲击韧性分别为117.2MPa、10.61GPa、57.8 MPa和55kJ·m-2,木材端面、弦面和径面的硬度分别为5 989N、4 847N和4 829N,综合强度为175MPa,综合品质系数为3 295.7×105Pa。主要力学性能指标均达到中等强度水平,木材的综合强度很高,综合品质系数也很高,属于高等级木材。

  从物理性能来看,由于其树干通直,木材结构细腻,纹理通直有光泽,且木材干缩湿胀差异很小,干燥开裂少,因此可以直接用于制作家具、实木地板、日常生活用具、木制工艺品等;木材表面结构细腻,旋切面板花纹美丽,缺陷少,所以可作为中高档家具的饰面材料及室内装饰用材。

  从主要力学性能来看,火力楠人工林木材的主要力学性能指标均达到中等级别以上,木材综合强度高,综合品质系数为高等级别,是优良的结构用材。虽然火力楠人工林木材的综合强度较高,但其密度偏小,为了更好地实现实木利用,可以考虑对其进行改良,如将硅化物、钙化物、金属化合物等注入木材中,或经单体或聚合物等强化处理措施处理,增强木材强度,提高木材性能,扩展用途。

  参考文献

  [1]陈志荣, 黄少伟.火力楠人工林生长分析[J].湖南林业科技, 2003, 30 (2) :20-22.
  [2]钟永红.火力楠的栽培技术[J].林业实用技术, 2005 (8) :142-151.
  [3]薛立, 李燕, 屈明, 等.火力楠、荷木和黎蒴林的土壤特性及涵养水源的研究[J].应用生态学报, 2005, 16 (9) :1623-1627.XUE L, LI Y, QU M, et al.Soil properties and water holding capacities of Michelia macclurei, Schima superba and Castanopsis fissa stands[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16 (9) :1623-1627. (in Chinese)
  [4]冯宗炜, 张家武, 陈楚莹, 等.火力楠人工林生物产量和营养元素分布[J].东北林学院学报, 1983, 11 (2) :13-20.FENG Z W, ZHANG J W, CHEN C Y, et al.Biological productivity and nutrient distribution in artificial Michelia macclurei stand[J].Journal of Northeast Forestry University, 1983, 11 (2) :13-20. (in Chinese)
  [5]齐之尧, 马家禧, 李顺明.火力楠人工林生物量、生产力研究[J].生态学杂志, 1985 (2) :17-19, 30.QI Z Y, MA J X, LI S M.Studies on the biomass and productivity of artificial Michelia macclurei var.sublaneaforest[J].Chinese Journal of Ecology, 1985 (2) :17-19, 30. (in Chinese)
  [6]林有乐.火力楠林分生物量与地力变化规律研究[J].林业科技开发, 2003, 17 (S) :8-10.
  [7] 黄宇, 冯宗炜, 汪思龙, 等.杉木、火力楠纯林及其混交林生态系统的N、C贮量[J].生态学报, 2005, 25 (12) :3146-3154.HUANG Y, FENG Z W, WANG S L, et al.C and N stocks under three plantation forest ecosystems of Chinese-fir, Michelia macclurei and their mixture[J].Acta Ecologyica Sinica, 2005, 25 (12) :3146-3154. (in Chinese)
  [8]蔡勇.杉木、火力楠混交林和杉木纯林的生物量及分布格局研究[J].福建林业科技, 2007, 34 (2) :48-52.
  [9]NIU D, WANG S L, OUYANG Z Y.Comparisons of carbonstorages in Cunninghamia lanceolata and Michelia macclureiplantations during a 22-year period in southern China[J].Joumal of Environmental Sciences, 2009, 21:801-805.
  [10] 梁有祥, 秦武明, 玉桂成, 等.桂东南地区火力楠人工林生长规律研究[J].西北林学院学报, 2011, 26 (2) :150-154.LIANG Y X, QIN W M, YU G C, et al.Growth regularity of Michelia macclurei plantation in southeastern of Guangxi[J].Journal of Northwest Forestry University, 2011, 26 (2) :150-154. (in Chinese)
  [11] 林照授.杉木火力楠混交林生长过程及分布格局研究[J].北华大学学报:自然科学版, 2004, 5 (2) :155-158.LIN Z S.On the growth process and distribution patterns of Cunninghamia lanceolata and Michelia macclurei mixed forest[J].Journal of Beihua University:Natural Science, 2004, 5 (2) :155-158.
  [12] 郑淯文, 李祥, 林文树.天然次生林白桦与水曲柳的材性研究[J].森林工程, 2017, 33 (5) :35-40.ZHENG Y W, LI X, LIN W S.Research on the wood properties of Betula platyphylla and franxinus madschurica in natural secondary forest[J].Forest Engineering, 2017, 33 (5) :35-40. (in Chinese)
  [13] 中国木材标准化技术委员会.GB/T1927-2009木材物理力学试材采集方法[S].北京:中国标准出版社, 2009.
  [14] 中国木材标准化技术委员会.GB/T1932~1942-2009木材物理力学试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2009.
  [15] 中国木材标准化技术委员会.GB/T1929-2009木材物理力学试材锯解及试样截取方法[S].北京:中国标准出版社, 2009.
  [16]李坚.木材科学研究[M].北京:科学出版社, 2009:6.
  [17] 中国林业科学研究院.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.
  [18]尹思慈.木材品质和缺陷[M].北京:中国林业出版社, 1990.

对应分类:
下一篇:没有了
版权所有:上海皇冠比分平台8网专业权威的皇冠比分平台8代写、皇冠比分平台8发表的网站,秉承信誉至上、用户为首的服务理念,服务好每一位客户
本站部分皇冠比分平台8收集于网络,如有不慎侵犯您的权益,请您及时致电或写信告知,我们将第一时间处理,邮箱:shlunwen@163.com