雷福娟，馬錦林，王軍鋒，黃騰華，宋戀環(huán)

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西木材資源培育質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心，廣西南寧 530002）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，木材需求量日益增大，而我國木材資源有限，自給能力嚴(yán)重不足，對外依賴度達(dá)50%，特別是我國全面停止天然林商業(yè)性采伐后，木材資源更加短缺，培育和尋找新的木材資源是解決木材供需的根本途徑。粗殼澳洲堅(jiān)果（Macadamia ternifolia）為山龍眼科（Proteaceae）澳洲堅(jiān)果屬多年生常綠果樹，木材堅(jiān)硬，呈紅褐色，宜做家具和工藝品，具有優(yōu)良的用材價(jià)值。目前澳洲堅(jiān)果的研究主要集中在栽培技術(shù)和果實(shí)精深加工等方面[1-3]，對其木材性質(zhì)缺乏基本的認(rèn)識(shí)和了解，其木材未能得到高效的加工與利用。近年來，澳洲堅(jiān)果種植面積快速增長，目前廣西區(qū)內(nèi)澳洲堅(jiān)果種植總面積已超過1.4萬hm2，位居全國第2[4]。在集約化栽培進(jìn)程中，對間伐和更新砍伐下來的木材加以利用，可有效減少資源浪費(fèi)，增加經(jīng)濟(jì)收入，大大提高澳洲堅(jiān)果產(chǎn)業(yè)的綜合效益。因此開展澳洲堅(jiān)果木材相關(guān)材性研究，了解并掌握其木材解剖、物理和力學(xué)等主要材性數(shù)據(jù)，可為澳洲堅(jiān)果的定向培育和木材綜合利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材由廣西扶綏夏果種植有限責(zé)任公司提供，該批木材為2018年1月粗殼澳洲堅(jiān)果果樹更新時(shí)采伐，樹齡30年。選取10 根直徑20 ～25 cm、樹干通直、無明顯缺陷且具有代表性的原木作為試材。

1.2 試驗(yàn)方法

將試材分別鋸成65 mm厚的中心板和22 mm厚的毛邊鋸材，放置室內(nèi)進(jìn)行氣干，根據(jù)GB/T 1929-2009[5]制備標(biāo)準(zhǔn)試樣并置于溫度（20±2）℃、相對濕度為（65±3）%的環(huán)境中進(jìn)行含水率處理平衡。利用UTM5504 電子萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和JB-M100 擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，根據(jù)GB/T 1928-2009[6]對木材物理力學(xué)性質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測定。試驗(yàn)結(jié)果均換算為含水率12%時(shí)的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 木材物理性質(zhì)

2.1.1 密度

木材密度反映了單位體積內(nèi)胞壁物質(zhì)的數(shù)量[7]，對木材加工利用和林木培育有重要的指導(dǎo)意義，是判斷木材強(qiáng)度的最佳指標(biāo)[8]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材基本密度、氣干密度和全干密度分別為0.628、0.786和0.751 g/cm3（表1）。根據(jù)我國木材氣干密度5 級(jí)分級(jí)情況[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材的氣干密度為4級(jí)，屬于中高等密度木材。

2.1.2 干縮濕脹性

干縮濕脹使木制品尺寸發(fā)生變化，是木材主要缺點(diǎn)，不利于木材的加工利用[10]。木材含水率隨著周圍環(huán)境溫度和相對濕度的變化而不斷發(fā)生改變，易使木材產(chǎn)生濕脹與干縮，木材膨脹和收縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力變化導(dǎo)致木材表面粗糙，紋理隆起，產(chǎn)生微細(xì)裂紋以致明顯開裂[11]。弦向與徑向干縮的比值為差異干縮，木材的差異干縮若偏大，其內(nèi)部各方向的干縮濕脹則不均勻，容易發(fā)生開裂變形。差異干縮和干縮系數(shù)是反映木材尺寸穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，其值較大時(shí)，尺寸穩(wěn)定性相對較差，容易產(chǎn)生開裂變形。粗殼澳洲堅(jiān)果木材的徑向、弦向和體積氣干干縮率分別為2.28%、7.55%和10.19%，差異干縮為3.31；徑向、弦向和體積全干干縮率分別為3.96%、12.09%和16.28%，差異干縮為3.05；徑向、弦向和體積干縮系數(shù)分別為0.14%、0.41%和0.57%。木材從全干到氣干時(shí)，徑向、弦向和體積濕脹率分別為1.54%、4.40%和6.11%，差異濕脹為2.86；從全干到吸水飽和狀態(tài)，徑向、弦向和體積濕脹率分別為3.26%、11.61%和15.48%，差異濕脹為3.56（表1）。根據(jù)木材性質(zhì)5級(jí)分級(jí)表[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材的體積干縮系數(shù)屬于4 級(jí)；差異干縮屬于5 級(jí)；差異濕脹值較大，與干縮反應(yīng)的結(jié)果一致，說明粗殼澳洲堅(jiān)果木材內(nèi)部各方向干縮、濕脹不均勻，尺寸穩(wěn)定性差，干燥過程中容易開裂變形，在窯干時(shí)需注意控制前期干燥速度，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的干燥缺陷[12]。

表1 澳洲堅(jiān)果木材主要物理性質(zhì)Tab.1 Main physical properties of M.ternifolia wood

續(xù)表1 Continued

2.2 木材力學(xué)性質(zhì)

2.2.1 硬度

木材硬度表示木材抵抗其他剛體壓入木材的能力，與木材的加工性能有密切關(guān)系，硬度低的木材易于加工，硬度太高則不利于切削加工[13]；木材硬度與其木制品的耐磨性和漆膜硬度有直接關(guān)系，當(dāng)木材硬度較高時(shí)，其耐磨性大，漆膜硬度也會(huì)提高，若木材硬度較低，其木制品表面容易出現(xiàn)劃痕和壓痕等痕跡[11]，影響產(chǎn)品外觀和使用性。粗殼澳洲堅(jiān)果木材的端面、徑面和弦面硬度分別為9 630、8 030 和7 590 N（表2）。對照木材性質(zhì)分級(jí)情況表[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材屬于高硬度木材，可用于制作沙發(fā)、桌椅和地板等常與硬物接觸的木制品，耐磨且不易出現(xiàn)表面劃痕和壓痕等外觀缺陷。

2.2.2 抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量

木材抗彎強(qiáng)度反映木材承受橫向載荷的能力，主要作為易于彎曲的構(gòu)件及木橋的梁和桁條的設(shè)計(jì)依據(jù)?？箯潖?qiáng)度是重要的力學(xué)性質(zhì)，常用以推導(dǎo)木材的容許應(yīng)力?？箯潖椥阅Ａ看砟静牡膭哦然驈椥?，常用于計(jì)算構(gòu)件在載荷下的變形，彈性模量越大，則越剛硬，反之，則較柔曲[11]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材的抗彎強(qiáng)度為82.9 MPa，抗彎彈性模量為11 300 MPa（表2）。根據(jù)木材性質(zhì)分級(jí)情況[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材抗彎強(qiáng)度屬于2 級(jí)；抗彎彈性模量屬于3 級(jí)，說明木材較剛硬，承受橫向載荷的能力中等略偏低。

2.2.3 順紋抗壓強(qiáng)度

在短時(shí)間內(nèi)沿木材順紋方向緩緩施加壓縮載荷，木材能承受的最大的能力稱為順紋抗壓強(qiáng)度，根據(jù)木材順紋抗壓強(qiáng)度可求得設(shè)計(jì)應(yīng)力，用于設(shè)計(jì)各種受壓構(gòu)件，作為選擇受壓木材構(gòu)件的重要依據(jù)，木材順紋抗壓強(qiáng)度是木材最具有代表性的力學(xué)特性指標(biāo)之一[11]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材順紋抗壓強(qiáng)度為48.4 MPa（表2）。根據(jù)我國木材性質(zhì)5 級(jí)分級(jí)情況[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材順紋抗壓強(qiáng)度屬于3 級(jí)，說明木材承受順紋方向載荷的能力中等。

2.2.4 沖擊韌性

沖擊韌性用以評(píng)價(jià)木材的韌性或脆性。通常，木梁、枕木、槍托、坑木、木梭和船槳等部件用材均需具有較好的沖擊韌性[11]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材沖擊韌性為46 kJ/m2（表2）。根據(jù)木材沖擊韌性4級(jí)分級(jí)情況[9]，粗殼澳洲堅(jiān)果木材沖擊韌性屬于2 級(jí)，說明木材韌性中等。

表2 粗殼澳洲堅(jiān)果木材主要力學(xué)性質(zhì)Tab.2 Main mechanical properties of M.ternifolia wood

2.2.5 品質(zhì)系數(shù)

木材品質(zhì)系數(shù)是木材極限強(qiáng)度與密度的比值[14]。對于一些要求輕質(zhì)高強(qiáng)構(gòu)件的領(lǐng)域，如航天航空和高空建筑等，品質(zhì)系數(shù)是評(píng)價(jià)材料優(yōu)劣的重要指標(biāo)[15]。依據(jù)木材順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度數(shù)據(jù)，計(jì)算得出綜合品質(zhì)系數(shù)。根據(jù)木材綜合品質(zhì)系數(shù)的大小，可將其分為低等級(jí)材（＜1960×105Pa）、中等級(jí)材（1 961 × 105～2 156 × 105Pa）和高等級(jí)材（＞2 156 × 105Pa）[13]。粗殼澳洲堅(jiān)果木材的綜合品質(zhì)系數(shù)為2 090.8×105Pa，為中等級(jí)材（表3）。

表3 粗殼澳洲堅(jiān)果木材品質(zhì)系數(shù)Tab.3 Quality coefficients of M.interifolia wood（×105 Pa）

2.3 粗殼澳洲堅(jiān)果木材與其氣干密度相近樹種木材物理力學(xué)性質(zhì)的比較

粗殼澳洲堅(jiān)果木材的硬度比其他16個(gè)樹種高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性最低；順紋抗壓強(qiáng)度高于葡萄桉（Eucalyptus botryoides）等4 個(gè)樹種，與黑荊（Aca-cia mearnsii）一樣，低于其他10 個(gè)樹種；抗彎彈性模量高于紅豆樹（Ormosia hosiei）等4 個(gè)樹種，低于其他11 個(gè)樹種（表4）。粗殼澳洲堅(jiān)果木材屬于硬度高、脆性較大、抗順紋載荷能力中等、抗橫紋載荷能力中等稍偏低的木材。

表4 澳洲堅(jiān)果木材和與其氣干密度相近樹種木材的物理力學(xué)性質(zhì)比較Tab.4 Comparison on physical and mechanical properties of M.ternifolia wood and other woods with similar air-dry density

續(xù)表4 Continued

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，粗殼澳洲堅(jiān)果木材尺寸穩(wěn)定性較差，有較高的硬度和密度、中等的強(qiáng)度和韌性、中等的品質(zhì)系數(shù)，經(jīng)過尺寸穩(wěn)定性改性處理后，可作為房屋建筑、交通、地板和家具等方面的用材。其沖擊韌性相對較低，硬度較高，耐磨且不易出現(xiàn)表面劃痕和壓痕等外觀缺陷。

我國自20世紀(jì)70年代開始引種粗殼澳洲堅(jiān)果，現(xiàn)已成為世界上粗殼澳洲堅(jiān)果發(fā)展最快、種植面積最大的國家[17]。粗殼澳洲堅(jiān)果可作為“果木兩用”樹種進(jìn)行定向培育，通過嫁接技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，可使材用和果用均達(dá)到較佳效果，既可獲得優(yōu)質(zhì)堅(jiān)果，還能產(chǎn)生大批優(yōu)質(zhì)木材資源，提高粗殼澳洲堅(jiān)果產(chǎn)業(yè)的綜合效益。