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马蹄荷木材材性与加工性能研究

更新时间:2009-03-28

马蹄荷﹙Exbucklandia populnea(R.Br.)R.W.Brown.﹚别称:合掌木、解阳树、白克木,为金缕梅科,马蹄荷属乔木,高可达20米,分布于我国西藏、云南、贵州及广西的山地常绿林,亦见于缅甸,泰国及印度[1]。马蹄荷是一种优良的速生树种,生长快,产量高,木材结构细致,色泽美观,经久耐腐,是生产原木地板、旋切和刨切天然薄木及上等家具的用材。马蹄荷作为广西优良速生珍贵树种之一,其培育研究与加工利用研究越来越受到人们的关注,其市场前景广阔。目前国内对马蹄荷的研究主要集中在解剖构造、化学成分、育苗技术和造林技术上,有关马蹄荷木材物理力学性能和加工性能的研究较少,本研究以广西马蹄荷木为研究对象,分析其物理力学性能和加工性能,掌握其材性,为其加工利用提供科学依据。

特发性鼻出血组来源于我院计算机系统病案数据库,选取2011年1月~2015年1月以特发性鼻出血为主要诊断,并具有血型报告的住院患者作为研究对象。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器设备

马蹄荷木试材采自广西柳州市融水县林场,树龄为15a的人工林。试验试件参照国家标准GB/T1929—2009《木材物理力学试件锯解及试样截取方法》制取[2],试件尺寸规格详见表1,主要的实验仪器设备详见表2。

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1.2 试验方法

1.2.1 物理性能测试 马蹄荷木材的气干密度、基本密度,径向、弦向气干干缩率的测定按照国家标准GB/T1927-1943—2009《木材物理力学性质试验方法》测定[3],每组测5个,取其平均值。气干密度和基本密度分别按公式(1),公式(2)进行计算。

2.1.1 密度 木材密度主要包括气干密度、全干密度和基本密度,最常用的是基本密度和气干密度。衡量木材的密实程度,材性比较分级,木材防腐和干燥的工业应用主要使用基本密度。而气干密度是判断木材的工艺性质和物理力学性质的重要指标,它与木材的其它性能都有密切关系。木材密度的变异度关系到其优良品种的选育、和加工利用。

 

由表3可知,马蹄荷木木材的基本密度平均为0.442g/cm3,气干密度平均为0.525g/cm3,全干密度平均为0.502g/cm3依据《木材的主要物理力学性质分级表》,属中等﹙0.551-0.750g/cm3﹚。

 

其中ρy-基本密度,m0-试样全干时的质量,vmax-试样水分饱和时的体积。

 

表1 试件规格与数量

  

试验项目 试件规格(mm) 试件数量密度 20∗20∗20 5径向干缩率 20∗20∗20 5弦向干缩率 20∗20∗20 5顺纹抗压强度 20∗20∗30 5抗弯强度 20∗20∗300 5抗弯弹性模量 20∗20∗300 5加工性能 100∗100 5

 

表2 试验主要仪器设备

  

微机控制万能力学试验机 IVMWD-20 济南中创工业测试系统有限公司木材含水测定仪 SD-C50 上海市精泰仪器仪表有限公司电子天平 BSA224S 德国赛多利斯集团普通物理天平 2000型 上海光正医疗仪器有限公司数显游标卡尺 0-150 桂林广陆数字测控股份有限公司数显螺旋测微器 0-50 桂林广陆数字测控股份有限公司

1.2.3 加工性能的测试 把长1000mm,直径20mm的马蹄荷原木在旋切机上旋切成单板,然后选取表面质量好的100∗100mm的旋切单板2块,保持含水率在30%以上,通过测定单板式样的厚度偏差和裂隙度来判断其加工性能。

1.2.2 力学性能测试 马蹄荷木材抗弯强度,抗弯弹性模量,顺纹抗压强度力学性能的测定按照国家标准GB/T1927-1943—2009《木材物理力学性质试验方法》测定,每组测5个,然后取其平均值。

同时,在羊布鲁式杆菌的防控中,要加强对羊布鲁式杆菌疫病的监测,借助先进的多媒体技术,将羊布鲁式杆菌的防控知识进行广泛宣传,进而提高检疫人员的检疫知识、检疫技术水平。

1.2.4 试验数据处理 使用SPSS11.0统计分析软件,进行实验数据的方差分析。

2 结果与分析

2.1 马蹄荷木材物理性质

使用SPSS11.0统计分析软件对马蹄荷木材顺纹抗压强度,抗弯强度,抗弯强度力学性能实验数据进行方差分析,结果如表4所示。

 

表3 马蹄荷木材物理性质

  

基本密度(g/cm3) 5 0.442 0.024 0.003气干密度(g/cm3) 5 0.525 0.025 0.004全干密度(g/cm3) 5 0.502 0.024 0.003气干密度径向干缩率(%) 5 2.3 0.431 0.072气干密度弦向干缩率(%) 5 3.8 0.648 0.105全干密度径向干缩率(%) 5 3.5 0.618 0.096全干密度弦向干缩率(%) 5 6.4 0.803 0.125

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其中ρw-气干密度,mw-试样含水率为w%时的质量,vw-试样含水率为w%时的体积。

2.1.2 干缩性 由于木材的各向异性,会产生干缩湿胀,了解木材的干缩规律,在其利用和加工过程中,就能够很好避免或者减少其缺陷对产品质量的影响及判断其是否具有加工利用价值。由表3可知,马蹄荷木材气干的径向、弦向干缩率分别为2.3%和3.8%;其全干的径向、弦向干缩率分别为3.5%、和6.4%。由马蹄荷木材的弦向干缩与径向干缩之比值得到其差异干缩为1.65,表明马蹄荷木材的差异干缩属于小级别(1.41-1.80)。差异干缩影响木材的开裂和变形。马蹄荷木材的差异干缩为1.65,说明其木材干燥时发生翘曲和开裂变形程度处中上水平。

2.2 马蹄荷木材力学性质

使用SPSS11.0统计分析软件对实验数据进行方差分析,结果如表3所示。

 

表4 马蹄荷木材力学性能

  

顺纹抗压强度 5 43.2 0.86 12.07抗弯强度 5 95.1 16.13 4.18抗弯强度 5 7590 2044.53 240.62

2.2.1 顺纹抗压强度 由表4可知,马蹄荷木材顺纹抗压强度平均为43.2MPa,其顺纹抗压强度属中级﹙30.1-45.0MPa﹚。木材顺纹抗压强度是指短时间内沿木材顺纹方向缓缓施加压缩载荷,木材所能承受的最大能力[4]。实验结果表明马蹄荷木材适合用作承重力较轻的承重构件。

2.2.2 抗弯强度和抗弯弹性模量 由表4可知,马蹄荷木材抗弯强度和抗弯弹性模量平均值分别为:95.1 MPa和7590 MPa,对照木材物理力学性能分级表,可知其强度属于中档等级。由由表4数值按木材综合强度计算方法得出马蹄荷木材的综合强度为138.3MPa,属于中等级。在木材领域,木材综合品质系数可分为低等级材、中等级材和高等级材,其品质系数范围值分别为:小于1960×105 Pa、1961×105-2156×105Pa、大于 2156×105Pa[]。 马蹄荷木材的顺压品质系数为9773×105Pa,抗弯品质系数为2151.6×105 Pa,因此,马蹄荷木材比较适合于做家具和旋切薄木用。木材的力学性质和木材的密度有关,这一结果与前面密度结果相一致。

2.3 马蹄荷木材加工性能

对马蹄荷原木旋切单板样品按照国家林业局行业标准LY/T 1599-2011旋切单板标准进行检测,结果表明其旋切单板质量达到Ⅰ级水平。这归因于马蹄荷木材密度适中,花纹色泽美观,结构细致,经久耐腐。马蹄荷木材适合于铣削、刨、钻孔,开榫开槽,砂光和车削等机加工。

3 结论

马蹄荷木材气干密度属中等级别,差异干缩系数属于小级别材;顺纹抗压强度、抗弯强度属中等级别,抗弯弹性模量属低等级,其综合强度属于中等级材,其品质系数为高等级材。马蹄荷木材的各项力学性能属于中等级材,不适合用于承重结构用材。因马蹄荷木材气干密度适中,其铣削、钻孔、砂光和车削等机械加工性能比较好,是旋切薄木及制作家具的上好材料。因其木材结构细致,色泽美观,经久耐腐可作为原木地板、胶合板表板、装饰薄木和手工艺品等的原材料,为中等级材。

水资源系统作为经济社会生态系统的重要组成部分,既是一个自然或人工的生态系统,同时又是一个经济系统,它们之间有机结合,使得水资源系统成为一个复杂的复合系统。经济社会的发展离不开对水资源的持续利用,同时水资源作为复杂系统的组成部分,随着经济社会的发展,经过系统的耦合作用,自身也会发生变化。因此,在研究水资源问题时,应结合生态经济系统理论,同时充分考虑水资源与经济社会发展的关系,以水资源的持续利用保障经济社会发展。对于复合的水资源系统,可简要表述为图1。

参考文献:

[1]张成刚,李伯刚,顾健等.马蹄荷化学成分研究[J].天然产物研究与开发,2003,15(4):308-309.

[2]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.

[3]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.

[4]罗真付,张雪峰,陆步云等.低温蒸汽热处理对板栗物理力学性能的影响[J].安徽农业大学学报,2012,39(6):904-907.

 
巫国富,苏付保,马朝忠,谢绍添,冯立新,苏彬,钟国贵
《广西农学报》 2018年第06期
《广西农学报》2018年第06期文献

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