白蜡木、黑胡桃木、橄榄木的干缩湿胀特性研究
魏路;陈凤义;孙照斌;蔡家斌
【摘 要】实木制品的干缩湿胀性直接影响其尺寸稳定性，对白蜡木、黑胡桃木和橄榄木的干缩湿胀特性研究结果表明：三种木材全干状态下的体积干缩率分别为13.88%、10.85%、9.89%，气干状态下的体积干缩率分别为4.89%、4.71%、4.14%，气干至饱水状态下的体积湿胀率分别为18.28%、12.82%、11.54%，全干至气干状态下的体积湿胀率分别为5.94%、4.20%、3.96%。三种木材中白蜡木的干缩湿胀性最强，黑胡桃木次之，橄榄木最小。研究结果对实木制品用材含水率的控制具有一定的指导意义。%The dry shrinkage and wet expansion rate of solid wood products directly affects the dimensional stability of solid wood products. In this paper,the results of study on the dry shrinkage and wet expansion properties of ash,black walnut and olive wood show that the dry shrinkage and wet expansion rates of white ash,black walnut and olive wood are respectively 13.88%,10.85% and 9.89%,respectively 4.89%,4.71% and 4.14% under the air dry state,and respectively 18.28%, 12.82% and 11.54% under the whole dry and air dry status. Of the three kinds of w
ood,white ash has the largest dry shrink-age and wet expansion rate,walnut coming second,olive wood coming bottom. The research results are of certain guidance on the control of water content of wood used for solid wood products.
【期刊名称】《林业机械与木工设备》
【年(卷),期】2015(000)007
【总页数】4页(P16-19)
【关键词】白蜡木;黑胡桃木;橄榄木;干缩;湿胀
【作 者】魏路;陈凤义;孙照斌;蔡家斌
【作者单位】南京林业大学家具与工业设计学院，江苏 南京 210037; 河北农业大学林学院，河北 保定 071000;廊坊华日家具股份有限公司，河北廊坊065001;河北农业大学林学院，河北 保定 071000;南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037
【正文语种】中 文
【中图分类】TS612
实木制品由天然木材加工而成，具有强重比高、纹理自然美观、能够调湿调温，以及使用胶合剂少、甲醛含量低、环保健康等优点［1］。但其最大的缺点是易受温湿度条件变化的影响，会因干缩湿胀而出现许多问题。
白蜡木按其地理分布主要有美国白蜡木、欧洲白蜡木、日本白蜡木、中国白蜡木。美国白蜡木主要分布于美国和加拿大，质地坚韧而富有弹性，呈浅黄至浅黄褐色，木材强度高，弹性、冲击韧性及硬度在同类的轻质木材中较好［2］。美国黑胡桃木产于北美，是价值较高的阔叶材品种之一，通常为直木纹，有时也会带有波纹或曲线形木纹，是一种中等密度的坚韧硬木材，其抗弯强度和断裂强度适中，刚性低，蒸汽弯曲性能良好［3］。橄榄木属亚热带常绿乔木，广泛分布于东南亚及太平洋地区，生长轮不明显，生材有树脂香味，纹理交错，结构略细，均匀，质量、硬度、强度中等。
干缩与湿胀是木材本身固有的特性，了解实木制品材种的干缩湿胀特性并据此对不同材种（或同一材种不同的径向板和弦向板）进行拼合胶接以及结构连接，可以避免家具产生开裂变形［4］。刘君良［5］对吉林省白蜡木的解剖特征与材性进行了研究；唐兴平［6］
对国产白蜡木进行了干缩和湿胀性能的研究。目前，对美国进口白蜡木的研究尚未见报道，对美国黑胡桃木和东南亚橄榄木的干缩湿胀性能研究也未见报道。部分企业在应用这三种木材加工木制品时都出现了一些问题，所以有必要对它们的基本特性进行深入研究。本文对这三种进口木材的干缩湿胀特性进行研究，旨在为其加工利用提供理论依据。
1.1 试验材料
三种实木板材分别为美国进口白蜡木、美国进口黑胡桃木和东南亚进口橄榄木，均取自河北廊坊华日家具股份有限公司。板材长700 mm、宽150 mm、厚25mm，初含水率均大于30%。此时测得白蜡木气干密度是0.73 g/cm3，绝干密度是0.66g/cm3；黑胡桃木气干密度是0.69g/cm3，绝干密度是0.63g/cm3；橄榄木气干密度是0.58g/cm3，绝干密度是0.53 g/cm3。
1.2 试验方法
取径弦向纹理均较明显的试材加工成20 mm× 20 mm×20 mm的小试件，每个材种选出30个试件。将各试件分别浸泡达到饱水状态、气干达到含水率平衡状态以及烘干达到绝干状
态后进行测量，根据其在不同含水率条件下的径向、弦向、纵向尺寸的变化，通过计算获得三个材种的干缩湿胀率［7-8］。具体试验方法和数据计算方法参照国家标准《试验方法总则GB/T 1928-2009》［9］、《木材干缩性测定方法GB/T 1932-2009》［10］和《木材湿胀性测定方法GB/T 1934-2-2009》［11］、《木材吸水性测定方法GB/T 1934-1-2009》［12］和《木材含水率测定方法GB/T 1931-2009》［13］。
2.1 干缩性能
三种木材气干及全干状态（在温度20℃，相对湿度65%状态下调节）下径向、弦向线干缩率和体积干缩率，以及三种木材不同方向气干状态下线干缩率和体积干缩率分别如图1、图2和图3所示，全干状态下的差异干缩如图4所示。
由图1和图2可以看出，白蜡木、黑胡桃木和橄榄木气干状态下体积干缩率分别为4.89%、4.71%、4.14%，全干状态下体积干缩率分别为13.88%、10.85%、9.89%。白蜡木的干缩性最大，黑胡桃木次之，橄榄木最小。三种木材在气干及全干状态下的径向、弦向干缩率及纵向的体积干缩率不同，表现为在全干状态下线干缩率和体积干缩率最大。
由图3可以看出，橄榄木径向干缩率最小，为1.72%；黑胡桃木次之，为1.83%；白蜡木最大，为2.17%。这表明三种木材中径向尺寸稳定性最好的是橄榄木，其次是黑胡桃木，最差的是白蜡木。橄榄木弦向干缩率最小，为1.89%；黑胡桃木居中，为2.09%；白蜡木最大，为2.20%。这也表明在三种木材中弦向尺寸稳定性最好的是橄榄木，其次是黑胡桃木，最差的是白蜡木。
由图4可以看出，三种木材绝干状态下黑胡桃木的差异干缩系数最大，为1.32；橄榄木居中，为1.29；白蜡木的差异干缩系数最小，为1.21。这说明干燥过程中黑胡桃木出现开裂和翘曲变形的可能性最大，橄榄木次之，白蜡木可能性最小。
由试验数据计算可知，白蜡木、黑胡桃木、橄榄木三种木材气干状态下体积干缩率的变异系数最大，分别为9.09%、9.62%、10.73%；三种木材全干状态下体积干缩率的变异系数分别为8.44%、15.51%、10.80%。其数据的波动相对稳定，故实验数据可用于应用分析。
刘君良对吉林省白蜡木的解剖特征与材性进行的研究表明：白蜡木的体积干缩率为6.13%，弦向干缩率为3.06%，径向干缩率为1.84%，差异干缩系数为1.663［5］。这与本
次实验中美国进口白蜡木的体积干缩率4.89%、弦向干缩率2.20%、径向干缩系数2.17%、差异干缩系数1.21存在较大的差距。在相关资料中查到的美国进口白蜡木弦向、径向干缩率分别为7.0%、4.5%，也与本次实验测得的弦向、径向干缩率（7.92%、6.54%）存在较大的差距。相关资料［14-15］中查到的美国进口黑胡桃木的弦向、径向干缩率分别为5.2%、2.7%，与本实验测得的弦向、径向干缩率（5.76%、4.35%）的差距也较大。国产白蜡木与进口白蜡木的生长地域及气候条件差异可能是造成这种性能差异的主要原因，而所测美国白蜡木和黑胡桃木与文献中记载的具体树种或具体产地不同也可能是出现差异的原因之一。
2.2 湿胀性能
三种木材从全干至气干状态（在温度20℃，相对湿度65%状态下调节）、从气干至饱水状态下的径弦向线湿胀率和体积湿胀率测试结果分别如图5、图6、图7所示，从全干至气干的差异湿胀如图8所示。
由图5和图6可以看出，白蜡木、黑胡桃木和橄榄木全干至气干状态下（20℃，相对湿度65%）的体积湿胀率分别为5.94%、4.20%、3.96%，气干至饱水状态下的体积湿胀率分别
为18.28%、12.82%、11.54%，白蜡木的湿胀性最大，黑胡桃木次之，橄榄木最小。三种木材在饱水状态和气干状态下，其径向、弦向湿胀率以及体积湿胀率均不同，表现为在饱水状态下各个方向的湿胀率最大。
由图7可以看出，从全干至气干状态下（20℃，相对湿度65%），三种木材的径向湿胀率从小到大的顺序为橄榄木、黑胡桃木和白蜡木，其值分别为1.71%、1.82%和2.53%。表明在三种木材中橄榄木的径向尺寸稳定性最好，其次是黑胡桃木，最后是白蜡木。在弦向，从全干至吸湿到65%相对湿度状态下，三种木材的弦向湿胀率从小到大的顺序为橄榄木、黑胡桃木和白蜡木，其值分别为1.81%、1.92%、3.18%，表明在三种木材中橄榄木的弦向尺寸稳定性最好。
由图8可知，在三种木材中，黑胡桃木的差异湿胀最大，为1.37；白蜡木为1.28；橄榄木最小，为1.10。这说明从全干到气干状态下三种木材在同一环境中黑胡桃木湿胀性能最大，橄榄木湿胀性能较小。
由试验数据计算可知，白蜡木、黑胡桃木、橄榄木从全干至气干体积湿胀率的变异系数为11.24、9.73、9.26；从气干到饱水状态下体积湿胀率的变异系数为11.48、9.64、12.89。
其数据的波动相对稳定，故实验数据可用于应用分析。
在木材含水率相同的条件下，白蜡木与黑胡桃木和橄榄木相比有较大的湿胀性和干缩性，其原因是白蜡木有较大的基本密度（BD=0.73），而黑胡桃的基本密度（BD=0.69）和橄榄木的基本密度（BD=0.58）较小，在相同的木材体积下其细胞腔的空间较大，这就使得黑胡桃木、橄榄木能吸收大量的自由水，而白蜡木不能吸收大量的自由水，导致其具有较强的干缩湿胀性。
唐兴平对白蜡木干缩和湿胀性能的研究表明，国产白蜡木的其他两种材也是如此，故弦向干缩湿胀率相对于径向干缩湿胀率变化较大，这与本实验所研究的美国进口白蜡木相一致，这三种木材应尽量加工成径向板。在实木制品的干燥、制作过程中，应参照三种木材的干缩湿涨特性来控制实木制品的含水率，使其与使用环境相适宜，同时应根据材种径切板和弦切板的干缩湿胀性不同加工实木制品，尽可能减少产品的变形和开裂程度。
本文通过对美国白蜡木、美国黑胡桃木、东南亚橄榄木三种木材的干缩湿胀特性研究，得出以下结论。

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