仲偉國(guó)，徐貴學(xué)，王有剛，趙一凡，李國(guó)霞，張寶貞，董元夫，荀守華*

（1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250014；2.臨沂優(yōu)優(yōu)木業(yè)股份有限公司，山東費(fèi)縣273400；3.山東萬(wàn)智教育集團(tuán)，山東濟(jì)南250100；4.費(fèi)縣國(guó)有大青山林場(chǎng)，山東費(fèi)縣273402）

我國(guó)森林資源短缺，森林蓄積量和生長(zhǎng)量較低。我國(guó)又是木材消費(fèi)大國(guó)，木材消耗量逐年增加，木材對(duì)外依存度超過(guò)50%[1]。培育速生優(yōu)質(zhì)用材林良種，提高人工林生產(chǎn)力，增加木材供應(yīng)，可有效緩解我國(guó)木材短缺問(wèn)題。

刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）是地球上溫帶地區(qū)栽培廣泛的速生闊葉樹(shù)種，木材屬中等密度，軟硬適中，加工性能好；順紋抗壓力強(qiáng)，斷裂時(shí)會(huì)發(fā)出警戒響聲；在潮濕條件下較長(zhǎng)時(shí)間不腐朽；耐火性強(qiáng)，燃燒熱值高；是重要的建筑、礦柱、農(nóng)具、造船、木地板等用材[2-3]。但是刺槐木材存在干燥易開(kāi)裂、翹曲等缺陷，致使干燥合格率較低，影響了刺槐木材加工利用效益[4]。人造膠合板具有性能穩(wěn)定、不易變形的特性，將刺槐原木旋切單板多層膠合制作膠合板，能改善刺槐木材翹裂缺陷，提高木材利用性能。迄今有關(guān)刺槐膠合板相關(guān)物理力學(xué)性能的研究報(bào)道較少，為此，本試驗(yàn)選用刺槐用材林新品種‘多彩青山’、‘壯美青山’、‘綠滿青山’和優(yōu)良無(wú)性系‘魯刺10’原木制作普通膠合板，檢測(cè)其密度、含水率、膠合強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度、彈性模量等性能，并與歐美楊107 楊（授權(quán)新品種名稱為‘尼娃’）和桉樹(shù)木材膠合板進(jìn)行比較，為刺槐膠合板合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為山東省林業(yè)科學(xué)研究院和費(fèi)縣國(guó)有大青山林場(chǎng)選育的刺槐用材林新品種‘多彩青山’‘壯美青山’‘綠滿青山’和刺槐優(yōu)良無(wú)性系‘魯刺10’8年生試驗(yàn)林立木，平均胸徑15 cm～18 cm，平均樹(shù)高10 m～12 m；產(chǎn)地為費(fèi)縣國(guó)有大青山林場(chǎng)，2017年9月采伐。以產(chǎn)自山東臨沂的歐美楊107 楊小徑材和產(chǎn)自廣西的桉樹(shù)小徑材作為對(duì)照。見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)材料相關(guān)信息

1.2 膠合板制作工藝和方法

將原木各段統(tǒng)一截成長(zhǎng)度1.2 m 的木段，上單板旋切機(jī)旋切成厚度1.5 mm 的單板，經(jīng)過(guò)干燥處理后加工制成7 層膠合板。膠黏劑為酚醛膠，涂膠量為180 g·m-2，板材的制備尺寸為500 mm×500 mm。熱壓工藝參數(shù)：時(shí)間1000 s+500 s，溫度125 ℃，一段13 kg·cm-2，二段7 kg·cm-2。制作工藝流程是：?jiǎn)伟逭怼磕z→組坯→預(yù)壓→熱壓→砂光→裁邊。

1.3 原木物理性質(zhì)測(cè)定

在刺槐各品種伐倒木樹(shù)干高度的基部、胸高(1.3 m)、1/3、1/2、3/4 處截5 cm 厚圓盤(pán)各1 個(gè)，對(duì)各部位圓盤(pán)截取5 個(gè)試樣（試樣尺寸20 mm×20 mm×20 mm），稱重、干燥，記錄鮮、干質(zhì)量。原木含水率按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1931-2009《木材含水率測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。原木基本密度和氣干密度按照GB/T1933-2009《木材密度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。各品種樹(shù)干各部位基本密度和氣干密度取5 個(gè)試樣的平均值，用胸高段位的基本密度和氣干密度代表該品種的基本密度和氣干密度進(jìn)行比較分析。

1.4 膠合板性能檢測(cè)

刺槐品種及對(duì)照膠合板物理力學(xué)性能檢測(cè)依據(jù)GB/T9846-2015《普通膠合板》、GB/T17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》；膠合板浸漬剝離測(cè)定依據(jù)GB/T18103-2013《實(shí)木復(fù)合地板》。測(cè)試指標(biāo)包括甲醛（mg·L-1）、耐熱長(zhǎng)度變化率、耐熱寬度變化率、膠合強(qiáng)度、一類浸漬剝離、二類浸漬剝離、橫向靜曲強(qiáng)度、橫向彈性模量、密度、含水率等。每種試材測(cè)試6 片，即每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)試6次，取算術(shù)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺槐品種木材物理性質(zhì)及差異

2.1.1 刺槐品種木材密度及差異

4 個(gè)刺槐品種木材基本密度介于0.58 g·cm-3～0.67 g·cm-3之間，為中等密度木材[5]。同一品種樹(shù)干不同部位基本密度有差異，總體趨勢(shì)在樹(shù)干1/2 高度基本密度達(dá)到最高值，基部次之，至3/4 部位密度最低，胸高部位密度居中。樹(shù)干各部位基本密度由高至低排序?yàn)?/2 處＞基部＞胸高＞1/3 處＞3/4 處。以‘多彩青山’為例，樹(shù)干各部位基本密度值為0.71 g·cm-3＞0.68 g·cm-3＞0.67 g·cm-3＞0.66 g·cm-3＞0.65 g·cm-3。不同刺槐品種其基本密度有差異，‘多彩青山’和‘壯美青山’均大于‘魯刺10’，‘綠滿青山’低于‘魯刺10’（見(jiàn)圖1）。

圖1 刺槐品種木材不同部位基本密度

刺槐各品種木材氣干密度在0.67 g·cm-3～0.79 g·cm-3范圍內(nèi)，樹(shù)干高度不同位置氣干密度有差異，且不同品種表現(xiàn)趨勢(shì)有差異?！嗖是嗌健汀畨衙狼嗌健跇?shù)干1/2 高度氣干密度達(dá)到最高值，胸高部位次之，3/4 部位最低；‘綠滿青山’和‘魯刺10’樹(shù)干基部氣干密度最高，隨樹(shù)干高度增加氣干密度呈降低趨勢(shì)（見(jiàn)表2）。

表2 刺槐品種不同樹(shù)干高度氣干密度測(cè)定數(shù)據(jù)表

2.1.2 刺槐品種木材含水率和體積干縮系數(shù)及差異

刺槐各品種木材含水率隨樹(shù)干高度增加而減少，基部含水率最高，至樹(shù)梢3/4 部位含水率最低，胸高部位含水率介于38%～53%之間，各品種由高至低排序?yàn)椤畨衙狼嗌健尽G滿青山’＞‘多彩青山’＞‘魯刺10’。體積干縮系數(shù)在0.33%～0.44%范圍內(nèi)，不同品種有差異，‘多彩青山’和‘魯刺10’較高，‘壯美青山’較低；同一品種在樹(shù)干高度不同位置體積干縮系數(shù)有差異，規(guī)律趨于1/2 ＞胸高＞基部＞1/3＞3/4(見(jiàn)表3)。

2.2 刺槐品種木材膠合板物理性能及差異比較

刺槐各品種、107 楊和桉樹(shù)木材膠合板物理性能測(cè)定結(jié)果（見(jiàn)表4）表明，4 個(gè)刺槐品種膠合板密度為0.92g·cm-3、0.91 g·cm-3、0.83 g·cm-3和0.83g·cm-3，分別比原木密度提高了37.3%、46.77%、43.1%和36.1%，達(dá)到高密度木材要求。107 楊膠合板密度為0.62g·cm-3，桉樹(shù)膠合板密度為0.70g·cm-3，均達(dá)到中密度木材要求。

4 個(gè)刺槐品種膠合板密度有差異且均超過(guò)對(duì)照107 楊、桉樹(shù)膠合板密度。‘多彩青山’分別超過(guò)對(duì)照48.4%、31.4%，‘壯美青山’分別超過(guò)對(duì)照46.8%、30%，‘綠滿青山’和‘魯刺10’膠合板密度相同分別超過(guò)對(duì)照33.9%、18.6%。4 個(gè)刺槐品種和107 楊、桉樹(shù)膠合板密度由大至小排序?yàn)椤嗖是嗌健尽畨衙狼嗌健尽G滿青山’/‘魯刺10’＞ 桉樹(shù)＞107 楊。

4 個(gè)刺槐品種膠合板含水率分別為為8.4%、10.7%、8.1%、9.5%，107 楊、桉樹(shù)膠合板含水率分別為7.7%、9.0%，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由原木制作膠合板后木材含水率顯著降低，‘多彩青山’膠合板含水率比其原木降低了77.9%，‘壯美青山’膠合板含水率比其原木降低了79.8%，‘綠滿青山’膠合板含水率比其原木降低了83.8%，‘魯刺10’膠合板含水率比其原木降低了76.3%。

2.3 刺槐品種木材膠合板力學(xué)性能及差異比較

膠合強(qiáng)度是膠黏劑與木材單板界面發(fā)生破壞所需的應(yīng)力，反應(yīng)了單板的膠合能力，膠合強(qiáng)度值越大，其膠合能力越大。由表4 可知，刺槐品種的膠合強(qiáng)度分別為3.45 MPa、2.97 MPa、2.85 MPa、3.01 MPa，均高于對(duì)照107 楊的1.94 MPa，桉樹(shù)的1.56 MPa，‘多彩青山’膠合強(qiáng)度比107 和桉樹(shù)分別提高了77.83%和121.15%。刺槐品種木材膠合強(qiáng)度顯著大于107 楊和桉樹(shù)，說(shuō)明刺槐木材更適宜制作膠合板。

表3 刺槐品種木材含水率和體積干縮系數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)表

靜曲強(qiáng)度（MOR）是膠合板在受力彎曲到斷裂時(shí)所能承受的壓力強(qiáng)度。從表4 看出，4 個(gè)刺槐品種‘多彩青山’、‘壯美青山’、‘綠滿青山’、‘魯刺10’膠合板橫向靜曲強(qiáng)度分別為85 MPa 、105 MPa 、96 MPa 和105 MPa，4 個(gè)品種的MOR 值均低于107 楊的107 MPa，均高于桉樹(shù)的67 MPa。不同種類木材膠合板橫向靜曲強(qiáng)度大小排序?yàn)?07 楊＞‘壯美青山’＞‘魯刺10’＞‘綠滿青山’＞‘多彩青山’＞桉樹(shù)。

表4 刺槐品種、歐美楊、桉樹(shù)木材膠合板物理力學(xué)性能檢測(cè)表

彈性模量（MOE）是衡量膠合板產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大，即材料剛度越大。刺槐品種‘多彩青山’的MOE 值為9055 MPa，‘壯美青山’為9292 MPa，‘綠滿青山’為11041 MPa，‘魯刺10’為7831 MPa。其中，只有‘綠滿青山’的MOE 值高于107 楊的MOE 值10831 MPa，只有‘魯刺10’的MOE 值低于桉樹(shù)的8679 MPa。不同種類木材膠合板橫向彈性模量大小排序?yàn)椤G滿青山’＞107 楊＞‘壯美青山’＞‘多彩青山’＞桉樹(shù)＞‘魯刺10’。

3 結(jié)論與討論

木材密度是木材材性的重要指標(biāo)，對(duì)木材強(qiáng)度、性能和加工產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響。刺槐品種木材屬中密度木材，本試驗(yàn)4 個(gè)刺槐品種木材基本密度介于0.58 g·cm3～0.67 g·cm3之間，經(jīng)過(guò)多層單板膠和后其密度顯著提高，膠合板密度介于0.83 g·cm3～0.92g·cm3之間，分別比原木密度提高了37.3%、46.77%、43.1%和36.1%，且4 個(gè)刺槐品種膠合板密度均超過(guò)對(duì)照107 楊和桉樹(shù)膠合板密度，達(dá)到高密度板材要求。

4 個(gè)刺槐品種的靜曲強(qiáng)度介于85 MPa～105 MPa，大于桉樹(shù)的靜曲強(qiáng)度67 MPa，低于107 楊靜曲強(qiáng)度107 MPa。彈性模量介于7831 MPa～11041 MPa，只有‘魯刺10’的MOE 值低于桉樹(shù)的8679 Mpa，只有‘綠滿青山’MOE 值高于107 楊彈性模量10831 MPa，說(shuō)明刺槐品種的力學(xué)性能有提升空間，選育速生性和力學(xué)性能兼優(yōu)的品種可作為育種新目標(biāo)。4 個(gè)刺槐品種木材的膠合強(qiáng)度介于2.85 MPa～3.45 MPa 之間，均高于107 楊和桉樹(shù)膠合強(qiáng)度，說(shuō)明刺槐木材更適宜制作膠合板。

木材密度表示木材細(xì)胞壁物質(zhì)的多少，闊葉樹(shù)木材結(jié)構(gòu)及其細(xì)胞種類比較復(fù)雜，木材密度變化較大。孫恒等對(duì)人工林刺槐物理力學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果，刺槐木材的氣干密度、全干密度、基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量均隨樹(shù)齡的增大而增加[6]。鮑甫成等研究了22年生中林三北一號(hào)楊和26年生檸檬桉的木材密度[7]，吳世軍、羅浩等研究了雜種桉樹(shù)、四川藍(lán)桉木材密度[8-9]，其結(jié)果為楊樹(shù)幼齡材基本密度平均為0.328 g·cm-3，成熟材基本密度平均為0.333g·cm-3，桉樹(shù)幼齡材基本密度平均為0.626 g·cm-3，成熟材基本密度平均為0.728g·cm-3。本試驗(yàn)材料刺槐品種、107 楊和桉樹(shù)均為幼齡材，原木和膠合板密度測(cè)定數(shù)據(jù)僅表示這些樹(shù)種品種幼齡材的密度，其成熟材密度有何變化有待進(jìn)一步測(cè)試研究。

張亞梅等利用刺槐和桉樹(shù)木材試制高密度重組木，結(jié)果表明，2 種木材均適合制備高密度重組木；當(dāng)密度為1.10 g·cm-3時(shí)，2 種木材重組木的力學(xué)性能是其木材的1.5～2.0 倍，且刺槐重組木的MOR、MOE 力學(xué)性能與耐水性能優(yōu)于桉樹(shù)[10]。本試驗(yàn)刺槐品種膠合板橫向靜曲強(qiáng)度和彈性模量均大于桉樹(shù)，由此得出刺槐品種膠合板的承重和剛度性能優(yōu)于桉樹(shù)，具有更廣泛的用途。