为了更好地合理开发和高效利用我国南方珍贵人工林木材资源，作者对西南桦(Betula alnoides)和红锥(Castanopsis hystrix)人工林木材的木材性质及其加工特性开展了系统研究，已经获得2种珍贵阔叶树木材的基础材性指标(吕建雄等，2005；2006)。研究结果表明：西南桦为散孔材，纹理直，木材淡红褐色，花纹色泽美观，材质细腻，硬度和强度中等；红锥为半环孔材，心材色红，结构细至中，其木材淡红色至褐红色，树干通直，密度中，硬度和强度中等。这些基本特性表明了这2种珍贵阔叶树人工林木材可应用于家具制造、胶合板生产、室内装饰等高附加值用途。为了进一步提高人们对这2种人工林木材的认可程度及其市场竞争力，非常有必要对其应用于上述场合下的相关性能进行评价。本文测定了西南桦和红锥2种人工林木材长期尺寸稳定性、胶合性能、油漆性能和木材表面硬度4方面性能，为了进行比较，选取了珍贵的天然林阔叶材蒙古栎(Quercus mongolia)为对照试材。

1 材料与方法 1.1 试验材料

西南桦和红锥试材采自广西省凭祥市，树龄为22年，平均胸径均为22 cm，本次研究试材取自于每株5.3~7.3 m段，减少了每株高度上的差异。西南桦4株，试验时含水率为9.07%，基本密度为0.5 g·cm^-3；红锥5株，试验时含水率为9.43%，基本密度为0.491 g·cm^-3；蒙古栎尺寸为400 mm×60 mm×2 000 mm，共4块，试验时含水率为7.75%，基本密度为0.512 g·cm^-3。试件的尺寸和数量如表 1，完全随机处理。

1.2 试验方法

1) 长期尺寸稳定性  参照新西兰林业研究院标准进行测试。首先将试件放置在较高相对湿度的环境下，待平衡后测量其弦径向尺寸，然后再把试件放在低相对湿度的环境中，待试件再次达到平衡后测量其弦径向尺寸，利用弦向和径向膨胀系数和来描述长期尺寸稳定性，膨胀系数是相对湿度每改变1%，木材横纹理尺寸变化的百分数(申宗圻，1990)。本次试验选定的高湿度为80%，低湿度为35%。

2) 胶合性能  胶合性能的测试参照ASTM D905-89标准进行，胶黏剂是交联聚醋酸乙烯酯(PVA)。首先，将试件(尺寸为21 mm×52 mm×304 mm)在温度为20 ℃、相对湿度为65%的恒温恒湿箱中处理1周；在胶合前，再将试件刨成20 mm×52 mm×304 mm，胶合时室内气温为14 ℃左右，施胶量为250 g·m^-2，冷压压力为2.0 MPa；胶合后再在相对湿度为50%、温度为23 ℃的恒温恒湿箱中处理1周，把试件加工成20 mm×50 mm×50 mm的试样，试验时加载速度5.0 mm·min^-1，其胶合方式为顺纹胶合，分为3种胶合方式，分别为径面和径面、弦面和弦面、径面和弦面。通过剪切强度来评价这3种木材的胶合性能。

3) 油漆性能  漆膜附着力和漆膜磨耗值是评价油漆性能好坏的重要指标。本次试验中，测试木材漆膜附着力参照ASTM D3359-93和磨耗值测量参照GB/T 17657-1999进行，使用的设备为Taber型耐磨仪。试件的尺寸为110 mm×8 mm×300 mm。油漆工艺有3种，第1种是3遍都刷硝基漆；第2种是3遍都刷聚酯漆；第3种是前2遍涂硝基漆，面漆为聚酯漆。

4) 木材表面硬度  木材表面硬度测试参照日本工业标准JISZ 2117-1963进行，试件为边长40 mm的立方体，钢球压入深度为0.32 mm，平均压入速度为0.5 mm·min^-1，半球的最大截面积约等于10 mm²，木材硬度等于荷载与截面积之比。

2 结果与分析 2.1 长期尺寸稳定性

西南桦、红锥和蒙古栎木材弦向与径向膨胀系数和见表 2，其平均值分别为0.064%、0.068%和0.066%，变异系数分别为19.17%、22.50%和20.51%，即红锥木材弦向和径向膨胀系数和最大，其次是蒙古栎，最小的是西南桦。西南桦木材长期尺寸稳定优于红锥木材，与前期研究结果一致(吕建雄等，2006)。根据对红锥和西南桦人工林木材干缩特性的研究结果(吕建雄等，2005)，在5.3 m高处，西南桦木材的弦径向干缩率分别为6.778%和5.321%，红锥木材的弦径向干缩率分别为7.966%和4.494%，表明西南桦弦径向干缩率和略也小于红锥木材。

2.2 胶合性能

测试结果如表 3所示。西南桦人工林木材的径面与径面、弦面与弦面、径面与弦面的胶合剪切强度平均值分别19.20、19.16、18.88 MPa；红锥人工林木材的径面与径面、弦面与弦面、径面与弦面的胶合剪切强度平均值分别15.77、17.22、16.86 MPa；蒙古栎木材的径面与径面、弦面与弦面、径面与弦面的胶合剪切强度平均值分别18.43、20.19、19.49 MPa。经方差分析显示，3种木材所有顺纹理的胶合强度存在显著差别，西南桦和蒙古栎木材与红锥木材之间存在极显著差异(p=0.000 012)，而西南桦和蒙古栎无差异。通过对3种树种木材内的径面与径面、弦面与弦面、径面与弦面差异比较，结果发现，西南桦和红锥木材的3个胶合方向之间没有差异，蒙古栎木材的3个胶合方向之间存在差异(p=0.012 49)。为了揭示3种木材胶合强度存在显著的缘由，本研究进一步对3个树种木材自身的顺纹抗剪切强度进行了测定，结果发现，径面顺纹抗剪切强度均要小于弦面顺纹抗剪切强度，三者比较，红锥顺纹剪切强度最小，径面和弦面分别为9.85和12.95 MPa；其次是蒙古栎，径面和弦面分别为11.90和12.30 MPa；最大的是西南桦木材顺纹抗剪切强度，径面和弦面分别为14.10和16.85 MPa。由此可见，红锥木材较低的顺纹剪切强度是其胶合强度较差的一个主要原因。

为了进一步比较3种木材的胶合剪切强度，将其进行分等，其分等标准参照新西兰林业研究院的标准。优：大于14 MPa；良：10~14 MPa；中：6~10 MPa；差：2~6 MPa；劣：小于2 MPa。西南桦木材胶合强度优、良、中的比率分别为95.6%、3.3%、1.1%；红锥木材优、良的比率分别为89.39%和10.61%；蒙古栎木材胶合强度的优等比率为100%。对各等级比率进行加权积分，优计5分，良计4分，中计3分，分别乘各自比率的和，得到3种木材胶合强度的质量等级值，同时把等级值分成优(4~5)、良(3~4)、中(2~3)、差(1~2)、劣(0~1)。西南桦、红锥和蒙古栎的质量等级值分别为4.94、4.89和5.00，表明蒙古栎胶合强度效果最好，其次是西南桦，红锥稍差一点，但它们均属于优等。

2.3 油漆性能

根据表 4检查木材网格上剥离的漆膜面积以及比例(ASTM D3359-93)。国家标准规定优等品实木地板漆膜附着力指标为0~1级；一等品≤2级；合格品≤3级。

3种不同工艺下的木材漆膜附着力测试结果如表 5，在3种树种之中，采用第1种涂饰工艺的试样合格率最大，每种木材的漆膜附着力合格比率均为100%。如果统计优等品的比率也是第1种涂饰工艺最佳，所以从测试漆膜附着力效果来看，第1种涂饰工艺效果最佳。对3种木材漆膜附着力等级进行加权积分，其计算方法和胶合强度质量等级的计算方法相同，得到3种树种木材漆膜附着力质量等级值，西南桦、红锥和蒙古栎漆膜附着力质量等级值分别为4.13、4.71和4.20，最佳的是红锥木材，西南桦和蒙古栎木材的漆膜附着力质量等级积分相差无几，但3种木材的漆膜附着力均属于优级。

表面耐磨程度是表征实木地板表面漆膜的抗磨损能力，而漆膜的磨耗值是衡量漆膜耐磨的指标。国家对实木地板规定:优等品实木地板漆的表面耐磨指标≤0.08 g·(100 r)^-1；一等品≤0.10 g·(100 r)^-1；合格品≤0.15 g·(100 r)^-1，但不能出现漆膜磨透现象。参照国家标准，分别对3种不同涂饰工艺的漆膜磨耗值进行测试。按照国家标准GB/T 17657-1999的要求分等，把漆膜磨耗值分成优等、一级、合格和不合格，结果如表 6所示。比较3种涂饰工艺对3种木材漆膜磨耗值的结果，第1种涂饰工艺3种木材漆膜磨耗值的及格比率均要大于其他2种工艺，西南桦、红锥和蒙古栎木材及格比率分别为100%、62.5%和100%。产生这种情况的原因可能在于油漆种类不同，在涂饰过程中，聚酯漆膜不易干燥，而且漆膜比硝基漆膜薄，这导致聚酯漆膜硬而脆。对3种木材漆膜磨耗值等级进行加权积分，其计算方法和胶合强度质量等级的计算方法相同，得到3种树种木材漆膜磨耗值质量等级值，西南桦、红锥和蒙古栎漆膜磨耗值质量等级值分别为3.67、2.63和3.40。西南桦耐磨性能最好，其次是蒙古栎，红锥的耐磨性能最差，西南桦和蒙古栎的漆膜磨耗值属于良，而红锥的属于中。

由上述2个指标的结果可知，涂饰工艺第1种最佳，底漆和面漆都是硝基漆。本研究采用第一种涂饰工艺比较3种木材的油漆性能，将漆膜附着力和漆膜磨耗值质量等级值的平均值作为该树种木材涂饰性能的质量等级值，西南桦、红锥和蒙古栎木材涂饰性能质量等级值分别为3.90、3.67和3.80，即西南桦涂饰性能最好，其次是蒙古栎，红锥最差，但是3种木材涂饰性能均属于良。

2.4 木材表面硬度

每段木材南北向各取3块测量其表面硬度，测试蒙古栎木材表面硬度从每块锯材中取5块无疵小试样，其试样尺寸为40 mm×40 mm×40 mm。测试前，将所有试样放在相对湿度为65%、温度为20 ℃的恒温恒湿箱中处理，时间为2周，测试结果如表 7。

相对木材径面和弦面的表面硬度而言，端面的表面硬度要明显大于径弦面的表面硬度。从上述3个面硬度的结果可以得出，在径面和端面上，蒙古栎的值最大，分别是13.0和38.1 MPa；其次是西南桦，分别为11.0和33.0 MPa；最小是红锥，其值为7.7和26.6 MPa；而在弦面上，西南桦最大，其值为14.2 MPa；其次是蒙古栎，其值为12.5 MPa；最后是红锥，其值为10.6 MPa。究其原因可能有2方面：一方面与木材基本密度有关，本试验蒙古栎、西南桦和红锥木材的基本密度分别为0.512、0.500和0.491 g·cm^-3，密度越大，其木材表面硬度越大，而且是呈线性关系；另一方面与生长轮数有关，蒙古栎的每英寸生长轮数为20左右，西南桦和红锥木材的每英寸生长轮数为6~7，单位长度的生长年轮数越大，其木材表面硬度也越大(成俊卿，1985)。

3 结论

蒙古栎的径弦向膨胀系数和为0.066%，胶合强度和漆膜附着力的质量等级为优，而漆膜磨耗值质量等级值为良；径面、弦面和端面的表面硬度平均值分别为13.0、12.5和38.1 MPa。

西南桦木材弦径向膨胀系数之和为0.064%，比蒙古栎的略低；胶合强度和漆膜附着力的质量等级为优，而漆膜磨耗值质量等级值为良；径面、弦面和端面的表面硬度平均值分别为11.0、14.2和33.0 MPa，与蒙古栎相比，西南桦径面和端面硬度稍低一点，其弦面硬度反而高出蒙古栎。

红锥木材径弦向膨胀系数之和为0.068%，比蒙古栎的稍高一点；胶合强度和漆膜附着力的质量等级为优，而漆膜磨耗值质量等级为中；径面、弦面和端面的表面硬度平均值分别为7.7、10.6和26.6 MPa，其3个面的硬度值均比蒙古栎的小。

由于蒙古栎木材是目前常用高档家具和装饰用材，通过对以上4个方面性能的比较，可以认为，西南桦和红锥人工林木材与蒙古栎一样，是一种优良的实木制品用材，适用于制造高档家具与装饰用材等高附加值产品。