浙江省永康市的五金工业产品在全国乃至世界上都享有盛誉，五金工业产值占全市工农业产值的90%以上。传统的五金产品如汽筒、锅、铲、园林工具、螺丝刀等都需要大量的木柄及木制配件。目前永康已成为一个木柄产销集散地，现有木柄加工厂400余家，年消耗木材18万m³，需采伐3 600 hm²森林。如此巨大的资源消耗量，使永康周边县市乃至临近省份的森林资源保护与合理利用遇到难题。通过对木柄加工企业的实地调查，发现加工原料多为木荷(Schima superba)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和枫香(Liquidambar formosana)等阔叶树种，而阔叶林是十分宝贵的资源，对保护和维持生物多样性等均有十分重要意义(兰思仁，2003; 邓涛等，2008)，这使得资源利用和保护的矛盾突显。调查还发现，各企业生产现状比较混乱，对原料尚无一定材性标准，木荷、青冈等传统的硬杂木占总量的70%以上。

在木材科学技术领域，我国学者对主要用材树种的木材性质和用途进行了卓有成效的研究(鲍甫成等，1998; 刘一星，2004)。五金工具柄加工是近年来的新兴产业，加工原料多为5 ~ 10年生、胸径5 cm左右的幼龄材。目前尚未有工具柄幼龄材的物理力学性质研究与用途适用性综合评价的相关报道。本文以目前实际生产中常用树种的幼龄材为研究对象，比较分析各原料树种的木材物理力学性质，并利用坐标综合法对各树种用作工具柄的适用性进行评价，从而为五金工具柄原料林的人工定向培育和合理加工利用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

1) 试验地概况 供试树种的采样林分均来源于浙江省永康市，该市位于浙江省中部，金衢盆地的东南，地理位置为119° 53′ 19″— 120°20′45″E，28°45′31″—29°06′19″N。地貌以丘陵盆地为主，北部、东部及南部多山，中西部地势平缓、丘阜广布。全市东西长45 km，南北宽38 km，土地总面积1 049 km²。属亚热带季风气候，四季分明，光热水资源丰富，雨热同步，光热互补，适宜于多种亚热带树种的生长。年平均日照时数为1 809.9 h; 年平均气温为17.6 ℃，7月份平均气温29.5 ℃，极端最高气温41.7 ℃; 1月份平均气温5.3 ℃，极端最低气温-11.8 ℃; ≥10 ℃作物活跃生长期的活动积温5 544 ℃; 无霜期245天左右; 常年降水量1 397.8 mm。

2) 试材采集 参试树种试材均来自永康市人工幼龄林，自然条件基本相近。选取林分平均木作为样本进行采样，取样树种及其林分基本情况见表 1。由于样木胸径多为10 cm上下的小径材，为了能够合理制作各试样，取样时自地径以上截取2 m长的木段作为试材，运回实验室作为木材物理力学性质测定材料。

1.2 试验方法

将试材在室内气干后，加工成无疵小试样，木材物理性质的样本量为35个，力学性质的样本量为50个。试验在浙江省林产品质量检测站进行，木材抗弯弹性模量参照GB/T 17657-1999 《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》(国家质量技术监督局，1999)，其余各项木材物理力学指标的测定均参照GB 1927 ~ 1943-91《木材物理力学性质试验方法》(国家质量技术监督局，1991)。木材冲击韧性在济南试金木材万能试验机MWE-40上测试，其余各项性质指标在济南试金电子式万能试验机MWD-20上测试。

1.3 数据处理

气干密度和各项力学性质均已调整到含水率12%时的数值。采用Excel (冯梅，2007)和SAS 9.1(黄少伟等，2001)统计分析软件对原始数据进行整理和分析。利用坐标综合法对15个树种木材的工具柄加工适用性做出综合评价。

2 结果与分析 2.1 木材物理性质的差异

1) 木材密度的差异 木材密度是木材单一性质中最重要的指标，是判断木材工艺性能和物理性质的关键因子，也是树木营林、育种的主要评定指标，对林木的定向培育和木材的加工利用有着极为重要的意义(Panshin et al., 1980; 成俊卿，1985)。由多重比较结果(表 2)可知:木材密度在树种间存在极显著差异，气干和全干密度变异范围分别为0.432 ~ 0.852 g·cm^-3和0.412 ~ 0.820 g·cm^-3，最大值是最小值的1.97和1.99倍。根据《木材物理力学性质分级表》(中国林科院木材工业研究所，1982)，拟赤杨、檫木和喜树等8个树种的密度等级为轻(0.36 ~ 0.55 g·cm^-3)，黄山栾树、女贞、法国梧桐、枫香和木荷等5个树种的密度等级为中(0.56 ~ 0.75 g·cm^-3)，青冈和无患子2个树种的密度等级为重(0.76 ~ 0.95 g·cm^-3)。多重比较结果也表明:无患子的气干和全干密度与其他树种存在极显著差异，青冈、木荷、枫香、法国梧桐、女贞和黄山栾树的密度也依次极显著大于其他树种。此外，大多数树种气干和全干密度的变异系数均在6.0%以内，而青冈的变异系数分别达到14.93%和14.56%，表明青冈木材密度的分散程度大于其他测试树种。

2) 木材干缩和湿胀差异 木材干缩是其加工利用上的一大问题，常因干缩不均而引起木材开裂、翘曲变形等缺陷。了解木材的干缩规律在木材加工上有很重要的意义(成俊卿，1985)。由表 2可知:木材体积干缩系数在树种间存在极显著差异。黄山栾树、喜树和无患子3个树种气干至全干时的体积干缩系数属甚大( > 0. 65%)，拟赤杨和女贞的体积干缩系数属大(0. 56% ~ 0. 65%)，其余参试树种的干缩系数属中等以下(刘一星，2004)。

木材湿胀不仅增大原有尺寸，同时改变形状，强度也随之下降，一般是木材利用上的不良性质。与干缩系数类似，黄山栾树、喜树、无患子和女贞4个树种由全干到气干时的木材体积湿胀性最大，均达到7%以上。综合干缩系数和湿胀性，参试树种中木材尺寸稳定性最好的是乐昌含笑，其体积干缩系数和湿胀性仅分别为0.411%，4.870%;其次是木荷(0.429%，5.038%)、枫杨(0.449%，5.621%)和青冈(0.450%，5.619%)。

2.2 木材力学性质的差异

木材的力学性质是木材合理利用的一个重要依据。参试树种木材的各力学性质指标见表 3。经方差分析后可知:木材的各力学性质在树种间存在极显著差异。

1) 冲击韧性 参试树种木材的冲击韧性可分为3个等级，拟赤杨、喜树和女贞等10个树种属中等(24.50 ~ 83.30 kJ·m^-2)，小果冬青、黄山栾树、木荷和青冈等4个树种属高等(83.40 ~ 142.10 kJ·m^-2)，无患子属甚高( > 142.10 kJ·m^-2) (刘一星，2004)。木材冲击韧性高于国产阔叶材平均值(76.40 kJ·m^-2)的有喜树、女贞、小果冬青等7个树种(鲍甫成等，1998)。

2) 顺纹抗压强度和顺纹抗剪强度 大多数参试树种的木材顺纹抗压强度等级较低，仅有女贞、木荷和青冈3个树种顺纹抗压强度 > 45.1 MPa，属国产材的中等水平(李坚，1991)。在径向和弦向顺纹抗剪强度上，黄山栾树、木荷、青冈和无患子4个树种不同程度地优于其他参试树种。

3) 抗弯强度和抗弯弹性模量 抗弯强度和抗弯弹性模量在树种间的变化趋势与冲击韧性类似，依然是女贞、小果冬青、黄山栾树等6个树种优于其他10个等级为甚低的参试树种，但此6个树种强度也仅为低等(刘一星，2004)。

4) 硬度 木材端面硬度最大值为无患子9 657 N，最小值为枫杨2 691 N，二者之间相差2.59倍。所有树种中，端面硬度等级为硬(6 501 ~ 10 000 N) (尹思慈，1990)的分别是木荷、黄山栾树、女贞和无患子，其中无患子的端面、径面和弦面硬度为9 657，10 763和11 636 N，三者之比为1: 1.11: 1.20，以弦面硬度为最大。

2.3 工具柄用材的加工适用性评价

坐标综合评定法是一种以多维空间、多维向量理论为依据的评价方法，被较多地应用在林学和木材科学研究领域的相关研究中(鲍甫成等，1998; 陆文达等，1993; 刘盛全等，2006)。工具因种类和用力大小的不同，对工具柄材质要求也不尽相同。通常要求坚韧、重硬、抗冲击和抗弯强度大、干缩小、加工后表面光滑(刘一星，2004)。因此，本研究选择木材密度、硬度、冲击韧性、抗弯强度、抗弯弹性模量和体积干缩系数等材性指标，并根据其对工具柄加工的重要性设定各自权重。9个材性指标的权重设定如下:抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性和体积干缩系数各为0.15，气干密度和全干密度各为0.10，端面硬度、径面硬度和弦面硬度分别为0.05。综合评价法的具体运算参考刘盛全等(2006)的方法，15个树种的木材加工适用性评价结果如表 4所示。由表 4可知:无患子、木荷、青冈和女贞的P_i²值分别为0.021，0.043，0.056和0.089，均小于0.100，在15个树种中分列1至4位; 黄山栾树、枫香、小果冬青和法国梧桐的P_i²值分别为0.101，0.124，0.129和0.140，均小于0.150，分列5至8位; 喜树、马褂木等7个树种的P_i²值依次递增，用作五金工具柄的适用性程度也依次降低。

3 结论

1) 通过对15个五金工具柄常用树种木材物理力学性质指标的测定和比较分析，发现各项指标在树种间均存在极显著差异。物理性质方面，黄山栾树、女贞、法国梧桐、枫香和木荷等5个树种的密度等级为中，青冈和无患子2个树种的密度等级为重，此7个树种的气干密度显著区别于其他树种; 乐昌含笑的尺寸稳定性在参试树种中最好，其体积干缩系数和湿胀性仅分别为0.411%，4.870%，其次是木荷(0.429%，5.038%)和枫杨(0.449%，5.621%)。木材力学性质在各树种间变化范围极大，其中无患子的冲击韧性、顺纹抗剪强度(径向、弦向)和硬度(端面、径面、弦面)等指标均为最大值，分别是对应指标最小值的4.23，1.80，1.74，3.67，4.31和5.32倍，极显著大于其他树种。青冈、木荷、黄山栾树、小果冬青和女贞等树种的抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度等指标分列所有树种的前列，不同程度地高于其他参试树种。

2) 利用坐标综合法对15个五金工具柄用材树种的木材加工适用性进行评价，发现无患子以其优良的木材材性被评为最适合用作工具柄的原料树种，木荷与青冈次之，其次是女贞、黄山栾树、枫香、小果冬青和法国梧桐。

本次研究结果对永康等浙中地区速生短轮伐期工具柄原料林的树种选择和定向培育有积极的指导意义; 但由于本次测试材料多取自于幼龄林，各树种尚未达到传统意义上的数量成熟期，其木材物理力学性质还没有达到最大值，参试树种成熟材的加工适用性还有待进一步研究。