四种木材吸湿尺寸稳定性的比较分析

四种木材吸湿尺寸稳定性的比较分析
陈凤义;魏路;孙照斌;马淑玲;酆志博;姚建龙
【摘要】在温度(20±2)℃，相对湿度(65±5)%、(86±5)%、(33±5)%的条件下，对樟子松、云杉、杨木和榉木四种木材进行了尺寸稳定性测定。

结果表明：①四种木材大小试件吸湿率的大小排序为：云杉>榉木>杨木>樟子松；解吸率的大小排
序为：樟子松>杨木>云杉>榉木。

②湿胀率和收缩率径向取平均值后大小排序为：榉木（0.988%）>云杉（0.715%）>杨木（0.585%）>樟子松（0.487%）；弦
向湿胀收缩率取平均值后大小排序为：榉木（1.247%）>云杉（1.021%）>杨木（0.908%）>樟子松（0.858%）。

可以认为：樟子松的尺寸稳定性较好，杨木次之，再次是云杉，榉木的稳定性较差。

%Dimensional stability for four wood
of pinus sylvestris,picea asperata,beech and populus tomentosa was tested. This research was completed under the conditions of(20±2)℃from(65±5)% to(86±5)% and(33±5)% of relative humidity as materials to study their dimensional stability. Results indicate that in the aspect of the moisture absorption rate:spruce is the maximum,beech followed,populus tomentosa next,pinus sylvestris is the minimum .In the aspect of the mois-ture desorption rate:pinus sylvestris is the maximum,populus tomentosa followed,spruce next,beech is the minimum .In the aspect of swelling and shrinkage,the length is very small,the biggest is 0.06%. Four woods in string,Beech is the maximum 1.247%,picea asperata is the next
1.021%,then is populus tomentosa 0.908%,pinus sylvestris is the minimum 0.858%. In the aspect of diameter of four woods Beech is the maximum
0.988%,picea asperata is the next 0.715%,then is populus to-mentosa
0.585%,pinus sylvestris is the minimum 0.487% .To sum up,the dimensional stability of pinus sylvestris is the best,populus tomentosa followed,then is picea asperata,and beech is the worst .
【期刊名称】《林业机械与木工设备》
【年(卷),期】2015(000)009
【总页数】4页(P31-34)
【关键词】木材;吸湿性;收缩率;湿胀率
【作者】陈凤义;魏路;孙照斌;马淑玲;酆志博;姚建龙
【作者单位】廊坊华日家具股份有限公司，河北廊坊065001;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;常州市产品质量监督检验所，江苏常州213000
【正文语种】中文
【中图分类】TS612
干缩湿胀是木材的天然特性，这种特性使木材尺寸随环境温度和湿度的变化而不断地变化［1］。

木材对水的敏感性远大于塑料、金属、玻璃等材料，当木材含水率在其纤维饱和点以下时，随着所处环境（温度、相对湿度）的变化，木材会从周围空气中吸收（以气体形式的吸附）或释放出水分，导致木材含水率变化，直至水分交换达到动态平衡为止［2］。

木材含水率的变化会引起木材的干缩湿胀，影响木材的尺寸稳定性、力学性质以及环境调节性等各种特性［3］。

干缩湿胀是木材加工及利用中的一大难题，木材干缩湿胀会引起尺寸和体积变化，木材干缩不均将产
生开裂、翘曲等缺陷［4］。

榉木、樟子松，云杉，杨木是木材工业应用比较广泛的四种木材，本研究主要对这四种木材的吸湿性能进行研究比较，以期为这四种木材的应用提供参考，择优选材。

1.1 试验材料
（1）樟子松：木材市场购买，气干密度0.467 g/cm3，弦向干缩系数0.324%，径向干缩系数0.144%。

（2）云杉：某乐器厂提供，气干密度0.333 g/cm3，弦向干缩系数0.318%，径向干缩系数0.126%。

（3）榉木：某地板厂提供，气干密度0.791 g/cm3，弦向干缩系数0.326%，径向干缩系数0.209%。

（4）杨木：木材市场购买，气干密度0.38 g/cm3，弦向干缩系数0.289%，径向干缩系数0.142%。

1.2 试验仪器
游标卡尺，精度0.01 mm；天平，精度0.001 g；烘箱；玻璃干燥器和称量瓶。

1.3 试验方法
1.3.1 吸湿率与解吸率试验
本试验采用以下条件：20℃温度下配制亚硝酸钠饱和盐溶液500 mL，环境相对湿度（65±5）%。

20℃温度下配制氯化钾和氯化镁饱和盐溶液各500 mL，环境相对湿度为86%和33%，此溶液置于干燥器内［5］。

①试材锯解和试样截取按GB/T 1929-2009第3章的规定进行。

每种木材的试样分长方体大试件和正方体小试件两种规格，大试件尺寸为长L=（200±1）mm、宽b=（20±0.5）mm、厚=t，小试件弦向×径向×纵向为20 mm× 20 mm×20 mm［6］。

每种木材的大小试件数量均为30个。

②在温度为（20±2）℃、相对湿度（65±5）%的条件下对所有试件进行调质处理至质量恒定（相邻两次称重质
量差小于试件质量的0.5%视为平衡）［7］。

③测量各试件的尺寸和质量，并把试件分成两组，每组每种试件15个。

大试件需分别测试端部和中部尺寸（大试件中部特指距离端头50 mm处，端部即端头部位）。

④调节恒温箱的温度至
（20±2）℃，将两组试件分别置于试验条件A和试验条件B下处理，干燥器放于同一个恒温箱内进行状态调节。

试验条件A：温度（20±2）℃、相对湿度（30± 5）%；试验条件B：温度（20±2）℃、相对湿度（85±5）%。

⑤间隔24 h、48 h、96 h抽样称质量，直至平衡后取出。

⑥按规定的方法测量试样尺寸和质量，并目测检查试样的状态［8］。

⑦数据处理、计算方法参照《木材干燥学》［9］。

1.3.2 湿胀率与收缩率试验
将各试件分别浸泡达到饱水状态、气干状态达到含水率平衡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、弦向和纵向尺寸变化，通过计算得到四个材种的干缩湿胀率［10］。

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GBT 1928-2009》［11］《木材干缩性测定方法GBT 1932-2009》［12］《木材湿胀性测定方法GBT 1934-2-2009》［13］《木材吸水性测定方法GBT 1934-1-2009》［14］《木材含水率测定方法GB/T 1931-2009》［15］。

2.1 吸湿与解吸特性
2.1.1 吸湿率与解吸率
四种木材小试件与大试件的吸湿率曲线分别如图1和图2所示，四种木材小试件与大试件的解吸率曲线分别如图3和图4所示。

从图1和图2可以看出，四种大小试件的吸湿率刚开始都是快速上升，之后呈波动的上升趋势。

小试件中，吸湿率最大为B云杉4.967%，最小为A樟子松
1.979%；大试件中，吸湿率最大为B云杉4.122%，最小为A樟子松
2.026%。

大小试件吸湿率大小排序均为：云杉＞榉木＞杨木＞樟子松。

四种木材大小试件都
是在48～96 h这个时间段内吸湿曲线的斜率最大，说明在此时间段内吸湿最快。

四种木材中小试件在240 h后基本都达到了吸湿平衡，而大试件在288 h后才逐
渐达到吸湿平衡。

虽然大试件达到吸湿平衡比小试件用的时间长，但得到的吸湿率大小排序与小试件一致。

从图3和图4可以看出：在小试件中，吸解率最大为A樟子松3.413%，最小为
C榉木1.601%；大试件中，解吸率最大为A樟子松4.122%，最小为B为云杉
1.739%。

解吸率大小排序总体趋势均是：樟子松＞杨木＞榉木＞云杉，且大试件
解吸平衡比小试件所用的时间长，除了榉木和云杉两者的解吸率稍有出入外，解吸率大小排序基本一致。

在解吸平衡过程中，96 h后四种木材的解吸率基本上呈直线，说明解吸率是相对均匀的；樟子松在48～96 h这个时间段内解吸率比其他三种木材大，240 h以后，解吸的速度变缓，288 h以后四种木材的解吸率基本趋于不变。

同种木材大小试件吸湿率对比显示，同种木材的大小试件，小试件先达到吸湿平衡，但从整体趋势上看，大小试件吸湿率变化趋势是一致的，达到吸湿平衡时，大小试件的吸湿率相同或近似相同。

2.1.2 吸湿、解吸速率
四种木材的吸湿解吸速率对比如图5所示。

从图5可以看出，吸湿速率最快的是榉木，达到41.900%，最慢的是樟子松，为17.684%；解吸速率最快的是樟子松，达到42.410%，最慢的是榉木，为
20.751%。

吸湿速率大的解吸速率就小，吸湿速率小的解吸速率就大，只有杨木
的吸湿速率和解吸速率比较接近。

2.2 湿胀特性
保持温度不变，四种木材试件（大试件）从相对湿度（65±5）%到相对湿度
（85±5）%吸湿平衡过程中弦向方向尺寸会发生湿胀，并且不同部位的湿胀程度
也不同。

四种木材大小试件湿胀率试验结果如图6、图7所示（大试件中部特指距离端头50 mm处，端部即端头部位）。

从图6和图7可以看出，四种木材长度方向即纵向湿胀率都很小，最大的是榉木0.062%，最小的是樟子松0.039%，这符合已有的结论，它们的大小排序是榉木＞云杉＞杨木＞樟子松。

弦向湿胀率：四种木材都是端部的湿胀率大于中部的湿胀率，弦向湿胀率中端部最大的为榉木2.123%，最小的为樟子松0.970%；弦向湿胀率中中部最大的为榉木1.576%，最小的为樟子松0.544%。

弦向湿胀率（端部和中部）大小排序为：榉木＞云杉＞樟子松、杨木，樟子松和杨木接近。

径向湿胀率：四种木材的径向湿胀率也都是端部的大于中部的，径向湿胀率中端部最大的为榉木1.485%，最小的为樟子松0.556%；径向湿胀率中中部最大的为榉木1.044%，最小的为樟子松0.340%。

径向湿胀率总的大小排序为：榉木＞云杉＞杨木＞樟子松。

2.3 干缩特性
保持温度不变，四种木材试件（大试件）从相对湿度（65±5）%到相对湿度（33±5）%解吸平衡过程中各方向尺寸都会发生收缩，并且不同部位的收缩程度也不同。

四种木材大试件收缩率试验结果如图8、图9所示。

从图8和图9可以看出，四种木材（大试件）长度方向即纵向收缩率都很小，最大的是榉木0.062%，最小的是樟子松0.036%，这也符合已有的结论，它们的大小排序为：榉木＞云杉＞杨木＞樟子松。

弦向收缩率：四种木材（大试件）除了榉木外，其他三种木材的弦向收缩率都是端部小于中部；端部收缩率最大的是榉木0.845%，最小的是樟子松0.719%；中部收缩率最大的是榉木1.173%，最小的是樟子松0.594%。

径向收缩率：四种木材试件中，除了杨木外，其他三种木材的径向收缩率都是端部
的稍小于中部的，端部收缩率最大的是榉木0.717%，最小的是樟子松0.419%；中部收缩率最大的是榉木0.784%，最小的是樟子松0.441%；其中云杉径向端部和中部的收缩率非常接近，均在0.650%左右。

（1）四种木材大小试件的吸湿率排序均为云杉＞榉木＞杨木＞樟子松；解吸率大小排序均为樟子松＞杨木＞云杉＞榉木，解吸率、吸湿率不受试件大小的影响。

一种木材的吸湿率大则解吸率就相对小，吸湿率小则解吸率就大，木材的吸湿、解吸达到平衡含水率时两者平衡。

（2）四种木材吸湿速率最快的是榉木41.900%，最慢的是樟子松17.684%；解吸速率最快的是樟子松42.410%，最慢的是榉木20.751%。

吸湿速率大的解吸速率就小，吸湿速率小的解吸速率就大。

（3）四种木材湿胀率径向、弦向大小排序为：榉木＞云杉＞杨木＞樟子松；对于弦向和径向湿胀率，四种木材都是端部的湿胀率大于中部的湿胀率。

（4）四种木材收缩率径向、弦向大小排序为：榉木＞云杉＞杨木＞樟子松；对于弦向和径向收缩率，四种木材都是端部的收缩率小于中部的收缩率。

（5）四种木材的径、弦向的湿胀率和收缩率大小排序一致，可以认为樟子松的尺寸稳定性较好，杨木次之，再次是云杉，榉木的最差。

【相关文献】
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［13］GB/T 1934-2009，木材湿胀性测定方法［S］.北京：中国标准出版社，2009.
［14］GBT 1934-1-2009，木材吸水性测定方法［S］.北京：中国标准出版社，2009.
［15］GB/T 1931-2009，木材含水率测定方法［S］.北京：中国标准出版社，2009.。