木材横纹抗拉强度的含水率依存性研究

摘 要

我国的木材资源匮乏，为了能充分地利用木材，其在物理力学性能上的研究就显得很是重要。横纹抗拉强度是承受垂直于木材纹理方向的拉伸荷载的能力。木材横纹抗拉强度很低，在干燥时，木材因为应拉力大于横纹抗拉强度而产生了开裂的现象，横纹抗拉强度会受到很大的削弱，甚至会完全丧失。由此我们可以看出木材发生开裂的原因与横纹抗拉强度有一定的直接关系，对于横纹抗拉强度的研究也应是首当其冲的。本研究的目的为探讨木材的含水率对横纹抗拉强度的影响。

关键词：横纹抗拉强度（径向、弦向）、含水率、干燥开裂

1 研究的目的及意义

随着我国木材工业的迅速发展和人民生活水平及审美的提高，我们在木材的需求量上也日益大幅度地增加。然而当前我国的木材资源十分匮乏，同时大量向外进口木材的现象，使得我国把加工用材的目光放向了木材物理力学性能上，从而能够充分利用木材。[^[1]]木材在干燥初期，自由水会大量蒸发，表面的水分蒸发速度远远大于木材内部的水分移动速度，因此木材表面会比木材内部先发生干缩，从而使得木材内部承受应压力，表面承受应拉力。当应拉力大于木材横纹抗拉强度时，木材的表面发生开裂。在干燥过程中，当木材表面硬化严重，毛细管张力和干燥应力均作用在木材细胞上，内部所承受的拉应力大于木材横纹抗拉强度，易生内部开裂。我们能发现木材发生开裂的原因与横纹抗拉强度有一定的直接关系。[^[2]][^[3]]因而，在提高木材的价值与利用率上，横纹抗拉强度是不可忽视的，这需要我们去研究横纹抗拉强度的大小。本研究的目的为探讨杨木的含水率对横纹抗拉强度的影响。

2 木材力学强度的影响因素

2.1 木材构造对力学强度的影响

2.1.1细胞壁

细胞壁是木材的实质承载结构，壁薄腔大，则木材密度小，其力学强度低；相反，壁厚腔小，则木材密度大，力学强度高。细胞壁的化学成分为纤维素、半纤维素和木质素。纤维素、半纤维素和木质素相互交联，紧密结合在一起，从而使木材具有一定的力学性能。其中的纤维素是细胞壁的主要结构成分，为细胞壁的骨架物质，是细胞壁强度的主要来源。半纤维素在细胞壁中起到了基体物质的作用，能够增加细胞壁的刚度，对细胞壁的纵向拉伸弹性模量和压入模量影响显著，细胞壁的拉伸强度和断裂伸长率随着半纤维素的降解而降低。木质素可使细胞壁坚硬，为细胞壁的结壳物质。木质素在干燥状态下,对细胞壁的纵向拉伸弹性模量和压入模量影响程度不大。而木质素对细胞壁的拉伸强度、断裂伸长率以及硬度影响显著。细胞壁的拉伸强度和断裂伸长率随着木质素含量的减少而增大,细胞壁的硬度却随着木质素的脱除而降低。[^[4]]