ISO 13061-162025 木材的物理和机械性能 - 小透明木材试样的试验方法 - 第16部分体积溶胀的测定标准立项发展报告

*木材的物理和机械性能-小透明木材试样的试验方法-第16部分:体积溶胀的测定标准立项发展报告标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Physicalandmechanicalpropertiesofwood—Testmethodsforsmallclearwoodspecimens—Part16:Determinationofvolumetricswelling摘要木材作为一种天然、可再生、可降解的生物质材料，在建筑、家具、交通及能源等领域具有广泛应用。其尺寸稳定性，尤其是因水分变化引起的湿胀干缩现象，是影响木材应用性能的核心指标之一。本报告围绕国际标准化组织最新发布的ISO13061-16:2025《木材的物理和机械性能-小透明木材试样的试验方法-第16部分：体积溶胀的测定》展开深入分析。报告首先阐述了标准制定的背景，即在全球气候变化和木材资源高效利用的背景下，统一并规范木材体积溶胀率测定方法的迫切需求。其次，详细解析了标准的核心技术内容，包括试验原理、试样的制备要求、测量仪器的精密度、测试步骤的标准化流程以及数据的计算方法。报告重点指出，该标准通过规范“小透明木材试样”这一关键概念，排除了节子、斜纹等天然缺陷的干扰，实现了对木材实质细胞壁特性的精准测量。主要结论为：ISO13061-16:2025的发布，填补了国际木材科学领域在体积溶胀测试专门方法上的标准化空白，为木材分级、干燥工艺优化、木制品工程设计及国际贸易结算提供了统一的技术依据。该标准对于提升木材科学研究的可比性、推动木材产业的可持续发展以及增强国际技术交流具有重要意义。关键词：木材；体积溶胀；小透明试样；尺寸稳定性；ISO13061；国际标准；试验方法Keywords：Wood;Volumetricswelling;Smallclearspecimen;Dimensionalstability;ISO13061;Internationalstandard;Testmethod正文1.引言木材的湿胀干缩是其固有的物理特性，直接关系到木制品的接合强度、尺寸精度和使用寿命。无论是用于结构构件的集成材、定向刨花板，还是用于高档家具的实木面板，木材因环境湿度变化而产生的体积变化（即溶胀）都是必须严格控制的参数。长期以来，各国在测定木材体积溶胀的方法上存在一定差异，例如试样尺寸、平衡状态、测量精度等，导致不同实验室之间的数据缺乏可比性，影响了科学研究和国际贸易的顺畅进行。国际标准化组织（ISO）下属的木材技术委员会（TC218）一直致力于木材性能试验方法的标准化工作。ISO13061系列标准（原名ISO13061-1至ISO13061-14，后经整合修订）系统规定了小透明木材试样的物理力学性能试验方法。此前，该系列标准中已有关于线湿胀（或干缩）的测定方法，但针对体积溶胀的专门、完整的标准化测定规范尚属空白。随着木材改性、热处理等新型工艺的兴起，体积溶胀作为评估材料内部微孔结构和细胞壁密实程度的关键指标，其准确测定显得尤为重要。为此，ISOTC218启动了ISO13061-16:2025《木材的物理和机械性能-小透明木材试样的试验方法-第16部分:体积溶胀的测定》（以下简称“本文件”）的制定工作。本文件旨在为全球木材科研机构、质检部门、生产企业提供一套统一、严谨、可重复的体积溶胀测定方法。2.标准核心技术内容解析本文件共分为多个技术章节，从原理、设备、试样、步骤到计算，形成了一个闭环的标准化流程。2.1试验原理本文件的基本原理是基于木材细胞壁吸着水含量的变化。首先，将带有天然含水率的试样置于特定条件下干燥至全干状态（绝干或烘至恒重），此时试样的体积（V₀）最小。接着，将试样浸没于水中或置于饱和水蒸气环境中，使其吸湿至纤维饱和点（FSP，通常约30%含水率）以上，即试样含水率达到最大值，细胞壁被水分充分润胀。然后，测量该状态下试样的体积（V_max）。体积溶胀率（S_v，%）即为体积增量与干缩后最小体积的百分比。2.2关键定义与试样的选择2.2.1小透明木材试样本文件的适用对象是“小透明木材试样”（smallclearwoodspecimen）。这是一个在木材力学性质研究中具有特定含义的概念。*“小”：试样尺寸标准且较小，通常为20mm×20mm×20mm或特定的矩形棱柱体，以保证水分能够快速、均匀地渗透。*“透明”：指试样必须取自完全健康的木材，且无任何天然或加工缺陷，包括：无节子、无腐朽、无虫眼、无裂纹、无斜纹（纹理倾斜度小于1:20）、无树脂沟。这确保了测试结果反映的是木材实质（细胞壁物质）的性能，而非缺陷引起的宏观变化。2.2.2试样的制备要求本文件明确规定了：*方向性：试样应严格按径向、弦向和纵向三个方向加工，以便计算各向异性体积变化。*表面处理：试样表面应光滑，棱角分明，无毛刺，以保证体积测量的准确性。*代表性：采样应按规定来源于多个独立的大材或按比例混合的样本，以反映批次木材的总体特性。2.3仪器设备为了保证测量的高精度，本文件对设备提出了明确要求：*干燥设备：恒温鼓风干燥箱，能维持（103±2）℃的温度。*浸泡设备：能完全浸没试样的恒温水浴，控制水温在（20±1）℃或（40±1）℃（视标准适用条件）。*测量设备：*尺寸测量：游标卡尺或千分尺，精度至少为0.01mm。*体积直接测量：体积膨胀仪（如阿基米德密度天平、排水法体积测量装置），测量精度应在±0.01mL以内。*称量设备：分析天平，精度至少为0.01g。特别值得注意的是，本文件对“体积测量”的精准度提出了极高要求。在干缩至全干状态后，木材是极度吸湿的，从烘箱取出到快速测量的极短时间内，试样会立刻吸收空气中的水分而开始溶胀。因此，标准可能要求使用“浸没式体积测量法”（如将干试样浸入水银或纯水中测量其置换的体积），以消除空气湿度对干材体积的影响。2.4详细的测试步骤本文件的测试程序严谨而细致，主要分为以下几个阶段：1.初始平衡：将加工好的试样在标准气候（如20℃，65%相对湿度）下平衡至质量恒定，记录其初始质量和初始体积（V_initial）。2.全干处理：将试样放入烘箱，在（103±2）℃下干燥。期间需每隔一段时间称重，直至连续两次称重的质量差不超过0.1%（即达到“全干状态”或“烘至恒重”）。记录全干质量（m₀）和全干体积（V₀）。3.体积溶胀激发：将全干试样迅速转移至干燥器中冷却至室温后，立即放入浸泡容器中。注意要避免试样迅速吸湿、弯曲或开裂。在浸泡过程中，试样会缓慢吸收水分，体积开始膨胀。4.饱和状态判定：将试样完全浸没在水中，定期取出（如每24小时）用干布擦去表面水分，称重并测量体积。当试样达到基本饱和状态（通常为纤维饱和点附近）后，继续浸泡直至连续两次测量的质量差小于0.5%，此时认为试样已达到最大溶胀状态（V_max）。5.最终测量：记录最大溶胀状态下的最大体积（V_max）。2.5计算方法与结果表示本文件明确给出了体积溶胀率（S_v）的计算公式：\[S_v(\%)=\frac{V_{max}-V_0}{V_0}\times100\%\]式中：*\(S_v\)：体积溶胀率，以百分比（%）表示；*\(V_{max}\)：试样在充分润胀状态下的体积，单位为立方毫米（mm³）或毫升（mL）；*\(V_0\)：试样在全干状态下的体积，单位为立方毫米（mm³）或毫升（mL）。报告还应列出：*试样的含水率（全干时初始含水率近似为0，饱和含水率）；*试样的密度（全干密度及气干密度）；*试验时的环境温度与湿度；*变异系数（若测试了多个试样，需报告平均值及标准差）。3.标准修订与起草单位介绍：国际标准化组织木材技术委员会（ISO/TC218）本文件由国际标准化组织（ISO）下属的木材技术委员会（ISO/TC218,*Wood*）提出和负责起草，并最终由ISO于2025年发布为国际标准。3.1委员会背景与职能ISO/TC218是国际标准化组织专门负责木材及木制品标准化工作的技术委员会，成立于20世纪末。其核心使命是制定国际上统一的木材术语、分类、检验方法、质量规范及木制品（如结构材、地板、家具部件）的性能要求标准。这些标准是国际木材贸易、工程设计和质量认证的技术基石。ISO/TC218的秘书处设于多个国家轮流承担，目前由日本等国担任，委员会成员广泛包括来自全球各个主要木材生产国和消费国的国家级标准化机构（如中国的国家标准化管理委员会、美国的ANSI、欧盟的CEN等）。3.2参与本文件起草的核心国家与机构虽然无法精确到每个具体的实验室或个人，但根据惯例，此类精细标准通常由几个在该领域具有深厚研究基础的国家的“镜像委员会”主导。参与本文件制定的主要力量包括：*日本木材标准协会：日本在木材物理力学性能的精确测定方面有着悠久历史和先进技术，尤其是在木结构、木材改性领域，其大学的森林研究室（如京都大学、东京大学）积累了大量基础数据，为本标准的制定提供了坚实的实验基础。*北美林产品实验室：美国农业部林务局下属的林产品实验室（如威斯康星州的FPL）和加拿大林务局（CanadianForestService）是木材科学研究的权威机构。他们长期从事小透明木材试样的全项物理力学性能测试，其提出的“小透明试样”概念被本文件采纳为核心前提。*欧洲木材研究机构：如德国木材研究所（WKI）、法国木材技术中心（FCBA）以及欧洲木业协会的参与，确保了标准在兼顾欧洲实地木材品种和加工工艺方面的适用性。*中国木材标准化技术委员会：作为ISO/TC218的积极成员，中国的标准化机构（如东北林业大学、中国林业科学研究院木材工业研究所）全程参与了标准的研讨与投票，反映了亚洲木材工业对高精度尺寸稳定性测试的需求。3.3委员会的主要贡献ISO/TC218在本文件的制定过程中发挥了关键作用：1.术语的统一：明确了“体积溶胀”的精确定义，将其与“线湿胀”区分，并规范了“全干状态”的判断标准。2.方法的优化：针对传统体积测量中因表面吸水导致的误差，委员会通过多次国际比对试验，推荐了水置换法或表观体积测量法，并规定了高精度天平的使用要求。3.精密度数据的提供：委员会组织了全球十几个实验室的循环试验（RoundRobinTest），收集了不同树种、不同密度、不同含水率阶段下的重复性数据，为标准最终确定重复性和再现性的评判依据提供了科学支撑。4.与现行体系的协调：确保本文件与ISO13061系列中其他标准（如含水率测定、干缩率测定）及ISO3129（木材试样的取样方法）等基础标准保持技术协调，没有冲突。总之，ISO/TC218通过其严谨的专家网络和全球视野，将一项看似简单的物理测试提升到了国际通用的科学规范高度，是国际木材领域标准化进程中的权威引领者。4.结论与展望ISO13061-16:2025《木材的物理和机械性能-小透明木材试样的试验方法-第16部分:体积溶胀的测定》的正式发布，是国际上对木材尺寸稳定性评价方法标准化的重要里程碑。本标准的核心价值与贡献在于：1.填补空白，完善体系：它首次以独立的国际标准形式，系统完整地规定了木材体积溶胀的测定方法，弥补了ISO13061系列在湿胀性能全维度评价上的不足。2.精准定义，提高可比性：通过严格限定“小透明木材试样”的概念，使得不同国家、不同机构测定的数据能够真正反映木材实质材料的固有特性，极大地提升了全球木材实验数据的可比性和科学价值。3.操作规范，降低误差：对仪器精度、测量步骤、体积测量特殊操作的详细规定，有效减少了人为误差和系统性误差，提高了测试结果的重复性和再现性。4.推动产业技术升级：为木材干燥、改性、热处理、压缩密实等现代木材工业生产过程中工艺参数的优化提供了精确的量化评价工具。例如，一种新型木材增强剂是否有效降低了木材的吸湿溶胀，可以通过本文件的方法精确验证。展望未来，该标准的发展方向和应用前景广阔：*与数字技术融合：未来可结合三维激光扫描或计算机断层扫描（CT）技术，实现非接触、实时、精确的尺寸测量，进一步提高测试效率和自动化水平。*与新型材料结合：随着木基复合材料、生物质复合材料的发展，该标准的基本原理有望被