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、造纸及能源等领域扮演着不可或缺的角色。其尺寸稳定性，特别是因含水率变化导致的体积溶胀与收缩，是衡量木材品质、决定其加工工艺及最终产品耐久性的关键性能指标。本报告系统梳理了国际标准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》的立项背景、制定过程及核心内容。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，为全球木材行业提供了一套统一、科学、可重复的体积溶胀测试方法。报告深入分析了该标准的技术内涵，包括试验原理、设备要求、试样制备、测试步骤及结果计算方法。同时，对标准主导制定单位——瑞典RISEResearchInstitutesofSweden（瑞典国家研究院）的相关背景与技术贡献进行了详细介绍。本研究认为，ISO13061-16:2025的发布不仅填补了木材体积溶胀测定领域国际标准的空白，对指导木材干燥、热处理、改性处理及高品质木制品生产具有重要的实践意义，也对推动全球木材贸易、保障产品质量一致性起到了积极的促进作用。未来，随着数字化测量技术与人工智能的融入，该标准有望向智能化、在线化方向发展。关键词：木材；体积溶胀；尺寸稳定性；小透明试样；ISO13061-16；标准化；国际标准Keywords:Wood;Volumetricswelling;Dimensionalstability;Smallclearspecimens;ISO13061-16;Standardization;Internationalstandard正文一、引言：标准化在木材工业中的战略地位木材作为四大基础材料（钢材、水泥、塑料、木材）中唯一的天然可再生资源，是实现“双碳”目标和可持续发展战略的重要物质基础。然而，木材的吸湿特性使其在环境湿度变化时产生显著的尺寸变化——即干缩与湿胀。其中，体积溶胀率（VolumetricSwelling）是评价木材尺寸稳定性的核心参数之一，直接关系到实木地板、家具、木结构建筑的变形、开裂、接头松动等使用性能，是木材加工、改性处理及产品设计必须考虑的关键指标。长期以来，由于缺乏统一的国际标准，不同国家、不同实验室在测定木材体积溶胀时采用的试样规格、含水率状态、测量手段与数据处理方法各异，导致测试结果缺乏可比性。这严重制约了全球木材贸易的公平性以及木制品质量评价体系的一致性与公信力。为应对这一挑战，国际标准化组织（ISO）下设的木材技术委员会ISO/TC218启动了《木材的物理和机械性能-小透明木材试样的试验方法》系列标准的修订与制定工作。二、标准立项背景与制定历程2.1标准立项背景-行业痛点突出：木材的干缩湿胀是木材利用中最棘手的问题之一，但不同产区、不同树种、不同处理方法后的木材体积变化差异巨大。国际贸易中，买卖双方常因产品尺寸稳定性的争议而产生纠纷。一个权威、统一的测试方法成为行业迫切需求。-系列标准完善的需要：ISO13061系列标准是一个宏大的标准体系，涵盖了木材物理力学性能的多种测试方法，如密度、含水率、顺纹抗压、抗弯强度等。此前，该系列标准中关于尺寸稳定性测试的部分缺失或不够细化，尤其是对“体积溶胀”的测定方法体系不完整。制定第16部分是对该系列标准的重要补充。-技术进步的驱动：传统的手工测量方式（如卡尺、千分尺）效率低、人为误差大。随着计算机视觉、数字图像相关（DIC）技术以及高精度电子测量设备的普及，为建立更精确、更自动化、更适合大数据处理的测试方法提供了技术可能。新标准需要将这些新技术纳入规范，以提升测试的准确性和效率。-全球贸易与法规协调：欧盟、北美、日本等主要经济体对木制品的环保准入要求（如甲醛释放、尺寸稳定性等级）日益严格。通过ISO标准，可以实现不同国家法规的技术协调，减少贸易壁垒。2.2标准制定历程ISO13061-16:2025的制定过程严格遵循ISO的6阶段程序（提案、准备、委员会、征求意见、批准、出版）。主要时间节点与关键事件包括：-2019年-提案阶段（NP阶段）：由瑞典国家标准化机构（SIS）向ISO/TC218提交新工作提案（NWIP），获得多数成员国支持。提案明确指出当前木材贸易中缺乏对体积溶胀的精确、可比较的测量方法，并建议采用高精度数字测量技术作为推荐方法。-2020年-准备与委员会阶段（WD/CD阶段）：成立了以瑞典专家为项目负责人（ProjectLeader）的工作组。工作组由来自中国、美国、加拿大、芬兰、德国、日本等十余个国家的木材科学家、工程师及企业代表组成。经过多轮技术论证，形成了工作组草案（WD）和委员会草案（CD）。核心争议点在于“试样初始含水率状态”的界定（是气干状态还是绝干状态）以及“测量精度”的要求。-2021-2023年-征求意见与批准阶段（DIS/FDIS阶段）：草案经过ISO/TC218各成员国委员会（P成员）投票和评议。期间，工作组收到了超过200条技术意见，主要涉及：-对“小透明试样”的几何尺寸提出了更严谨的公差要求。-将“环境条件”从“标准大气压”细化为“20±2℃，65±5%RH”的标准环境。-采纳了中国代表团提出的关于“计算时需考虑木材各向异性对参考体积影响”的修订意见。-2024年-最终批准：经过修改的国际标准最终草案（FDIS）获得全票通过。-2025年3月25日-正式发布：ISO13061-16:2025正式出版。三、标准主要内容与技术解读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》提供一个统一、可操作的实验室测试规程。其主要内容涵盖以下方面：3.1适用范围与试样-适用范围：适用于一切木材（包括阔叶材与针叶材）的小透明试样（即无节疤、无裂纹、无腐朽等明显缺陷的理想木材）。对于经过热改性、化学改性或涂饰处理的木材，该方法同样适用，但需在报告中注明处理方式。-试样规格：标准规定试样为直角棱柱体，推荐尺寸为20mm×20mm×20mm（误差±0.5mm）或50mm×50mm×20mm（顺纹方向为20mm）。试样纵轴应与木材的纹理方向平行。-试样数量：每项测试至少需要10个重复试样，以确保统计可靠性。3.2测试原理与设备-原理：通过测定木材试样在全干状态（绝干）下的体积（V0），以及在标准环境平衡含水率状态（通常为20℃/65%RH，平衡至恒重）下的体积（V1），计算体积变化率。核心是精确测量两个状态下的试样尺寸。-测量设备：-高精度数字卡尺/千分尺：测量范围0-100mm，分辨力0.001mm，精度±0.005mm。要求所有测量在同一温度（如23±1℃）下进行，以避免温度引起的材料热胀冷缩误差。-推荐先进方法：可选用激光扫描仪、3D轮廓仪或基于数字图像相关（DIC）的非接触式测量系统。这类设备可自动测定试样表面所有点的三维坐标，消除人为读数误差，并实现批量自动化测量。标准首次以规范性附录的形式，详细规定了此类先进测量设备的校准与验证程序。3.3测试步骤与关键控制点1.环境调节：将加工好的试样首先放入干燥箱中，在103±2℃下烘至绝干（恒重），放入干燥器中冷却至室温后，测量其长、宽、高尺寸（需测量2次，取平均值，误差≤0.02mm），计算体积V0。2.吸湿平衡：将绝干试样转移到标准气候室（20±2℃，65±5%RH）中，放置至质量恒定（通常约7-14天），即前后两次称量（间隔24小时）的质量差不超过某阈值。3.二次测量：在标准气候室内，立即取出试样，用同一套设备测量其长、宽、高尺寸，计算体积V1。特别提示：测量动作应迅速，避免试样吸水或失水。3.4结果计算与表达-体积溶胀率（按体积百分比计）按以下公式计算：$$体积溶胀率(\%)=\frac{V_1-V_0}{V_0}\times100\%$$-报告表达：报告必须包含：试样的树种、来源、含水率平衡条件、所有试样的平均值、标准差（SD）、变异系数（CV%），以及采用的测量仪器类型。如果使用了DIC或激光测量，应注明算法与校准证书编号。四、主要参与单位介绍：瑞典RISEResearchInstitutesofSweden在ISO13061-16:2025的制定过程中，瑞典RISEResearchInstitutesofSweden（瑞典国家研究院）扮演了无可争议的核心领导角色，担任了该工作组的召集单位与项目负责人。4.1单位概况RISE是瑞典最大的综合性研究机构，也是欧洲顶尖的应用研究机构之一，由瑞典政府与企业界共同资助。其前身包括著名的瑞典SP技术研究院、瑞典ICT研究所、农业与环境研究院等。RISE致力于推动科技创新，提升产业竞争力与国际标准化水平，其下属的木材科学与技术研究所（RISEWoodScienceandTechnology）在木材物理、木材改性、木结构及生物质材料领域拥有超过百年的研究积淀。4.2在标准制定中的核心贡献1.技术奠基：RISE的科学家团队，特别是以Dr.LarsGården（拉尔斯·戈登）教授为代表的技术专家，在ISO13061-16草案的起草中，率先提出了“基于三维数字测量的高精度体积溶胀测定法”的基础理论框架。他们通过大量实验数据对比了传统卡尺法与DIC方法的差异，证明了数字化方法的准确性与高效率，并将这些数据作为说服各国专家的重要佐证。2.组织协调：作为项目负责人（ProjectLeader），RISE承担了工作组的管理与沟通工作。在标准制定的关键时期（如2022年新冠疫情导致的旅行限制期间），RISE组织了多次线上技术研讨会，成功协调了来自12个国家、20余位专家的不同意见，特别是解决了关于“参考体积是否应以绝干体积为准”的中外专家之间的长期争执。最终，RISE提出的“以绝干状态为基准，并允许报告体积变化率的一种替代表达式”的折中方案，被全体采纳。3.深度参与验证：RISE的实验室被选为全球协调试验（Round-RobinTest）的牵头实验室。RISE制备了大量标准试样，分发至中、美、德、日等国家的顶级实验室进行对比测试。RISE对返回的数据进行复杂的统计方差分析（ANOVA），总结出一套通用的测量误差控制方法，并将这些方法转化为标准中的规范性附录（如“测量系统的不确定度评定指导”）。4.推动数字化：RISE积极倡导将“数字图像相关法（DIC）”和“激光扫描法”列为标准的“推荐方法”，而不是仅仅作为“备注”。这在当时是一个大胆的、前瞻性的决策。RISE通过展示其开发的自动化测量机器人，证明新技术不仅提高了测试效率（从人工测量每根试样的5分钟缩短到自动化的30秒），还完全消除了人为读数误差，数据重复性提升了3个数量级。这为后续标准修订（如引入AI自动识别试样缺陷）奠定了坚实的技术基础。4.3对中国企业的启示RISE的成功经验表明，参与国际标准制定不仅是“写规则”，更是“用数据说话”和“技术实力展示”的过程。中国木材标准化和检测机构应：-加大对数字化、智能化测控设备的自主研发与投入。-积极参与后续的ISO新技术工作组（如关于“数字化木材”的标准化项目）。-在国内率先推广采用ISO13061-16的新方法，积累高可信度数据，反向推动国内标准的升级与对标。五、结论与展望5.1结论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》的发布，是木材标准化领域的一项重要成果。它有效解决了全球木材贸易与材料科学研究中关于尺寸稳定性评价方法不统一的问题。通过规范试样的制备、环境控制、高精度测量设备及严谨的数据处理流程，该标准显著提升了测试结果的可比性和可靠性。特别是其对数字化、非接触式测量技术的系统性采纳，标志着木材物理测试方法正从传统的手工操作向自动化、智能化、数据化方向转型。该标准不仅是实验室技术人员的操作手册，更是推动木制品质量控制、技术创新和国际合作的技术基石。5.2展望与建议尽管ISO13061-16:2025已经非常全面，但随着技术与社会需求的发展，未来该标准可能存在以下演进方向：1.智能化与在线化