ISO 13061-152025 木材的物理机械性能 - 小透明木材样本的测试方法 - 第15部分径向和切向溶胀的测定标准立项发展报告

ISO13061-15:2025《木材的物理机械性能——小透明木材样本的测试方法——第15部分：径向和切向溶胀的测定》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ISO13061-15:2025—PhysicalandMechanicalPropertiesofWood—TestMethodsforSmallClearWoodSpecimens—Part15:DeterminationofRadialandTangentialSwelling摘要木材溶胀性是影响木材加工利用与木制品尺寸稳定性的关键物理性能指标，其准确测定对于木材干燥、热处理改性、木结构设计和复合材料开发均具有重要的工程指导意义。随着全球木材科学研究与国际贸易的深入发展，国际标准化组织（ISO）持续完善木材物理力学性能测试方法标准体系。本报告以ISO13061-15:2025《木材的物理机械性能——小透明木材样本的测试方法——第15部分：径向和切向溶胀的测定》为研究对象，系统阐述该标准的立项背景、研制历程、核心技术内容和应用价值。该标准于2025年5月正式发布，是ISO13061系列标准在木材湿胀领域的重要补充和延伸，标志着木材各向异性溶胀行为测试在方法学层面实现了国际范围的统一与规范化。报告重点分析了标准中关于试样制备、conditioning处理、径向和切向尺寸测量方法以及溶胀率计算与表达的技术规定，介绍了主要起草单位中国林业科学研究院木材工业研究所的技术贡献，并从木材科学研究、产业应用和标准化体系建设三个维度展望了该标准实施的预期效果与发展前景。关键词：木材溶胀；径向切向；ISO13061；小试样；物理力学性能；尺寸稳定性；测试方法标准Keywords:WoodSwelling;RadialandTangential;ISO13061;SmallClearSpecimens;PhysicalandMechanicalProperties;DimensionalStability;TestMethodStandard一、引言1.1立项背景木材作为一种天然生物质材料，其细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素的化学组成与微观构造决定了木材具有显著的各向异性特征。当环境湿度发生变化时，木材细胞壁中的吸湿性组分与水分子发生交互作用，导致细胞壁膨胀或收缩，宏观上表现为木材在径向、弦向和纵向三个方向上产生不同程度的尺寸变化。其中，径向和切向的湿胀（溶胀）行为尤为显著，不仅直接关系到木材干燥过程中的开裂、翘曲等缺陷的形成，更是影响木制品在变湿环境中尺寸稳定性和使用性能的关键因素。在木材科学研究领域，径向和切向溶胀率的精确测定是评价木材尺寸稳定性最基本、最常用的方法之一。不同树种、不同部位、不同处理工艺的木材，其径向和切向溶胀率差异显著，这种差异不仅影响木材的加工利用方式，也为木材选材、改性和应用提供重要的基础数据。然而，长期以来各国家和地区在木材溶胀测试的试样尺寸、含水率状态、测量精度和计算公式等方面存在不同程度的差异，导致不同实验室和不同国家的测试结果难以直接比较，严重制约了国际间木材科学数据的交流与共享。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC218（木材技术委员会）着手推进木材物理力学性能测试方法标准的系统化修订与完善工作。ISO13061系列标准作为木材物理力学性能测试的基础性国际标准体系，其框架涵盖木材密度、含水率、收缩率、强度等多个方面。ISO13061-15:2025的制定正是ISO/TC218针对木材径向和切向溶胀测试方法缺乏统一国际标准这一空白所做出的重要举措。1.2标准的国际地位与意义作为由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization）发布的正式国际标准，ISO13061-15:2025具有国际公认的权威性和广泛的适用性。该标准的发布填补了ISO13061系列标准在木材溶胀性能测试方面的空白，使木材物理力学性能测试标准体系在吸水-溶胀-收缩这一完整性能链条上形成了更加严密的闭环。从国际贸易和技术交流的角度来看，统一的测试方法标准为各国木材及其制品贸易中的质量评价提供了技术依据，有助于消除技术性贸易壁垒。从科学研究的角度来看，该标准为全球木材科学研究者提供了统一的试验方法和技术规范，使得不同国家、不同实验室获得的木材径向和切向溶胀数据具备了可比性，有利于建立全球性的木材性能数据库。从产业应用的角度来看，该标准为木材干燥企业、木材改性企业、木结构设计单位以及木地板、木门窗等木制品生产企业提供了标准化的检测依据，对提升木制品质量水平、促进产业技术升级具有重要推动作用。1.3标准基本信息本标准的标准编号为ISO13061-15:2025，英文名称为"Physicalandmechanicalpropertiesofwood—Testmethodsforsmallclearwoodspecimens—Part15:Determinationofradialandtangentialswelling"，中文译名为《木材的物理机械性能——小透明木材样本的测试方法——第15部分：径向和切向溶胀的测定》。标准由国际标准化组织（ISO）发布，所属技术委员会为ISO/TC218（木材技术委员会）。标准发布日期为2025年5月5日，目前状态为现行有效。标准采用英语作为官方语言版本，分类归属为木材、原木和锯材领域。二、标准研制背景分析2.1木材溶胀性能测试的技术现状木材溶胀性是指木材因吸湿或吸水而导致尺寸增大的性质，其物理本质是水分子进入木材细胞壁中纤维素无定形区和半纤维素等组分，使得微纤丝间距离增大、细胞壁物质发生膨胀的结果。由于木材细胞壁中微纤丝的排列方向在不同层次上存在差异，木材在整体上表现出明显的各向异性溶胀特征：纵向（沿树干方向）溶胀率最小，通常仅为0.1%~0.3%；径向溶胀率居中，一般为3%~6%；弦向（切向）溶胀率最大，通常可达6%~12%。这种显著的差异是木材在使用过程中产生开裂、翘曲和变形等缺陷的根本原因之一。长期以来，各国对木材溶胀率的测定方法存在诸多技术差异。在试样尺寸方面，有的国家采用20mm×20mm×20mm的立方体试样，有的采用平板状试样；在含水率状态处理方面，有些标准要求从绝干状态浸水至饱和状态，有些则要求在特定相对湿度条件下进行吸湿平衡；在溶胀率计算方面，基准尺寸的选择以及计算公式的表达方式也存在差异。此外，对于测量工具的选择、测量精度的要求、试样数量的规定以及结果计算的数据处理方法等方面，各国做法不尽一致。这些差异不仅影响了测试结果的可比性，也制约了木材基础性能数据的国际交流与共享。2.2ISO13061系列标准的体系框架ISO13061标准系列是国际标准化组织ISO/TC218技术委员会制定的关于木材物理力学性能测试方法的标准体系。该系列标准的制定旨在为世界各国的木材科学研究和木材产业提供统一的试验方法，促进木材物理力学性能数据在国际范围内的互认和可比。在ISO13061-15:2025发布之前，该系列标准已经涵盖了木材物理力学性能测试的多个重要方面，包括但不限于：木材含水率的测定（ISO13061-1）、木材密度的测定（ISO13061-2）、木材径向和切向收缩的测定（ISO13061-13）等。其中，收缩（shrinkage）与溶胀（swelling）是木材湿胀干缩过程中方向相反但机理对应的两个方面——收缩是指木材从饱水状态向绝干状态转变过程中的尺寸减小，而溶胀则是从绝干状态向饱水或高湿状态转变过程中的尺寸增大。ISO13061-13规定了径向和切向收缩的测试方法，而ISO13061-15则针对径向和切向溶胀的测定进行了规范，两者互为补充，共同构成了木材各向异性尺寸变化的完整测试标准体系。2.3标准编制的必要性与紧迫性制定ISO13061-15:2025的必要性和紧迫性主要源于以下几个方面的需求。从科学研究的角度来看，木材溶胀性能数据是木材科学基础研究的重要基础数据之一。木材改性问题、木材-水分关系研究、木材细胞壁纳米力学研究等领域都需要精确的径向和切向溶胀数据作为支撑。然而，由于缺乏统一的国际测试标准，各研究机构获得的数据之间缺乏可比性，严重制约了这些研究领域的深入发展。从国际贸易的角度来看，随着全球木材贸易的不断增长，贸易双方对于木材质量指标的检测需求日益增多。统一的国际标准有助于消除因测试方法差异而产生的技术性贸易壁垒，促进木材及木制品贸易的便利化和公平化。三、标准主要内容与技术要点3.1标准的适用范围ISO13061-15:2025规定了使用小透明木材试样测定木材径向和切向溶胀的试验方法。所谓"小透明木材试样"，是指取自木材无节、无裂、无变色及其他明显缺陷部位的规则几何形状小尺寸试样，其目的在于尽可能排除木材天然缺陷对测试结果的影响，从而获得能够反映木材材质本身的固有性能数据。该标准适用于所有木本植物木材的径向和切向溶胀测定，包括针叶材和阔叶材。标准同样适用于经过各种物理或化学处理的木材，但需在试验报告中注明处理方式和处理条件。3.2试验原理本标准的试验原理是：将制备好的木材试样经绝干处理并测量其绝干状态下的径向和切向尺寸后，将试样浸入水中（或置于规定相对湿度的环境中）使其充分吸湿至尺寸不再变化，然后再次测量试样在径向和切向的尺寸，计算出尺寸增加的百分率即为该方向上的溶胀率。该原理基于木材细胞壁物质在吸附水分后发生膨胀的物理特性，通过精确控制含水率状态和测量条件，实现径向和切向溶胀行为的一致性定量评估。3.3试验设备与仪器要求标准对试验设备和仪器提出了明确的技术要求，主要包括以下几个方面：试样尺寸测量需采用精度不低于0.01mm的游标卡尺或同等精度的测量工具；绝干处理需采用可控温的恒温干燥箱，温度能够稳定维持在（103±2）℃；浸水处理需采用盛有蒸馏水或去离子水的容器，水温控制在（20±1）℃；如果需要控制相对湿度环境，则需采用能够维持规定相对湿度的恒温恒湿设备，温度精度±1℃，相对湿度精度±2%。所有测量仪器均需经计量校准并在有效期内使用。3.4试样制备与处理试样在溶胀测试前需经历两个关键的状态处理阶段：首先进行绝干处理，即将试样放入（103±2）℃的恒温干燥箱中烘干至恒重（连续两次间隔6小时的称量差不超过试样质量的0.1%），然后在干燥器中冷却至室温后进行尺寸测量；随后进行浸水处理，将绝干试样完全浸入（20±1）℃的蒸馏水中，浸泡至试样的径向和切向尺寸连续两次间隔24小时的测量值不再发生变化为止。此外需注意，从干燥箱中取出试样后应尽快完成测量并放入浸水容器，以最大限度地减少试样在环境空气中吸湿带来的测量误差。3.5径向和切向溶胀率的计算与表达标准规定了溶胀率的计算公式。径向和切向溶胀率分别按下式计算：-径向溶胀率α_r(%)=[(a_w−a₀)/a₀]×100%-切向溶胀率α_t(%)=[(b_w−b₀)/b₀]×100%式中：a₀为试样绝干状态下的径向尺寸（mm）；a_w为试样浸水饱和后的径向尺寸（mm）；b₀为试样绝干状态下的切向尺寸（mm）；b_w为试样浸水饱和后的切向尺寸（mm）。计算结果应精确至0.1%，取各组试样的算术平均值作为最终试验结果，同时应报告标准差和变异系数。试验报告还应包括树种（学名）、试样来源、试样尺寸、含水率状态、处理条件等信息，以确保试验结果的可追溯性和可复现性。四、标准的关键技术特点与创新性4.1各向异性溶胀的标准化测量框架该标准的创新性首先体现在为木材径向和切向这两个关键方向的溶胀行为建立了系统化的标准化测量框架。与以往各标准将木材作为整体进行溶胀测量不同，ISO13061-15:2025明确了径向与切向分别测定的技术路线，强调了木材各向异性特征在测试方法上的落实，使测试结果能够更精细地反映木材组织构造的方向性差异，为木材科学研究和工程应用提供了更为精准的基础数据。4.2与已有标准的协同效应标准的第二个技术创新点在于与ISO13061系列既有标准的协同设计。该标准在试样制备要求上与ISO13061-1（含水率测定）、ISO13061-2（密度测定）等标准保持了一致性，在尺寸测量和状态调节等关键环节采用了与ISO13061-13（径向和切向收缩测定）相对称的技术方案。这种对称性设计不仅便于测试工作的实际操作——同一批试样可以在完成收缩测试后继续进行溶胀测试，也使得收缩和溶胀数据之间具有内在的可比性，有利于建立完整的木材干缩湿胀特性数据库。4.3状态处理方案的精细化规定标准在试样状态处理方面给出了精细化的技术规定。绝干处理和浸水处理的条件参数（温度、时间、终止判据）均经过多轮实验室间的协同验证试验确定。特别是对于浸水饱和的终止判据，标准采用了"连续两次间隔24小时的尺寸测量值不再变化"作为判定标准，兼顾了不同树种间吸水速率的差异，具有较强的适用性和可操作性。五、标准编制工作过程ISO13061-15:2025的制定遵循了国际标准化组织（ISO）标准制定的规范化程序，经历了从提案、起草、征求意见、技术审查到最终批准发布的完整流程。在标准提案阶段，ISO/TC218技术委员会根据木材科学研究和产业发展的实际需求，提出了制定木材径向和切向溶胀测定国际标准的建议，并完成了标准工作草案的初步编制。在中国、芬兰、加拿大等多个成员体的积极参与和推动下，新工作项目提案（NP）获得批准，正式注册为ISO13061-15。在标准起草和征求意见阶段，项目工作组（WG）召集国际木材科学领域的专家，在充分收集各国现有标准和研究成果的基础上，对标准草案进行了多轮讨论和修改。草案通过ISO的在线标准制定平台（e-committee）分发至各成员国征求意见，各成员国组织本国专家对标准草案的技术内容进行了认真研究和审查，并反馈了大量有价值的意见。起草工作组对各成员国的意见进行了逐条处理和讨论，形成了最终的国际标准草案（FDIS）。在最终批准阶段，经ISO全体成员国的正式投票表决，ISO13061-15:2025于2025年5月5日正式发布，成为木材物理力学性能测试方法ISO13061系列标准体系中的重要组成部分。六、主要起草单位介绍ISO13061-15:2025的制定汇聚了国际木材科学领域多个权威机构的技术力量和智慧，其中中国林业科学研究院木材工业研究所作为ISO/TC218国内技术对口单位和中国木材标准化技术委员会的核心支撑单位，在本标准的立项推进、技术研究和文本编制过程中发挥了重要作用。同时，芬兰自然资源研究所（NaturalResourcesInstituteFinland,Luke）、加拿大自然资源部林产品实验室（FPInnovations）等国际知名木材科学研究机构也为标准的技术验证和文本完善做出了重要贡献。中国林业科学研究院木材工业研究所（以下简称"木材所"）是中国木材科学与技术领域最重要的国家级综合性研究机构，成立于1957年，隶属于国家林业和草原局中国林业科学研究院。木材所以木材基础科学、木材保护与改性、木材加工技术、木质复合材料等为主要研究方向，拥有国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室、国家人造板质量监督检验中心等国家级科研与检测平台。在木材物理力学性能测试方法研究方面，木材所拥有深厚的学术积淀和丰富的研究经验。多年来，木材所先后承担了国家科