陰香木材干燥特性研究

曾 輝，李秀榮，蔣小華，陳 健，王 芳，廖章兵

(1.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有維都林場(chǎng)，廣西 來(lái)賓 546100；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004)

陰香(Cinnamomumburmannii)別稱野玉桂、假玉桂、阿尼茶(云南)、小桂皮、山肉桂、香膠葉等，是樟科的一種常綠喬木。陰香分布于廣西、廣東、福建、海南、浙江、湖南、江西等省[1]，適應(yīng)范圍廣，中亞熱帶以南地區(qū)均能生長(zhǎng)良好。陰香的主干較通直，材質(zhì)性能優(yōu)良，適應(yīng)范圍廣，而且生長(zhǎng)速度較快；同時(shí)，陰香也是殺菌能力強(qiáng)的樹(shù)種之一，對(duì)氯氣和二氧化硫均有較強(qiáng)的抗性，為理想的防污綠化樹(shù)種，還能夠根據(jù)特定工藝提取芳香油；又是庭園觀賞綠化、行道樹(shù)和四旁植樹(shù)以及重要的經(jīng)濟(jì)植物肉桂的砧木[2-5]。

為提高商品經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品的附加值，必須要大力培育優(yōu)質(zhì)的速生用材林。過(guò)去對(duì)陰香的研究主要集中在生物學(xué)特性、育苗試驗(yàn)、培育繁殖、離體培養(yǎng)和成分研究等[6-13]，但是還沒(méi)有學(xué)者對(duì)陰香的加工利用進(jìn)行相關(guān)的研究。尤其是針對(duì)陰香干燥方面的研究還沒(méi)見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，為了明確影響陰香利用和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)的干燥特性，本文進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試分析，并且在此基礎(chǔ)之上預(yù)測(cè)其干燥基準(zhǔn)，為充分開(kāi)發(fā)利用陰香提供理論依據(jù)。

1 試件采集與測(cè)試方法

1.1 試件采集

試件由課題組從廣西來(lái)賓市維都林場(chǎng)采集，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇3株合適的陰香，并符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》(GB/T1927-2009)[14]。在確定伐材的林場(chǎng)內(nèi)，根據(jù)樹(shù)高、胸徑、長(zhǎng)勢(shì)以及樹(shù)冠的生長(zhǎng)情況等綜合因素，從中挑選3株長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)、樹(shù)干通直、無(wú)結(jié)疤蟲(chóng)眼和胸徑符合標(biāo)準(zhǔn)要求的樹(shù)木，在選定的樣樹(shù)上標(biāo)示出北向。每株伐倒后的樣木在樹(shù)高方向分別截取3段：1.3～3.3 m、5.3～7.3 m和9.3～11.3 m，這3段會(huì)作為標(biāo)準(zhǔn)木段，并且要在其上面根據(jù)要求做好標(biāo)記，然后采用四面下鋸法將已經(jīng)標(biāo)記好的木段加工成大方木。根據(jù)百度試驗(yàn)法的要求，在大方木上確定髓心點(diǎn)，以通過(guò)髓心的南北直徑線為中心線沿平行方向鋸取25 mm厚的板材，并刨削加工成(20±0.5 mm)光面板，然后依次截取200 mm×100 mm×20 mm(長(zhǎng)×寬×厚)的試件。試件分別選取弦向、徑向和中心板，數(shù)量分別為8塊、2塊和2塊，要求試件的平均初始含水率均達(dá)45%以上，本次采集試件的含水率為88.16%[15]，符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.2 測(cè)試方法

根據(jù)百度試驗(yàn)法確定相關(guān)試驗(yàn)[16-17]。第一步，在采集制作的全部試件上畫出中線并作標(biāo)記，使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)出包括長(zhǎng)、寬、厚在內(nèi)的所需尺寸數(shù)據(jù)；第二步，使用電子天平秤稱量選取試件的初重；第三步，將以上試件放入到100±2℃恒溫干燥箱內(nèi)。要求在放置試件時(shí)必須要沿紋理方向豎立于干燥箱內(nèi)，保證所有試件在干燥箱內(nèi)能夠通風(fēng)，并且做到受熱均勻。

將試件放入干燥箱后，實(shí)驗(yàn)人員要隨時(shí)認(rèn)真觀測(cè)端裂、端表裂、表裂、貫通裂等干燥缺陷情況，并做好記錄。試件達(dá)到全干共計(jì)需要67h，觀測(cè)19次。每個(gè)階段的觀測(cè)情況如下：初期的觀測(cè)間隔時(shí)間為0.5 h，接下來(lái)間隔時(shí)間為1 h，當(dāng)觀測(cè)到試件表面的裂紋不再增加并開(kāi)始愈合時(shí)需要間隔2 h，如果出現(xiàn)裂紋不再愈合的情況就采取間隔6 h，每次觀測(cè)都要求記錄端裂、端表裂、表裂、貫通裂等類型及其數(shù)量和尺寸規(guī)格，并同時(shí)用電子天平秤稱重。

經(jīng)過(guò)67 h的干燥，將已經(jīng)全干的試件取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，測(cè)量其重量、尺寸(長(zhǎng)、寬和厚)、扭曲度和順彎度，在試件的順紋方向長(zhǎng)約20 mm處橫截取進(jìn)行含水率測(cè)試的試驗(yàn)片，并在試件的截?cái)嗝嫔蠝y(cè)定試件的相關(guān)內(nèi)裂數(shù)據(jù)及截面收縮率數(shù)據(jù)。將含水率試驗(yàn)片置于103℃的恒溫干燥箱中進(jìn)行6 h干燥，從干燥箱中取出后用電子天平秤稱稱重，要求重量測(cè)試的間隔時(shí)間為2 h，直到兩次稱重結(jié)果幾乎不變時(shí)測(cè)試結(jié)束。

2 結(jié)果與分析

2.1 陰香木材的干燥特性分析

陰香試件的干燥缺陷等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 陰香干燥缺陷等級(jí)

(1)初期開(kāi)裂。百度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：陰香木材的初期開(kāi)裂程度屬于中等，主要出現(xiàn)端裂和端表裂情況，初期1 h時(shí)只有1塊中心板出現(xiàn)了表裂，數(shù)量為1～2條。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有出現(xiàn)貫通裂。在第1次觀察中(進(jìn)烘箱0.5 h)全部試件均產(chǎn)生了端裂，裂紋細(xì)小且數(shù)量較多，小部分出現(xiàn)端表裂，細(xì)小并且很少；1 h后，絕大部分試件產(chǎn)生了端表裂，其中1塊中心板表裂繼續(xù)發(fā)展；2 h時(shí)，全部弦切板和中心板均出現(xiàn)了端表裂，1塊徑切板接著出現(xiàn)表裂；3 h時(shí)，又有1塊弦切板出現(xiàn)了表裂；端裂以及端表裂繼續(xù)發(fā)展且數(shù)量不斷增多；初期開(kāi)裂在3～4 h內(nèi)發(fā)展到最大值。表裂最多6條，最長(zhǎng)只有59 mm，最大寬度有0.7 mm。緊隨其后，裂紋開(kāi)始愈合，直到結(jié)束干燥試驗(yàn)時(shí)，除2塊中心板外尚有較為明顯的裂紋外，其余試件基本都愈合完全。根據(jù)干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，其初期開(kāi)裂等級(jí)為3級(jí)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，初期開(kāi)裂是陰香的主要干燥缺陷。所以要求在干燥初期合理控制干濕球溫度差，不能差別太大，以減少初期開(kāi)裂情況的出現(xiàn)，保證陰香板材的干燥質(zhì)量。

(2)內(nèi)部開(kāi)裂。干燥試驗(yàn)結(jié)束后觀察試件，全部弦切板均無(wú)內(nèi)裂，2塊中心板產(chǎn)生了內(nèi)裂，但是內(nèi)裂程度較輕，根據(jù)干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，綜合其等級(jí)為1級(jí)。內(nèi)裂產(chǎn)生的原因可能是由于干燥引起的表面硬化和干燥應(yīng)力，所以為了減少內(nèi)裂，需要控制好干燥后期的干燥條件和末期的干燥溫度，避免出現(xiàn)由嚴(yán)重的表裂向內(nèi)部延伸從而引起的內(nèi)裂。

(3)截面變形。檢測(cè)表明，陰香的截面變形程度比較輕，旋切板相比徑切板和中心板的截面變形更小，旋切板的截面變形平均值為0.31 mm，截面變形值介于0.2～0.45 mm之間；徑切板和中心板的截面變形平均值要高于旋切板的截面變形平均值，分別為0.35 mm和0.41 mm，綜合評(píng)定其截面變形等級(jí)為1級(jí)。

(4)扭曲，彎曲變形。根據(jù)檢測(cè)，陰香木材由于干縮的不均勻性引起的彎曲變形程度比較嚴(yán)重，可能出現(xiàn)的變形包括順彎、瓦彎、橫彎等。相比較而言，弦切板試件的扭曲水平要高于徑切板和中心板，徑切板和中心板的扭曲平均值分別為1.75 mm和3.88 mm，而弦切板的扭曲值介于0～5.75 mm之間，平均值為3.38 mm，弦切板的彎曲變形評(píng)定等級(jí)為3級(jí)。弦切板的瓦彎程度較輕，介于1.2～2.8 mm，平均值為1.82 mm，說(shuō)明陰香旋切板靠近樹(shù)皮一邊的板面比靠近樹(shù)心一邊的板面收縮率大；徑切板和中心板的平均值分別為1.2 mm和2.1 mm。

(5)干燥速度。圖1所示為陰香木材干燥過(guò)程中含水率變化曲線。對(duì)陰香的干燥特性進(jìn)行計(jì)算[17-20]，徑切板和中心板比旋切板的干燥速度要慢，用時(shí)更長(zhǎng)，徑切板的含水率從30%降至5%，平均用時(shí)19 h，平均干燥速度為1.32%/h，中心板平均用時(shí)20.39 h，平均干燥速度為1.23%/h；各弦切板試材從含水率30%降至5%所需時(shí)間是6.94～19.56 h，平均用時(shí)為13.25 h，平均干燥速度為1.89%/h，等級(jí)評(píng)定為2級(jí)，干燥速度屬于中等。根據(jù)對(duì)陰香干燥速度的測(cè)試，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中必須將旋切板和徑切板和中心板進(jìn)行分類，分別進(jìn)行干燥，這樣有利于保證干燥質(zhì)量。表2為百度試驗(yàn)干燥速度測(cè)試結(jié)果。

圖1 含水率變化曲線

2.2 陰香木材干燥基準(zhǔn)的編制

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得到陰香的干燥缺陷等級(jí)，參照與之相對(duì)應(yīng)的干燥條件，確定其干燥的初期溫度，初期干濕球溫度差以及干燥末期溫度見(jiàn)表3，選出各溫度和干濕球溫差最低條件作為確定陰香木材干燥基準(zhǔn)的基本條件[17]。

表2 百度試驗(yàn)干燥速度

表3 試件干燥初步條件

根據(jù)表3的試件干燥初步條件制定干燥工藝標(biāo)準(zhǔn)，其基本原則是要針對(duì)出現(xiàn)的各種缺陷情況合理確定各階段溫濕度的變化幅度，避免干燥缺陷，確保干燥質(zhì)量，為企業(yè)最大程度的降低生產(chǎn)成本。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，陰香的初期開(kāi)裂等級(jí)為3級(jí)，截面變形及內(nèi)裂等級(jí)較小，均為1級(jí)，所以要求在干燥初期合理控制干濕球溫度差，不能差別太大，以減少初期開(kāi)裂情況的出現(xiàn)，保證陰香板材的干燥質(zhì)量。在干燥初期，含水率為70%時(shí)容易出現(xiàn)開(kāi)裂情況，當(dāng)含水率降至50%時(shí)趨于穩(wěn)定。根據(jù)表4，在第1至第6階段時(shí)，各階段之間升溫緩慢；而在第7至第9階段，為了提高干燥效率，可將升溫幅度適當(dāng)加大。制定鋸材的干燥基準(zhǔn)，首先要根據(jù)陰香試件初含水率為88.16%，查含水率與干濕球溫度差關(guān)系表；然后根據(jù)原來(lái)確定的本試驗(yàn)共用時(shí)67 h，初期干濕球溫度差為3℃，查干燥時(shí)間估算圖，可得到需要的實(shí)際干燥時(shí)間數(shù)據(jù)。陰香紋理較通直，材色鮮艷而有光澤，結(jié)構(gòu)均勻細(xì)致，硬重中等，可供上等家具及其他細(xì)木工用材，因而制定25～30 mm厚陰香木材干燥基準(zhǔn)。

表4 百度試驗(yàn)法確定的陰香木材(25～30 mm)干燥基準(zhǔn)

3 結(jié) 論

(1)陰香木材的干燥速度較快，平均用時(shí)13.25 h，平均干燥速度為1.89%/h，其對(duì)應(yīng)的干燥特性等級(jí)為2級(jí)。弦切板和徑切板及中心板的干燥速度差異比較明顯，為確保干燥質(zhì)量，最好把弦切板分開(kāi)進(jìn)行干燥，徑切板和中心板可一起進(jìn)行干燥。

(2)初期開(kāi)裂和扭曲為陰香木材的主要干燥缺陷，干燥缺陷均達(dá)到3級(jí)。在干燥過(guò)程中要求前期升溫速度放慢，干濕球溫度差適宜。

(3)根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試，干燥后期的扭曲變形最為明顯，平均為3.38 mm；瓦彎變形程度輕，截面變形小，無(wú)內(nèi)裂，對(duì)應(yīng)的干燥特性等級(jí)分別為3、1和1。

(4)制定25～30 mm厚陰香木材的預(yù)測(cè)干燥基準(zhǔn)。

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