土貢松木材干燥特性研究

嚴壯洧，陳柏旭，李 炎，符韻林，聶海泉

(1.國營蒼梧縣天洪嶺林場，廣西 蒼梧 543100；2.廣西大學林學院，廣西 南寧 530004)

土貢松木材干燥特性研究

嚴壯洧1，陳柏旭2，李 炎1，符韻林2，聶海泉1

(1.國營蒼梧縣天洪嶺林場，廣西 蒼梧 543100；2.廣西大學林學院，廣西 南寧 530004)

本文利用百度試驗法對土貢松木材的干燥特性進行研究，制定厚度為25 mm的土貢松木材的干燥基準。研究結果表明，依據(jù)百度干燥試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標準，土貢松試件無內裂現(xiàn)象，截面變形程度小，干燥速度快，其特性等級均為1級；初期開裂和扭曲變形是土貢松試件的主要干燥缺陷，其特性等級均為2級；綜合特性等級為2級。本實驗為實際生產過程中土貢松干燥工藝提供理論依據(jù)。

土貢松；百度試驗法；干燥特性

土貢松是由馬尾松的種子培育出來的優(yōu)良種源，其木材材性與馬尾松較為相近，其名稱根據(jù)地方而命名。目前，土貢松的木材應用較為廣泛，常應用于建筑、橋梁、造紙及家具等行業(yè)中。土貢松的木材有光澤，與馬尾松一樣具有濃厚松脂氣味，但其結構粗，不均勻，容易產生變形、開裂現(xiàn)象，在一定程度上限制了土貢松在各方面的應用，阻礙了土貢松在市場上的經濟效益。本試驗主要是利用百度試驗法對土貢松的干燥特性進行研究，制定出合理的干燥基準，為土貢松的干燥工藝提供理論基礎，改善土貢松木材的性質，減少木材的變形與開裂的現(xiàn)象，提高木材的利用價值，使土貢松木材的應用更為廣泛。

目前，針對馬尾松各方面的性能已有深入的研究，其中主要有宋光喃等人對黃山馬尾松的順紋剪切性能進行研究[1]，研究結果表明其材料剪切強度性能良好，符合GB50005-2003《木結構設計規(guī)范》中的標準，可供其為結構用材；張秀標等人對馬尾松膠合木順紋植筋抗拔性能進行研究[2]，研究結果表明馬尾松膠合木的順紋植筋連接強度較好，在抗拔破壞實驗中主要出現(xiàn)3種破壞模式—筋桿撥出、木材開裂植和植筋桿屈服；還有馬尾松優(yōu)良種源的培育[3]、原木品質應力波法試驗及其缺陷等方面的研究[4]。在干燥特性方面，有刁海林等人對馬尾松的干燥特性進行研究[5]，盧偉東等人對馬尾松木材微波真空干燥特性進行研究[13]，研究結果表明馬尾松的干燥綜合特性等級為2級。

土貢松試材采集于天洪嶺林場，天洪嶺林場位于廣西梧州市蒼梧縣，該縣地屬低丘，土壤主要是砂頁巖發(fā)育的紅壤。蒼梧縣屬于亞熱帶氣候，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫為21.2 ℃，年均降雨量約為1 500 mm，其降雨量主要集中在4-9月份，約占全年降雨量的80%。試驗樣木按照國家標準《木材物理力學試材采集方法》(GB/T 1927-2009)[6]進行采集， 共采伐2株，其胸徑分別為54.7、56.7，其樹高分別為37.7、25.7 m，樹齡為49年。待樣木伐倒后，沿著樣木樹高的方向截取1.3～3.3，5.3～7.3，9.3～11.3，13.3～15.3，17.3～19.3 m共5段作為試驗木段。

1 材料與方法

1.1 試驗材料(表1)

表1 土貢松試件

1.2 試驗器材

101A-2型電熱鼓風恒溫干燥箱(上海東星建材試驗設備有限公司)、電子天平(精度0.01 g)、刻度尺(精度1 mm)、塞尺(0.02～1.00 mm)、數(shù)顯游標卡尺(精度0.01 mm)、游標卡尺(精度0.02 mm)

1.3 試驗方法

本試驗采用百度試驗法進行試驗，具體方法如下：

(1)干燥前。對試件進行標記測量點，測量試件的實際尺寸(包括長、寬、高)，精確到0.01 mm；用電子天平稱重，精確到0.01 g。

(2) 干燥過程。將試件沿著紋理方向水平側立于100±2 ℃的恒溫干燥箱內干燥，觀測試件在干燥過程中產生干燥缺陷情況(包括端裂、端表裂、表裂和貫通裂)，試驗初期每隔0.5 h觀測1次，1 h后每隔1 h觀測1次，當裂縫開始愈合時，每隔2 h觀測1次，裂縫幾乎愈合完全時，每4 h觀測1次。每次觀測還需對試件進行稱重，記錄重量變化情況。

(3)干燥結束。待稱量試件2次的重量基本不變時，停止烘干。并將試件稱重，測量試件實際尺寸(包括長、寬、厚)以及試件的順彎度、扭曲度、瓦彎度、橫彎度。沿試件的長度方向的中央鋸取15 mm寬的試驗片，用做含水率的測定并推算出試件的全干重。在被鋸切試件的新截斷面觀測內裂及截面變形的情況。

2 結果與分析

弦切板和徑切板的初含水率介于95.31%～123.03%之間，均高于50%，符合百度試驗法的要求。中心板試件的含水率僅為33%，這是由于邊材形成心材的過程中，生活細胞死亡，細胞腔出現(xiàn)單寧、色素、樹膠、樹脂以及碳酸鈣等沉積物，水分輸導系統(tǒng)阻塞，滲透性降低，土貢松發(fā)展成為成熟材的過程中，心材的含水率逐漸降低，而試驗樣木為樹齡49年的老樹，心材細胞的細胞腔已充滿沉積物，導致心材含水率較低。由于中心板的含水率僅為33%，低于50%，不符合百度試驗法的試驗要求，因此，本次試驗不對中心板進行分析。本試驗評定木材干燥特性等級的依據(jù)為弦切板，徑切板和中心板僅作為對比試驗。

2.1 土貢松木材干燥缺陷等級的確定

分析百度試驗法的試驗數(shù)據(jù)，參考相關文獻[7-8]確定土貢松的干燥缺陷等級如表2。

表2 土貢松試件干燥缺陷等級

2.2 干燥特性分析

(1)初期開裂。在干燥初期，木材表面的水分蒸發(fā)較快，其含水率低于纖維飽和點，而木材內部的水分緩慢的往表面移動，其含水率仍高于纖維飽和點，導致木材內外含水率差異過大，當木材表面形成的拉應力大于細胞間的的結合力時，木材出現(xiàn)初期開裂[9-10]。

試驗開始0.5 h后進行第1次觀測，弦切板和徑切板無任何裂紋出現(xiàn)；1 h后，7號徑切板出現(xiàn)端裂，最長的裂紋長、寬分別8 mm、0.1 mm；2 h后，6號徑切板出現(xiàn)端裂；3 h后，1～4號弦切板出現(xiàn)端表裂，其中2號同時出現(xiàn)端裂，5號弦切板無任何缺陷，最長的端表裂長、寬分別為12 mm、0.2 mm，最長的端裂長、寬分別為5 mm、0.15 mm，初期開裂等級達到2級。隨著干燥的進行，試件的裂紋數(shù)量不斷增加，且裂紋的長度和寬度也在不斷發(fā)展，直到第8 h左右，初期開裂發(fā)展到最大值，所有的試件均出現(xiàn)端裂、端表裂和表裂，其中2號和4號弦切板各出現(xiàn)1條貫通裂，最長的貫通裂長、寬分別為90 mm、0.5 mm。繼續(xù)隨著干燥的進行，裂紋開始愈合，干燥結束時，2～5號弦切板各有1條端裂未愈合，1號弦切板有1條表裂未愈合。根據(jù)試驗觀測可知，初期開裂是土貢松木材的主要干燥缺陷，因此，在干燥初期時，應當控制干濕球溫度差不宜過大，且初期溫度不宜過高，以保證木材干燥質量。

(2)內裂。內裂主要發(fā)生在干燥后期，與干燥初期的干濕球溫度差、初期溫度及末期溫度關系較大[11]。干燥結束后，觀測試件的新截斷面，全部試件均無內裂現(xiàn)象，評定等級為1級。

(3)截面變形。截面變形與木材皺縮特性有關[12]。試驗表明，土貢松的截面變形程度比較輕，弦切板的截面變形值介于0.18～0.42 mm，平均值為0.29 mm，評定等級為1級；徑切板的截面變形平均值為0.55 mm。徑切板的截面變形程度較弦切板嚴重。

(4)扭曲。木材自身構造不正常容易導致木材在干燥后產生扭曲的現(xiàn)象。試驗表明，土貢松弦切板的扭曲值介于0～5 mm，平均值為1.75 mm，評定等級為2級；徑切板的扭曲平均值為0.75 mm。弦切板的扭曲程度較徑切板嚴重。

(5)干燥速度。在百度試驗法中，干燥速度是指木材含水率從30%降至5%所需要的時間。土貢松木材干燥過程中含水率變化曲線如圖1。本試驗中土貢松試件的干燥過程總用時46 h，弦切板和徑切板的初含水率平均值分別為119.93%和100.81%，干燥結束時弦切板和徑切板的含水率平均值都為0.01%，弦切板和徑切板全程平均干燥速度分別為2.61%·h-1和2.19%·h-1；弦切板和徑切板含水率由初始值降至30%平均用時分別為6.66 h和6.55 h，該過程平均干燥速度分別為13.50%·h-1和10.81%·h-1；各弦切板試件含水率從30%降至5%用時介于7.31～7.98 h，平均用時為7.70 h，平均干燥速度為3.25%·h-1，評定等級為1級；徑切板試件含水率從30%降至5%平均用時為10.35 h，平均干燥速度為2.41%·h-1。從結果分析可知，土貢松的干燥速度較快，屬于易干類木材。

圖1 土貢松含水率變化曲線

(6)順彎、瓦彎和橫彎。板材在干燥過程中，倘若干燥基準制定得不夠合理，干燥不均勻，就會導致板材的長度方向產生彎曲。試驗表明，土貢松弦切板的順彎、瓦彎和橫彎值分別為0.25～0.4、0.5～1.2 mm和0～0.5 mm，其平均值分別為0.29、0.84和0.35 mm；徑切板的順彎、瓦彎和橫彎平均值分別為0.33、0.58和0.28 mm。整體上，土貢松的變形水平均較低。為了降低板材的變形程度，使干燥后的板材質量更加高，必須要制定出較為合理而準確地干燥基準。

2.3 干燥基準

根據(jù)試驗結果，評定出土貢松的三種主要干燥缺陷等級后，參考相關文獻[7]中“與干燥缺陷等級對應的干燥條件”，確定土貢松試件干燥初期溫度、初期干濕球溫度差及末期溫度，如表3所示，選出各溫度和干濕球溫度差最低條件作為確定土貢松木材干燥基準的基本條件。

根據(jù)表2確定：初期溫度為70 ℃，干燥初期干濕球溫差為4 ℃，終期溫度為95 ℃。由分析結果可知，初期開裂和扭曲變形是土貢松的主要干燥缺陷。木材初期開裂程度與干燥初期干濕球溫度差關系最大，與初期溫度關系次之，與末期溫度和末期干濕球溫度差關系最小。木材的扭曲變形主要是由于木材自身構造不正常，如螺旋紋理或是交錯紋理的板材在干縮后會發(fā)生扭彎。因此，對土貢松進行干燥時，干燥初期控制干濕球溫度差不宜過大，且適當控制初期溫度使其緩慢上升，盡量減少初期開裂的出現(xiàn)，保證土貢松的干燥質量；中后期可適當增大升溫幅度，以提高干燥效率；后期可適當調低溫度，避免扭曲變形的發(fā)生。

表3 土貢松干燥初步條件

土貢松為針葉材，弦切板的初含水率平均值為119.93%，參考相關文獻[7]中表“含水率與干濕球溫度的關系(針葉樹材)”，制定出25 mm厚土貢松木材的干燥基準，如表4所示。

表4 土貢松木材(25 mm)干燥基準

通過百度試驗法，參考相關文獻[5]中的“干燥時間的估算圖”估算出土貢松的干燥時間。由土貢松含水率變化曲線(圖1)可知，試件含水率降至1%所需的時間為24 h，可得干燥時間約為7.5 d；初期干濕球溫度差為4 ℃，可得干燥時間約為6 d；計算得兩者的平均值為6.75 d，即得土貢松板材(厚度為25 mm)在強制循環(huán)干燥窯內干燥至10%所需的時間。

3 結論

百度試驗結果表明，土貢松的主要干燥缺陷主要是初期開裂和扭曲變形，其評定的等級均為2級。土貢松為易干類木材，干燥速度快，周期短，弦切板含水率從30%降至5%平均用時僅為7.70 h，平均干燥速度為2.41%·h-1；土貢松在干燥過程中截面變形程度較小，且無內裂現(xiàn)象。土貢松干燥速度、截面變形和內裂評定的特性等級均為1級。

通過百度試驗法，分析試驗結果，制定出了制定出25 mm厚土貢松木材的干燥基準，土貢松的初期溫度為70 ℃，干燥初期干濕球溫差為4 ℃，終期溫度為95 ℃，土貢松板材(厚度為25 mm)在強制循環(huán)干燥窯內干燥至10%所需的時間為6.75 d。為在實際生產過程中的干燥工藝提供理論基礎，提高經濟效益。

與馬尾松的干燥特性相比，土貢松的前期開裂程度較馬尾松的嚴重，但其截面變形程度比馬尾松低，兩者的綜合特性等級均為2級，厚度為25 mm的板材在強制循環(huán)干燥窯內干燥至10%所需的時間均為6.75 d[5]，說明兩者的木材材性較為相近。所以，土貢松與馬尾松一樣能廣泛應用于建筑業(yè)、工業(yè)、農業(yè)等領域。

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[1] 宋光喃,孫正軍,許敏敏,等. 黃山馬尾松順紋剪切性能研究[J]. 林產工業(yè),2014,42(2): 32-34.

[2] 張秀標,聶玉靜,孫正軍,等. 馬尾松膠合木順紋植筋抗拔性能研究[J]. 林產工業(yè),2014,41(5): 13-16.

[3] 王慶善. 馬尾松優(yōu)良種源的培育研究[J]. 科技向導,2014(33): 11

[4] 王亞磊,趙茂程,王正. 國產油松-馬尾松原木品質應力波法試驗及其缺陷研究[J]. 林業(yè)機械與木工設備,2014,42(10): 30-34.

[5] 刁海林,白靈海,羅建舉,等. 馬尾松干燥特性研究[J]. 湖北農業(yè)科學,2012,51(3): 537-540.

[6] 中國木材標準化技術委員會. GB/T 1927-2009,木材物理力學試材采集方法[S]. 北京: 中國標準出版社,2009.

[7] 杜洪雙,唐朝發(fā),李杉,等. 百度試驗確定干燥基準在鐵木上的應用[J]. 木材加工機械,2003(4): 19-23.

[8] 何清慧.木材干燥基準簡易確定法-百度試驗法[J]. 木材工業(yè),1998,12(6): 39-41.

[9] 王喜明. 木材干燥學(第三版)[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社,1995.

[10] 徐有明. 木材學[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社,2006.

[11] 樊吉尤,符韻林,為鵬練,等. 刨花潤楠干燥特性研究[J]. 木材加工,2011(9): 57-59.

[12] 王喜明,賀勤,趙喜龍. 桉樹人工林木材干燥皺縮特性的研究[J]. 內蒙古農業(yè)大學學報,2013,34(1): 123-127.

[13] 盧偉東,李賢軍. 馬尾松木材微波真空干燥特性初探[J]. 安徽農學通報,2008,14(9): 139-141.

Wood Drying Properties ofPinusmassonianaLamb

YAN Zhuang-wei1,CHEN Bo-xu2,LI Yan1,FU Yun-lin2,NIE Hai-quan1

(1.TianhonglinForestFarm,CangwuCounty,Guangxi543100; 2.CollegeofForestry,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi530004)

The drying properties ofPinusmassonianaLamb wood were studied by test at the temperature of 100 ℃ and a drying schedule of 25 mm thick Pinus massoniana Lamb wood was formulated. The results show thatPinusmassonianaLamb specimens have no internal crack through the test,the cross section deformation degree is small,drying speed is fast and the drying property is at grade 1 according to the drying test standards. The initial cracking and distortion is the main drying defects ofPinusmassonianaLamb specimen,the property concerned is grade 2. The comprehensive property of wood drying is grade 2.

PinusmassonianaLamb; 100 ℃ test method; drying characteristics

2015-02-10

嚴壯洧(1964-),男,廣西蒼梧縣人,林業(yè)工程師,研究方向:森林培育與林業(yè)技術經濟。E-mail：yanzw06@126.com。

S782.31

A 文章編號:1001-2117(2015)03-0004-04