大花序桉木材干燥特性研究

劉 媛，盧翠香，蘇 勇，王建忠，蘭 ?。?，陳健波

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；2. 廣西國(guó)有東門(mén)林場(chǎng)，廣西 扶綏 532108)

大花序桉木材干燥特性研究

劉 媛1，盧翠香1，蘇 勇2，王建忠2，蘭 俊2＊，陳健波1

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；2. 廣西國(guó)有東門(mén)林場(chǎng)，廣西 扶綏 532108)

采用百度試驗(yàn)法研究26年生大花序桉木材的干燥特性。結(jié)果表明：大花序桉木材初期開(kāi)裂嚴(yán)重，缺陷等級(jí)達(dá)4級(jí)；截面變形程度2級(jí)；內(nèi)部開(kāi)裂程度中等，為2級(jí)；干燥速度較慢，為5級(jí)。根據(jù)木材干燥特性結(jié)果，參照百度試驗(yàn)缺陷等級(jí)以及干燥缺陷對(duì)應(yīng)的干燥條件，制定了26年生大花序桉木材干燥基準(zhǔn)。

百度試驗(yàn)法；大花序桉；干燥特性；干燥基準(zhǔn)

大花序桉(Eucalyptus cloeziana)，即昆士蘭桉，為桃金娘科傘房屬樹(shù)種，自然分布于澳大利亞[1]；其木材呈黃褐色、結(jié)構(gòu)均勻、紋理通直、硬度高、耐久沉重、鋸板性能優(yōu)良，是重要的紅木硬材樹(shù)種，廣泛用于家具和建筑等[2]。我國(guó)1972年引種大花序桉，其中廣東、廣西、四川、福建、海南等省區(qū)做了引種試驗(yàn)[3]。中澳技術(shù)合作東門(mén)桉樹(shù)示范林項(xiàng)目(1982—1989)，進(jìn)行了樹(shù)種/種源與施肥等試驗(yàn)，在大花序桉的種源試驗(yàn)和種源、家系試驗(yàn)方面做了探索性工作。廣西林業(yè)科學(xué)研究院于2003年從澳大利亞引進(jìn)大花序桉種子，在欽州和玉林兩地建立了100多個(gè)家系的試驗(yàn)林[4-5]。大花序桉是廣西引種栽培的重要樹(shù)種，被作為中大徑材培育研究的對(duì)象。目前國(guó)內(nèi)對(duì)大花序桉木材加工利用方面的研究非常有限，因此開(kāi)展大花序桉干燥技術(shù)研究，已成為廣西發(fā)展桉樹(shù)中大徑材用材樹(shù)種的當(dāng)務(wù)之急。本文以大花序桉木材為研究對(duì)象，對(duì)其干燥特性進(jìn)行研究和分析，初步預(yù)測(cè)了大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)，為桉樹(shù)中大徑材的實(shí)木利用干燥工藝方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采自廣西東門(mén)林場(chǎng)1989年建立的大花序桉種源試驗(yàn)林，該試驗(yàn)地位于東門(mén)林場(chǎng)雷卡分場(chǎng)9林班，共有11個(gè)種源參試，其中10個(gè)澳大利亞種源，1個(gè)東門(mén)林場(chǎng)種源(卡特威爾B47種批的馴化種)。采集方法參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 1927―2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》[6]，挑選5株樣木，樣木基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣木基本情況

參照百度試驗(yàn)法[7]加工試件，試驗(yàn)試材中選擇標(biāo)準(zhǔn)的弦切板，鋸取長(zhǎng)寬厚規(guī)格為200mm×100mm×20mm標(biāo)準(zhǔn)試件，以試材中間部位截取試件，四面刨光，取無(wú)可見(jiàn)缺陷、材色正常的中心板共計(jì)10塊。

1.2 方法

參照文獻(xiàn)[7-8]的百度試驗(yàn)法進(jìn)行。緊靠試件兩端截取兩片順紋厚度10 ~ 12mm的初含水率試片，烘干法測(cè)定試件初含水率。標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)量和稱(chēng)重，沿木材紋理方向，橫立于100℃恒溫干燥箱內(nèi)烘干。初期每隔1 h稱(chēng)量試件的變化，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試件表面的裂紋不再增加并開(kāi)始愈合，每隔2 h觀察；當(dāng)裂紋不再愈合，時(shí)隔6 h觀察；待前后兩次稱(chēng)重的質(zhì)量差不超過(guò)0.02 g，即試件達(dá)到絕干狀態(tài)，停止干燥，試驗(yàn)結(jié)束。根據(jù)百度試驗(yàn)法干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)，對(duì)干燥缺陷進(jìn)行評(píng)定等。

表2 百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 木材干燥特性分析

2.1.1 初期開(kāi)裂

木材干燥初期，由于木材表面水分蒸發(fā)速度遠(yuǎn)大于木材內(nèi)部的水分移動(dòng)速度，因此木材表面先于木材內(nèi)部發(fā)生干縮，使木材表面承受應(yīng)拉力，當(dāng)應(yīng)拉力大于木材橫紋抗拉強(qiáng)度時(shí)，木材表面發(fā)生開(kāi)裂。若裂紋不太嚴(yán)重，在干燥中后期可以閉合[9]。試驗(yàn)結(jié)果表明，大花序桉木材初期開(kāi)裂嚴(yán)重，表現(xiàn)為端表裂、表裂和貫通裂。干燥初期0.5 h時(shí)，試件均出現(xiàn)端表裂和表裂，隨著干燥時(shí)間的增加，含水率逐漸降低，裂紋長(zhǎng)度及寬度逐漸增大，裂紋數(shù)量逐漸增多。6 h左右，初期開(kāi)裂達(dá)到最大值，緊隨其后，初期開(kāi)裂程度趨于穩(wěn)定，部分裂紋開(kāi)始愈合。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4級(jí)。

2.1.2 內(nèi)部開(kāi)裂

干燥過(guò)程中，木材表面硬化嚴(yán)重，木材內(nèi)部所受的拉應(yīng)力大于木材的橫紋抗拉強(qiáng)度，容易發(fā)生內(nèi)裂[9]。內(nèi)裂是開(kāi)裂缺陷中較為嚴(yán)重的一種，主要起因于干燥引起的表明硬化和干燥應(yīng)力，一般發(fā)生在干燥后期[10]。內(nèi)裂程度與末期濕度關(guān)系較小，與干燥初期溫、濕度及末期溫度關(guān)系較大[7]。本試驗(yàn)干燥時(shí)間為81 h，弦切板內(nèi)部開(kāi)裂發(fā)生在干燥末期，將試樣從中間鋸開(kāi)觀測(cè)，一半以上弦切板產(chǎn)生了內(nèi)裂，最嚴(yán)重的細(xì)裂達(dá)5條，根據(jù)百度試驗(yàn)法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2級(jí)。為了減少內(nèi)裂的產(chǎn)生，要控制好干燥末期的干燥溫度和后期的干燥條件，避免由嚴(yán)重的表裂向內(nèi)部延伸而引起的內(nèi)裂。

2.1.3 截面變形

在干燥過(guò)程中由于木材水分移動(dòng)太快所產(chǎn)生的毛細(xì)管張力和干燥應(yīng)力使細(xì)胞潰陷而引起木材收縮，產(chǎn)生截面變形[10]。干燥結(jié)束后，從試樣長(zhǎng)度方向的中央部位鋸開(kāi)后觀測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)試件的截面變形嚴(yán)重，均出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象，試樣弦切板截面變形值為0.02 ~ 2.10mm，平均值為0.57mm，綜合評(píng)價(jià)其截面變形等級(jí)為2級(jí)。截面變形與末期濕度關(guān)系較小，與干燥初期溫、濕度關(guān)系較大[7]，因此在干燥過(guò)程中，調(diào)整干燥初溫、濕度，可以減少截面變形。

2.1.4 翹曲變形

在干燥過(guò)程中，由于皺縮的不均勻性，試件產(chǎn)生翹曲變形，包括順彎、瓦彎和扭曲等[11]。百度試驗(yàn)結(jié)果表明(表3)，大花序桉木材彎曲變形中無(wú)順彎、瓦彎變形，橫彎、扭曲值均值分別為2.07mm、1.02mm，上述4種變形等級(jí)分別為1級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、2級(jí)，其中橫彎變形最嚴(yán)重。

2.1.5 等級(jí)評(píng)定

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)試樣干燥缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，參照百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定大花序桉木材的初期開(kāi)裂、截面變形、內(nèi)部開(kāi)裂的缺陷等級(jí)分別為4級(jí)、2級(jí)、2級(jí)(表4)。

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，大花序桉木材干燥特性結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 大花序桉木材干燥特性

表4 大花序桉木材干燥特性等級(jí)

圖1 大花序桉木材干燥過(guò)程中含水率曲線

2.1.6 干燥速度

圖1為26年生大花序桉木材干燥過(guò)程中含水率變化曲線。弦切板初始含水率平均值為56.32%，干燥結(jié)束時(shí)含水率平均值為1.09%，全程干燥用時(shí)81 h，平均干燥速度0.68%·h-1。試材含水率從初始值干燥至約30%時(shí)用時(shí)5 h，其平均干燥速度為5.26%·h-1；含水率由30%降至5%時(shí)用時(shí)46 h，平均干燥速度為0.55%·h-1，隨著含水率降低，干燥速度減慢。干燥速度評(píng)定根據(jù)百度試驗(yàn)中試材含水率由30%降至5%時(shí)所需要的時(shí)間。依據(jù)百度試驗(yàn)法干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大花序桉木材干燥速度評(píng)定為5級(jí)，干燥速度較慢，屬難干類(lèi)木材。

2.1.7 干縮特性

大花序桉木材的干燥特性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。從表中數(shù)據(jù)看出，大花序桉的體積、弦向和徑向干縮率較大，縱向干縮較小。大花序桉木材差異干縮值為0.576，屬于差異干縮小。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示大花序桉的平均徑向干縮率大于其弦向干縮率，這主要是由于試件尺寸影響造成的[12]。

表5 大花序桉木材干縮特性

2.2 木材干燥時(shí)間估算

木材干燥時(shí)間根據(jù)文獻(xiàn)[8]估算，即根據(jù)初期干濕球溫度差和試件干燥過(guò)程中由初含水率降至1%所需的時(shí)間兩個(gè)條件查詢(xún)干燥時(shí)間，取兩者平均值所得。本試驗(yàn)初期干濕球溫度差2℃，含水率降至1%用時(shí)81 h，查得相對(duì)應(yīng)的干燥時(shí)間分別為20.5和21 d。兩者平均值為20.75 d，即得厚度為25 ~ 30mm的大花序桉板材窯干至含水率10%所需時(shí)間，即20.75 d。

2.3 干燥基準(zhǔn)的編制

通過(guò)100℃試驗(yàn)獲得了大花序桉木材3種缺陷的等級(jí)程度(表4)，對(duì)照百度實(shí)驗(yàn)法所列預(yù)制對(duì)應(yīng)的干燥條件[7]，獲得26年生大花序桉木材干燥基準(zhǔn)的基本條件(表6)，即：干燥初期溫度為50℃，干燥初期干濕球溫差為2 ~ 3℃，干燥末期溫度為80℃。經(jīng)計(jì)算，試件初含水率為56.32%，參照國(guó)家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1068-92《鋸材窯干工藝規(guī)程》[13]含水率與干濕球溫度差關(guān)系表，制定了26年生大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)(表7)。

表6 大花序桉木材干燥基本條件 ℃

表7 大花序桉木材干燥基準(zhǔn)

3 結(jié)論與討論

大花序桉木材干燥初期開(kāi)裂嚴(yán)重，缺陷等級(jí)達(dá)4級(jí)，為防止初期開(kāi)裂嚴(yán)重，干燥初期初始溫度不能高，為50℃，干濕球溫度差不能太大，溫差2 ~ 3℃；截面變形程度為2級(jí)；內(nèi)部開(kāi)裂缺陷等級(jí)為2級(jí)，為避免扭曲變形，終期溫度亦不能太高，為80℃。

大花序桉木材干燥速度評(píng)定為5級(jí)，干燥速度較慢，屬難干類(lèi)木材。木材體積、弦向和徑向干縮率較大，縱向干縮較小，但弦向干縮與徑向干縮的比值差異干縮值為0.576，屬差異干縮小。盧翠香等[14]認(rèn)為22年生鄧恩桉木材屬難干類(lèi)木材，劉元等[15]和王喜明等[16]研究表明桉樹(shù)木材屬難干燥類(lèi)木材，與本研究結(jié)論一致；但是刁海林等[17]認(rèn)為9年生巨尾桉木材屬易干燥木材，劉媛等[18]認(rèn)為5年生尾巨桉幼齡材容易干燥，說(shuō)明桉樹(shù)木材的干燥特性在不同樹(shù)種和不同林齡間存在著較大的差異。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步預(yù)測(cè)了25 ~ 30mm厚26年生大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)。桉樹(shù)在干燥過(guò)程中容易發(fā)生皺縮和開(kāi)裂，在生產(chǎn)過(guò)程中需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和優(yōu)化干燥工藝。

[1] Pryor L D, Johnson L A S. A classification of theEucalypts[M]. Canberra, Australia: Australian National University, 1971.

[2] 楊中寧,項(xiàng)東云,陳健波,等.大花序桉種源木材纖維特性變異研究[J].廣西林業(yè)科學(xué),2011,40(1):8-11,16.

[3] 趙汝玉,陸釗華,徐建民.韋塔桉與大花序桉在粵中地區(qū)的生長(zhǎng)表現(xiàn)[J].熱帶林業(yè),2006,34(3):31-33.

[4] 翟新翠,項(xiàng)東云,陳健波,等.大花序桉種源/家系遺傳變異與早期選擇研究[J].廣西林業(yè)科學(xué),2007,36(1):26-30.

[5] 項(xiàng)東云,陳健波,申文輝,等.大花序桉種源間木材物理性質(zhì)變異研究[J].廣西林業(yè)科學(xué), 2008,37(2):57- 65.

[6] 虞華強(qiáng),費(fèi)本華,呂建雄,等.GB/T 1927－2009木材物理力學(xué)試材采集方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[7] 何清慧.木材干燥基準(zhǔn)簡(jiǎn)易確定法——百度試驗(yàn)法[J].木材工業(yè),1998,12(6):39-41.

[8] 戴于龍,黃月瑞,劉渝,等.推廣預(yù)測(cè)木材干燥基準(zhǔn)的百度試驗(yàn)法的可行性探討[J].北京林業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1985(1):19 -29.

[9] 顧煉百.木材加工工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社, 2011.

[10] 王喜明.木材干燥學(xué)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2007.

[11] 李延軍,馬掌法,張宏,等.狄氏黃膽木干燥工藝的初步研究[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào),2001,18(4):384-388.

[12] 高瑞清,滕通濂.百度試驗(yàn)中木材的干縮特性與木材開(kāi)裂的關(guān)系分析[J].林業(yè)科技通訊,1998(4):4-6.

[13] 龔仁梅,呂蕾,李曉秀,等. LY/T 1068－2012 鋸材窯干工藝規(guī)程[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[14] 盧翠香,刁海林,項(xiàng)東云,等.鄧恩桉木材干燥特性初探[J].西部林業(yè)科學(xué),2014,43(6):129-134.

[15] 劉元,吳義強(qiáng),喬建政,等.桉樹(shù)人工林的干燥特性及干燥基準(zhǔn)研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào),2002,22(4):44-49.

[16] 王喜明,賀勤,趙喜龍.桉樹(shù)人工林木材干燥皺縮特性的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,34(1):123-127.

[17] 刁海林,陳健波,羅建舉,等.巨尾桉干燥特性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(28): 63-68.

[18] 劉媛,黃騰華,盧翠香,等.尾巨桉幼齡材干燥特性研究[J].桉樹(shù)科技,2016,33(1):27-31.

Drying Characteristics ofEucalyptus cloezianaWood

LIU Yuan1, LU Cui-xiang1, SU Yong2, WANG Jian-zhong2, LAN Jun2*, CHEN Jian-bo1
(1.Guangxi Forestry Research Institute Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Nanning530002,Guangxi, China; 2.Guangxi Dongmen Forest Farm,Fusui532108,Guangxi, China)

Drying characteristics of 26-year-oldEucalyptus cloezianawood were examined using the 100oC testmethod. Results showed that in wood ofE. cloeziana: initial checks were serious and categorized as Grade 4; the degree of cross-section deformation wasmoderate and categorized as Grade 2; internal checks were alsomoderate and categorized as Grade 2; drying was slow and categorized as Grade 1. Based on the results obtained on the wood drying characteristics, a drying schedule forE. cloezianajuvenile wood was proposed based drying conditions necessary tominimize drying defects.

100oC testmethod;Eucalyptus cloeziana; drying characteristics; drying schedule

S781.71

A

廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字[2013]第1號(hào))；廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(14-A-02-03)；廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字[2015]第44號(hào))；基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(林科201414號(hào)) ;廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字［2014］第20號(hào))

劉媛(1981— )，女，碩士，工程師，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究.E-mail:33168764@qq. com

＊通訊作者：蘭俊(1981— )，男，高級(jí)工程師，從事林木育種與栽培工作.E-mail:lanjun107@aliyun.com