尾巨桉幼齡材干燥特性研究

劉　媛，黃騰華，盧翠香，陳健波，項東云

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尾巨桉幼齡材干燥特性研究

劉媛，黃騰華，盧翠香，陳健波，項東云

(廣西林業(yè)科學研究院廣西優(yōu)良用材林資源培育重點試驗室國家林業(yè)局中南速生材繁育試驗室，廣西南寧 530002)

采用百度試驗法研究5年生尾巨桉木材的干燥特性和干燥基準。結果表明：尾巨桉幼齡材主要的干燥缺陷為截面變形，等級3級；初期開裂程度1級；內部開裂嚴重達到2級；干燥速度快，為1級。根據木材干燥特性結果，參照百度試驗缺陷等級以及干燥缺陷對應的干燥條件制定了尾巨桉幼齡材的干燥基準。

百度試驗法；尾巨桉；幼齡材；干燥特性；干燥基準

尾巨桉(×)具有生長快、干性通直、產量高和輪伐期短等特點，是南方種植面積最廣、速生豐產的優(yōu)良無性系[1-3]。桉樹木材生長應力大、初始含水率高、木材滲透性差，干燥時皺縮嚴重，因此桉樹木材的干燥技術成為桉木加工利用的關鍵。許多學者在桉樹木材干燥方面做了大量的研究。趙榮軍等[4]分析了澳大利亞桉樹資源、桉樹木材性質、干燥特性、實木加工及其產品開發(fā)與利用等方面；江澤慧等[5]回顧和分析了桉樹木材與干燥有關的材性和干燥特性；劉元等[6]采用百度試驗法，結合常規(guī)干燥、真空干燥、常規(guī)—真空聯合干燥等3種不同干燥方式，研究了圓角桉()和檸檬桉()人工林木材干燥特性和干燥基準；刁海林等[7]采用百度試驗法，預測了9年生巨尾桉(×)木材干燥特性和干燥基準。目前尾巨桉人工林以幼齡材為主，木材以紙漿和人造板為主要用途。為了提高桉樹木材的利用率，本文以尾巨桉幼齡材為研究對象，對木材干燥特性進行測試分析，初步制定了尾巨桉幼齡材的干燥基準，為提高桉樹干燥質量提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采自廣西南寧樹木園新塘橋管理區(qū)居仁站3林班11、12小班2010年萌芽林，試驗樹種為尾巨桉無性系26號。采集方法參照國家標準GB /T1927―2009《木材物理力學試材采集方法》[8]，挑選5株樣木，樹齡5 a，平均樹高22.0 m，平均胸徑22.1 cm，初含水率139.67%，基本密度0.414 g·cm-3，生材密度0.987 g·cm-3。

表1 樣木情況

樣木伐倒后，每株樣木沿樹高方向0 ~ 2.0 m、2.0 ~ 4.0 m、4.0 ~ 6.0 m處各截取1段試驗木段，每個木段標記編號、木段號和北向，運送到木材加工廠，每個木段隨機選取1塊方材用于干燥特性試驗。參照百度試驗法要求加工試件[9]，四面刨光，鋸取規(guī)格為200 mm × 100 mm × 20 mm(L×W×H)標準旋切板，共計15塊。

1.2 試驗方法

參照百度試驗法[9-10]進行。標準試件測量和稱重后，沿木材紋理方向，橫立放置于100℃鼓風式電熱恒溫干燥箱中進行干燥。定時觀察干燥過程中試件缺陷情況。初期每隔1 h稱量試件的變化，當標準試件表面的裂紋不再增加并開始愈合，隔2 h觀察；當裂紋不再愈合，隔6 h觀察；待前后兩次稱重的質量差不超過0.02 g，即試件達到絕干狀態(tài)，停止干燥，試驗結束。根據試件的初期開裂(斷裂和表面開裂)、內部開裂與塌陷(截面變形)3項干燥缺陷的程度(表2)，對干燥缺陷進行評價等。

表2 百度試驗干燥特性分級標準

注：裂紋長度≤5 cm者為短，＞5 cm者為長；寬度≤2 mm者為細，＞2 mm者為寬；內裂同此規(guī)定。

2 結果與分析

2.1 木材干燥特性分析

尾巨桉幼齡材的干燥缺陷等級見表3。

2.1.1 初期開裂

百度試驗表明：尾巨桉幼齡材初期開裂程度屬輕等級，主要為端表裂，初期0.5 h時只有1塊徑切板出現了端表裂，數量為2條。干燥進行到1 h時，中心板出現1條端表裂。干燥進行到2 h時，只有1塊弦切板出現1條端表裂，其余弦切板在干燥初期前3個小時均為出現開裂情況。整個試驗過程未出現貫通裂。在第1次觀察中(進烘箱0.5 h)只有1塊徑切板出現了2條端表裂，1條長端表裂；1 h后，中心板出現1條端表裂，所有弦切板均未出現開裂情況；2 h時，其中1塊弦切板出現了端表裂，直到第3 h，其余弦切板均未出現開裂；后期開裂情況發(fā)展沒有明顯增多；初期開裂在3 ~ 4 h內發(fā)展到最大值。隨后裂紋開始愈合。根據干燥缺陷及干燥速度分級標準判定，其初期開裂等級為1級。

表3 尾巨桉木材干燥后缺陷等級

2.1.2 內部開裂

內裂主要由于干燥引起的表面硬化和干燥應力，一般發(fā)生在干燥后期[11]。本試驗干燥時間為61 h，干燥試驗結束后觀察，有3塊弦切板出現內裂，但是內裂程度較輕，中心板和徑切板均未產生內裂，根據干燥缺陷及干燥速度分級標準判定，綜合其等級為2級。為了減少內裂的產生，要控制好干燥末期的干燥溫度和后期的干燥條件，避免由嚴重的表裂向內部延伸而引起內裂。

2.1.3 截面變形

在干燥過程中，木材內層含水率和表層含水率存在差異，木材表層硬化，被干燥的試材容易產生截面變形[12]。干燥結束后，從試樣長度方向的中央部位鋸開后觀測，尾巨桉木材的截面變形程度比較嚴重，弦切板的截面變形值介于1.17 ~ 2.79 mm之間，平均值為1.81 mm；徑切板和中心板的截面變形平均值分別為1.13 mm和1.58 mm；綜合評定其等級為3級。

2.1.4 翹曲變形

百度試驗結果表明(表4)，尾巨桉幼齡材木材扭曲的程度較輕，弦切板的扭曲值介于0.5 ~ 4.5 mm之間，平均值為2.92 mm，評定等級為2級。總體上，弦切板試件的扭曲水平要高于徑切板和中心板。弦切板的瓦彎程度較嚴重，介于1.65 ~ 8.00 mm，平均值為4.59 mm；徑切板和中心板的平均值分別為4.0 mm和4.5 mm。弦切板的順彎程度較輕，介于0.50 ~ 1.55 mm，平均值為1.02 mm；徑切板和中心板的平均值分別為0.6 mm和1.4 mm。弦切板的橫彎程度較輕，介于0.45 ~ 1.05 mm，平均值為0.69 mm；徑切板和中心板的平均值分別為0.65 mm和0.38 mm。

表4 尾巨桉木材變形情況表 mm

2.1.5 干燥速度

尾巨桉幼齡材干燥過程中含水率變化曲線如圖1所示。干燥速度是取試件從含水率30%干燥到5%的干燥延續(xù)時間作為干燥速度分級的指標。經過統計計算，各弦切板試材從含水率30%降至5%所需時間平均為10.11 h，平均干燥速度為2.47%·h-1，等級評定為1級，干燥速度快。干燥速度統計結果見表5。

圖1 尾巨桉木材含水率變化曲線

表5　百度試驗干燥速度

2.1.6 干縮特性

尾巨桉幼齡材的干縮特性統計見表6。從表中數據看出，桉樹木材的體積、弦向和徑向干縮率較大，縱向干縮較小。尾巨桉木材差異干縮值為0.718，屬于差異干縮小。木材的縱向、徑向、弦向干燥到絕干狀態(tài)干縮率的范圍分別是0.1% ~ 0.3%、3% ~ 6%、6% ~ 12%[13]。試驗中尾巨桉木材到絕干狀態(tài)縱向、徑向、弦向干縮率分別是0.400%、13.268%、9.527%，都超出了范圍，體積干縮率達21.835%。尾巨桉幼齡材屬于皺縮變形大的木材。尾巨桉木材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的影響造成的[14]。

表6 尾巨桉木材干縮特性

2.2 編制干燥基準

通過百度試驗獲得尾巨桉幼齡材3種主要干燥缺陷的等級程度(表7)，確定尾巨桉幼齡材干燥的初期溫度為60℃，初期干濕球溫度差為3 ~ 5℃，干燥末期溫度為75℃。參照與干燥缺陷相對應的干燥條件，從中選出各溫度和干濕球溫差最低條件作為確定尾巨桉幼齡材干燥基準的基本條件。

尾巨桉幼齡材的初期開裂等級為1級，截面變形等級較大，均為3級，內裂等級為2級。根據試驗記錄，試件的初含水率為128.78%，查含水率與干濕球溫度差關系表，可制定出鋸材的干燥基準；再根據本試驗總用時61 h，初期干濕球溫度差為3℃，查干燥時間估算圖[10]，可估算鋸材實際干燥的時間。一般成材干燥多為家具用材，因而制定了25 ~ 30 mm厚尾巨桉幼齡材桉樹木的干燥基準(表8)。

表7　尾巨桉木材干燥初步條件　 　℃

表8 　尾巨桉木材干燥基準

3 結論

百度試驗中，截面變形是尾巨桉幼齡材主要的干燥缺陷，缺陷等級達3級，內部開裂嚴重達到2級，初期開裂程度為1級。為防止截面變形的發(fā)生，干燥初期初始溫度不能太高，為60℃，干濕球溫度差為3 ~ 5℃；為避免扭曲變形，末期溫度亦不能過高，以75℃為宜。5年生尾巨桉幼齡材干燥缺陷分級情況和干燥初步條件與刁海林等[7]對9年生巨尾桉木材干燥特性研究結果相同；與甘雪菲等[15]對4年生巨尾桉小徑材探討的干燥工藝結果有差異。

尾巨桉幼齡材干燥速度評定為1級，木材干燥速度較快。木材的體積、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0.718，屬差異干縮小。

根據試驗結果，初步預測了25 ~ 30 mm厚尾巨桉幼齡材的干燥基準。桉樹木材材性變異大，干燥過程中容易皺縮和開裂，在生產過程中還要根據實際情況調整干燥工藝。

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Drying Characteristics of Juvenile Woodof

LIU Yuan, HUANG Teng-hua, LU Cui-xiang, CHEN Jian-bo, XIANG Dong-yun

(,,,530002,,)

Drying characteristics of 5-year-oldjuvenile wood were studied by the 100oC test method. Results showed that the key drying defects ofjuvenile wood achieved the following average grades: cross-section deformation – Grade 3; initial checks – Grade 1; severe internal checking –Grade 2; speed of drying –Grade 1. Based on the results obtained, a drying schedule forjuvenile wood is proposed to minimize defect levels obtained.

100oC test method;×; juvenile wood; drying characteristic; drying schedule

S781.71

A

廣西林業(yè)科技項目(桂林科字[2013]第1號)；廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室自主課題(14-A-02-03)；廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目(桂科攻1347004-3)；廣西林業(yè)科技項目(桂林科字[2015]第44號)；基本科研業(yè)務費專項(林科201414號)；廣西林業(yè)科技項目(桂林科字[2014]第20號)；

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