東南亞橄欖木干燥性質(zhì)研究及干燥基準(zhǔn)初步擬定

魏　路，孫照斌，徐　偉*，陳鳳義，申立乾，馬淑玲

(1.南京林業(yè)大學(xué) 家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，南京 210037；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；

3.廊坊華日家具股份有限公司，河北 廊坊 065001)

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東南亞橄欖木干燥性質(zhì)研究及干燥基準(zhǔn)初步擬定

魏路1，孫照斌2，徐偉1*，陳鳳義3，申立乾1，馬淑玲3

(1.南京林業(yè)大學(xué) 家具與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，南京 210037；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；

3.廊坊華日家具股份有限公司，河北 廊坊 065001)

摘要：利用百度試驗(yàn)法對(duì)橄欖木的干燥特性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：熱水處理的試件較未處理的試件干燥特性差異性大。熱水處理橄欖木初期開裂等級(jí)最大為3級(jí)，內(nèi)裂等級(jí)為1級(jí)，截面變形等級(jí)最大為2級(jí)，扭曲最大等級(jí)為4級(jí)；而未處理橄欖木初期開裂等級(jí)最大為4級(jí)，內(nèi)裂等級(jí)為1級(jí)，截面變形等級(jí)最大為3級(jí)，扭曲最大等級(jí)為5級(jí)。熱水預(yù)處理可以降低干燥缺陷等級(jí)，加快干燥速度。

關(guān)鍵詞：東南亞橄欖木；百度試驗(yàn)法；干燥特性

0引言

木材干燥是木材加工生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，是決定家具生產(chǎn)中木材質(zhì)量及能源消耗最重要的工序。提升木材干燥質(zhì)量、縮短干燥時(shí)間、高效利用能耗和避免木制品在使用中開裂及變形，以及保證木結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全是木制品加工行業(yè)的重要研究領(lǐng)域，掌握基本的木材干燥特性是合理安排木材干燥的重要因素[1-3]。橄欖木(PhoebeolivewoodGamble)，木犀屬亞熱帶常綠喬木，廣泛分布于熱帶及亞熱帶地區(qū)，其中心在東南亞及巴西。生長輪不明顯，生材有樹脂香味，紋理交錯(cuò)；結(jié)構(gòu)略細(xì)，均勻；重量、硬度、強(qiáng)度中等[4]。目前主要是用作實(shí)木家具、箱柜、木質(zhì)地板和細(xì)木工制品等，該木材深受國內(nèi)很多人的喜愛。但部分企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明這種木材在進(jìn)行加工利用中出現(xiàn)一系列問題，而通過對(duì)木材進(jìn)行熱水處理是規(guī)避木材遇到問題的非常普遍的措施，因此有必要對(duì)干燥特性進(jìn)行深入對(duì)比研究。本文通過對(duì)東南亞進(jìn)口橄欖木進(jìn)行百度干燥法，旨在考察其干燥特性，為工業(yè)化干燥生產(chǎn)提供參考。

1材料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

橄欖木：來源于廊坊華日家具股份有限公司，為東南亞進(jìn)口木材，未處理濕材，長×寬×厚為20 cm×1.5 cm×2.5 cm，弦向刨光材，表面紋理通直、無缺陷，測得試件初含水率大于45%。所取橄欖木氣干密度是0.58 g/cm3，絕干密度是0.53 g/cm3。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

高精度木工圓鋸機(jī)(德國FESTOOL)；電熱鼓風(fēng)式干燥箱(天津泰斯特儀器有限公司)；電子天平(精度0.01 g)；電子游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)；不銹鋼鋼尺(精度0.5 mm)；塞尺(精度0.01 mm)；木材含水率檢測儀(KT-50)。

1.3試驗(yàn)方法

將準(zhǔn)備的16塊實(shí)驗(yàn)試件分為兩組。一組用熱水處理，另一組用冷水處理(等同于未處理試件)，熱水處理的實(shí)驗(yàn)試件需水煮4 h，未處理的試件需浸泡24 h以上時(shí)間處理。兩種試件處理好后皆擦干表面水分備用。并用木材含水率檢測儀測得兩種處理的試件初含水率均需大于45%，之后對(duì)兩組試件通過百度干燥法進(jìn)行試驗(yàn)。

百度試驗(yàn)法是通過對(duì)研究木材初期開裂、內(nèi)裂、截面變形、扭曲變形、干縮特性和干燥速度等干燥性質(zhì)進(jìn)行觀察和測試分析。上述干燥特性分析主要是通過“百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表”[5]來先確定這幾種特性的等級(jí)。然后參照確定的等級(jí)，通過“缺陷干燥程度與干燥條件的關(guān)系表”[5]確定橄欖木干燥的初期溫度、干濕球溫度差及后期溫度。參照國家林業(yè)局頒布的LY/ T1068-2012《鋸材窯干工藝規(guī)程》，采用較軟的參數(shù)基準(zhǔn)作為橄欖木干燥基準(zhǔn)的基本條件，初步擬定干燥基準(zhǔn)[6-9]。

2結(jié)果與討論

2.1干燥缺陷等級(jí)確定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)，通過“百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表”[5]確定橄欖木試件各種干燥性質(zhì)的缺陷等級(jí)。確定干燥缺陷的等級(jí)指標(biāo)有初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形。熱水處理試件對(duì)應(yīng)的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形缺陷等級(jí)分別為3級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)；未處理試件對(duì)應(yīng)的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形缺陷等級(jí)分別為3級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和4級(jí)，見表1。

表1　東南亞橄欖木干燥缺陷等級(jí)

2.2干燥特性分析

2.2.1初期開裂

熱水處理的橄欖木初期在實(shí)驗(yàn)中只是顯示出短端裂及端表裂(包括長端表裂)，其平均為5.8條，最多的達(dá)到了9條。通過木材干燥基準(zhǔn)簡易確定法-百度試驗(yàn)法[5]可得其開裂平均為3級(jí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化波動(dòng)范圍較小，而未處理的橄欖木初期除出現(xiàn)過端裂和端表裂外還出現(xiàn)了長細(xì)表裂，其平均為8.2條，最多達(dá)到了12條。即其初期開裂平均為3級(jí)，最高為4級(jí)。總體看，經(jīng)熱水處理的試件的初期開裂等級(jí)都要低于未處理試件的初期開裂等級(jí)。

根據(jù)試驗(yàn)觀察，橄欖木試件初期開裂是主要干燥缺陷，因此在干燥初期時(shí)要注意干燥條件的控制，在干燥初期采用偏軟的干燥基準(zhǔn)，同時(shí)注意含水率在纖維飽和點(diǎn)左右時(shí)使用中期處理。

2.2.2內(nèi)部開裂

由于兩種橄欖木試件均沒發(fā)生內(nèi)裂，因此他們的缺陷等級(jí)為最高級(jí)1級(jí)。內(nèi)裂主要起因于干燥引起的表面硬化及木材內(nèi)部干燥應(yīng)力過大，木材的內(nèi)裂一般主要發(fā)生在干燥后期。但是表裂程度比較大也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)裂。

2.2.3截面變形

熱水處理的橄欖木截面變形與未處理的橄欖木截面變形最大分別為0.86、1.34 mm。平均值分別為0.58、0.68 mm。根據(jù)參照表可知兩者的平均等級(jí)均為2級(jí)，其最高等級(jí)分別為2級(jí)、3級(jí)。說明經(jīng)熱水處理的試件截面變形等級(jí)低于未處理試件的截面變形等級(jí)。截面變形反映木材的塑性特征，主要是外層的伸張殘余變形，這種殘余變形既是內(nèi)裂的主要根源，也是干燥終了時(shí)材料中殘余應(yīng)力的原因。截面變形程度與干燥初期溫度和初期濕度關(guān)系較大，與末期濕度關(guān)系較小。

2.2.4扭曲變形

熱水處理的橄欖木最大扭曲值為7.4 mm，平均為4.7 mm，平均等級(jí)為4級(jí)，而未處理的橄欖木最大扭曲值為14.0 mm，平均為7.5 mm，平均等級(jí)為5級(jí)，未處理橄欖木的扭曲值相對(duì)于熱水處理橄欖木扭曲值等級(jí)高，故扭曲較嚴(yán)重。

木材構(gòu)造是具有各向異性的，其在干燥過程中不同方向上的干縮程度是不一致的，這是造成扭曲變形及瓦彎的一個(gè)重要因素。

2.2.5瓦彎

熱水處理與未處理的橄欖木最大瓦彎值分別為

1.2、1.4 mm。平均值分別為0.63、0.73 mm。一般來說其內(nèi)含物較多的其瓦彎程度也較高[10]，熱水處理相對(duì)于未處理其抽提效果較好，故其瓦彎程度也較未處理的低。

2.2.6干縮特性

木材的干縮濕脹性質(zhì)是決定木材干燥特性的一個(gè)主要影響因素，準(zhǔn)確的了解木材的干縮濕脹特性便于更加準(zhǔn)確的制定木材的干燥基準(zhǔn)。因此對(duì)制定木材干燥工藝以及合理利用有重要的意義[10-12]。橄欖木的干縮特性見表2。

表2　橄欖木試件的干縮性質(zhì)

注：差異干縮比值為弦向干縮率與徑向干縮率的比值。

根據(jù)試件干燥前后的尺寸變化，未處理橄欖木與熱水處理橄欖木的全干弦向干縮率分別為6.077%、5.413%，全干徑向干縮率分別為2.973%、3.333%，對(duì)應(yīng)的體積干縮率分別為12.997%、9.227%，體積干縮系數(shù)分別為0.433、0.202。弦向與徑向的干縮比值即差異干縮為2.04>1.63，未處理等級(jí)較熱水處理高，說明未處理橄欖木在干燥過程中較熱水處理的橄欖木產(chǎn)生翹曲和變形的趨勢相對(duì)較大；未處理橄欖木的全干體積干縮率為12.997%，干縮系數(shù)為0.433<0.450，根據(jù)材性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬于小的等級(jí)[11]。熱水處理橄欖木的全干體積干縮率為9.227%，且其對(duì)應(yīng)的干縮系數(shù)為0.202，小于0.450，根據(jù)材性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬中等[13]。

實(shí)驗(yàn)中未處理橄欖木試件的差異干縮比值為2.04，熱水處理試件的差異干縮比值1.63，兩者均大于1.5[14]，根據(jù)材性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表明兩者在干燥過程中產(chǎn)生翹曲和開裂的趨勢較大。但熱水處理橄欖木的線性與體積干縮率在總體上均小于未處理橄欖木。

2.2.7干燥速度

實(shí)驗(yàn)顯示，熱水處理橄欖木試件含水率從30%到5%所用時(shí)間平均為28.75h，含水率從30%到5%平均干燥速度1.15%/h，干燥速度等級(jí)平均為4級(jí)。未處理橄欖木試件含水率從30%到5%所用時(shí)間平均為33h，含水率從30%到5%平均干燥速度1.32%/h，干燥速度等級(jí)平均為5級(jí)。可以得出熱水處理橄欖木試件較未處理的橄欖木試件干燥速度快，熱水處理橄欖木試件高于未處理橄欖木試件的原因是其對(duì)于木材構(gòu)造的影響不盡相同?？赡芊磻?yīng)在兩種不同處理方式對(duì)其內(nèi)含物的抽提不同所造成的[15-16]。有待進(jìn)一步探究。

2.3擬定干燥基準(zhǔn)

由上文已得初期開裂、截面變形和內(nèi)部開裂的干燥缺陷程度等級(jí)，在對(duì)照“缺陷干燥程度與干燥條件的關(guān)系表”確定橄欖木干燥初、末期溫度及干濕球溫度差，可得表3。選取這兩種干燥缺陷各種等級(jí)對(duì)應(yīng)的最低溫度、溫度差。

從表3可知，熱水處理橄欖木初期溫度為60℃，干燥初期干濕球溫差為 3～4 ℃，終期溫度為 90 ℃。未處理橄欖木初期溫度為 60℃，干燥初期干濕球溫差為3～4℃，終期溫度為90℃。兩種橄欖木干濕球溫度差的最低條件近似相同，但在表1中未處理的差異干縮比值較熱水大，因此未處理橄欖木宜采用較熱水偏軟的干燥工藝基準(zhǔn)。

一般來說初期開裂、截面變形和內(nèi)部開裂是木材基準(zhǔn)確定的主要考慮因素，再結(jié)合其他干燥缺陷等級(jí)基礎(chǔ)上制定3種木材干燥基準(zhǔn)，安排各階段的溫濕度。

根據(jù)試驗(yàn)樹種的初期含水率，結(jié)合百度干燥工藝確定的基準(zhǔn)，參照國家林業(yè)局頒布的LY/ T1068-2012《鋸材窯干工藝規(guī)程》，得出橄欖木20～25 mm厚板材干燥基準(zhǔn)見表4。

表3　橄欖木試材百度干燥等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件

表4　百度實(shí)驗(yàn)法確定的橄欖木20～25 mm厚板材干燥基準(zhǔn)

對(duì)擬定的干燥基準(zhǔn)尚需要根據(jù)企業(yè)干燥設(shè)備和技術(shù)條件進(jìn)行調(diào)整和修訂，并經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后才可用于生產(chǎn)實(shí)踐。

3結(jié)論

(1)三種不同試件的干燥特性存在差異性。

熱水處理試件對(duì)應(yīng)的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形缺陷等級(jí)分別為3級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)；未處理試件對(duì)應(yīng)的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形缺陷等級(jí)分別為3級(jí)、1級(jí)、2級(jí)和4級(jí)。

(2)根據(jù)材性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表明熱水處理橄欖木較未處理橄欖木在干燥過程中產(chǎn)生翹曲和開裂的趨勢較小。

(3)熱水處理橄欖木可以提高橄欖木的干燥特性。

(4)擬定兩種試件20～25 mm東南亞橄欖木二次干燥基準(zhǔn)。

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Study on Drying Characteristics and Drying Scheduleof Southeast Asia Olive Wood

Wei Lu1，Sun Zhaobin2，Xu Wei1*，Chen Fengyi3，Shen Liqian1，Ma Shuling3

(1. College of Furniture and Industrial Design ，Nanjing Forestry University ，Nanjing 210037；2.College of Forestry，Agricultural University of Hebei，Baoding 071000，Hebei Province；3. Langfang Huari Furniture Co.，LTD，Langfang 065001，Hebei Province)

Abstract：The drying characteristics of Southeast Asia olive wood were determined with the 100℃ test method.The results showed that the drying characteristics of the specimens treated with hot water were significantly different from the untreated specimens.For the hot water treated specimens，the max degree of initial cracking was Grade 3，the inner cracking degree was Grade 1，the max cross-sectional deformation was Grade 2，and the max twist deformation was Grade 4；for the untreated specimens，the max degree of initial cracking was Grade 4，the inner cracking degree was Grade 1，the max cross-sectional deformation was Grade 3，and the max twist deformation was Grade 5. Therefore，hot water pretreatment can reduce the grade of drying defects and accelerate the drying speed.

Keywords：Southeast Asia olive wood；the 100℃ test method；drying characteristics

中圖分類號(hào)：S 791.247；S 782.31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2016)02-0032-04

作者簡介：第一魏路，碩士研究生。研究方向：家具與木制品工程。*通信作者：徐偉，博士，副教授。研究方向：木制品工程。Email：xuwei@njuf.edu.cn

基金項(xiàng)目：河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(14274001D)

收稿日期：2015-11-17

引文格式：魏路，孫照斌，徐偉，等.東南亞橄欖木干燥性質(zhì)研究及干燥基準(zhǔn)初步擬定[J].森林工程，2016，32(2)：32-35.