格木干燥特性及其干燥基準(zhǔn)初探

林　凡，黃騰華，劉　俊，陳柏旭，潘　鋒

(1.廣西蒼梧縣國營白南林場，廣西 梧州 543116；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，南寧 530002; 3.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

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格木干燥特性及其干燥基準(zhǔn)初探

林凡1，黃騰華2，劉俊1，陳柏旭3，潘鋒1

(1.廣西蒼梧縣國營白南林場，廣西 梧州 543116；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，南寧 530002; 3.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

摘要：采用百度試驗法研究了格木木材干燥特性，擬定了25～30 mm厚格木木材的干燥基準(zhǔn)。結(jié)果表明：格木木材初期開裂初期開裂等級為3級，主要為端裂和端表裂，干燥結(jié)束后，未出現(xiàn)內(nèi)裂，等級為1級；截面變形值弦切板平均0.608 mm，徑切板平均0.618 mm，等級為2級；扭曲值弦切板平均2.7 mm，等級為2級，徑切板平均1.92 mm，低于弦切板；格木干燥質(zhì)量好，初期開裂是其主要干燥缺陷；弦切板從含水率30%降至5%平均用時26 h，平均干燥速度0.96 %·h-1，徑切板平均用時38 h，平均干燥速度為0.66%·h-1，等級為4級，弦切板干燥速度快于徑切板；干燥時可參考本研究制定的25～30 mm厚木材干燥基準(zhǔn)執(zhí)行操作，將板材分類擺放，干燥初期干濕球溫度差不應(yīng)太大，升溫不宜過快。

關(guān)鍵詞：格木；干燥特性；干燥基準(zhǔn)；百度試驗法

格木(Erythrophleum fordii)又名赤葉木、斗登風(fēng)、孤墳柴，屬蘇木科 Caesalpiniaceae 格木屬常綠喬木，是我國南亞熱帶地區(qū)的鄉(xiāng)土闊葉珍貴樹種，被列入中國植物紅皮書第一冊國家二級重點保護(hù)珍稀瀕危植物[1-2]，主要天然分布于廣西、廣東、福建和臺灣等省區(qū)，越南和老撾亦有分布[3-5]。作為珍貴用材樹種，心材與邊材區(qū)分明顯，邊材黃褐色稍暗，心材大，褐黑色，有光澤，紋理通直，結(jié)構(gòu)細(xì)密堅實，干燥后收縮或變形小，耐腐耐濕，有“鐵木”之稱，用途廣泛，具有非常高的經(jīng)濟(jì)價值[5-7]。目前格木遷地保護(hù)和引種栽培等恢復(fù)措施研究主要集中在光合作用、地理分布、傳粉方式、育苗技術(shù)、群落生態(tài)學(xué)、林地碳儲量及其分配、物理力學(xué)性質(zhì)等方面[5-13]，加工、利用研究較少，干燥特性還未見研究報道。為此我們進(jìn)行了格木木材干燥特性和干燥基準(zhǔn)研究。

1材料與方法

1.1試驗材料

試材選自廣西梧州市蒼梧縣石橋鎮(zhèn)白南林場格木種植示范基地(北緯N23°50′13″～N23°50′20″；東經(jīng)E111°33′17″～E111°33′22″)，該地亞熱帶季風(fēng)氣候明顯，自然條件十分優(yōu)越，海撥高度200～400 m，坡度30～35°，光熱充足，雨量充沛，年均氣溫21.2℃，年均降水量1 506.9 mm，年均無霜期331d，土壤以紅壤為主，土層較厚、較肥沃。

試材格木種植于20世紀(jì)80年代初期，樹齡33 a。按國家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》(GB/T1927—2009)選擇和采伐生長良好、均勻的樣木5株。對伐倒樣木沿樹高方向按1.3～3.3、5.3～7.3、9.3～11.3、13.3～15.3、17.3～19.3 m截取5段試驗?zāi)径?表1)，每試驗?zāi)径伟?20±0.5)mm厚度鋸取、刨光制成光面板，并在無損位置依次截成200 mm×100 mm×20 mm試件，選取優(yōu)良無缺陷的弦切板5塊、徑切板5塊、中心板1塊。以弦切板評判木材干燥特性等級，徑切板和中心板作對比試驗。試件平均含水率為72.99%，均達(dá)50%以上，符合百度試驗法條件要求[14]。

注：每段試材長2 m。

1.2試驗方法

試驗儀器設(shè)備與參考文獻(xiàn)[15]相同。采用百度試驗法，將試件放入事先已預(yù)熱到100±3℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥。干燥初期每間隔1 h觀測1次，當(dāng)試件不再繼續(xù)開裂并且其裂紋開始愈合時，每間隔2 h觀測1次，裂紋愈合停止時，每間隔4 h觀測1次，當(dāng)試件前后兩次重量差不超過0.5%時，實驗結(jié)束。每次觀測時記錄試件干燥缺陷情況(端表裂、貫通裂、表裂、端裂)及試件重量。干燥結(jié)束后試件稱重，測量扭曲度、順彎度、弓彎度、橫彎度、斷面收縮率及內(nèi)裂長度、寬度等，之后從試件中間截取15 mm寬試驗片，測定其含水率并推算試件干重[16]。

2結(jié)果與分析

2.1格木木材干燥缺陷等級及其標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)有關(guān)參考文獻(xiàn)[17-19]制定的格木木材干燥缺陷等級標(biāo)準(zhǔn)如表2，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)及干燥試驗數(shù)據(jù)，確定格木木材干燥缺陷等級為4級(表3)。

表2　100℃干燥試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標(biāo)準(zhǔn)

注：干燥速度等級按含水率30%降至5%所需時間劃分；裂紋長度≤5 cm者為短、>5 cm者為長，寬度≤2 mm者為細(xì)、>2 mm者為寬，內(nèi)裂也同此規(guī)定。

表3　格木試件缺陷等級

2.2格木木材干燥特性2.2.1初期開裂百度試驗表明，格木木材初期開裂程度屬于中等，主要為端裂和端表裂，只有個別試件出現(xiàn)表裂。在第1次觀察 (進(jìn)烘箱0.5 h)和第2次觀察中(進(jìn)烘箱1 h)所有試件均沒有出現(xiàn)開裂情況；在第3次觀察 (進(jìn)烘箱2 h)時，只有兩塊試件產(chǎn)生了端裂，裂紋細(xì)小且少；3 h后，大部分試件產(chǎn)生了端裂和端表裂，1塊弦切板出現(xiàn)了1條表裂；此后，端裂和端表裂裂紋數(shù)量及長度迅速發(fā)展。3 h時，所有弦切板試件都產(chǎn)生了端裂和端表裂，大部分徑切版沒有出現(xiàn)任何裂紋，中心板沒有出現(xiàn)裂紋；初期開裂在2～3 h內(nèi)發(fā)展到最大值。表裂最多時達(dá)到4條，長度最長達(dá)到71 mm，最大寬度0.6 mm。干燥8 h后，裂紋開始慢慢愈合，到結(jié)束干燥時，只有一塊弦切板和一塊徑切板有較為明顯的端表裂紋，一塊徑切板有較為明顯的表裂紋，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標(biāo)準(zhǔn)判定，其初期開裂等級為3級。根據(jù)試驗觀察，初期開裂是格木的主要干燥缺陷，因此在干燥加工時，初期溫度差不應(yīng)太大，以確保干燥質(zhì)量。

2.2.2內(nèi)部開裂全部格木試件干燥試驗結(jié)束后均沒有出現(xiàn)內(nèi)裂情況，根據(jù)干燥缺陷及干燥速度分級標(biāo)準(zhǔn)判定，其等級為1級。

2.2.3截面變形實驗表明，格木截面變形程度比較輕，弦切板的截面變形值介于0.26～0.98 mm之間，平均值為0.608 mm；徑切板的截面變形平均值分別為0.618 mm；中心板為0.66 mm，綜合評定其等級為2級。

2.2.4扭曲及彎曲變形試驗結(jié)果表明，格木木材扭曲程度中等，弦切板扭曲值介于0.5～5.5 mm之間，平均值為2.7 mm，評定等級為2級；徑切板的扭曲平均值為1.92 mm?？傮w上，弦切板試件扭曲程度高于徑切板。徑切板平均瓦彎值0.57 mm，中心板的瓦彎值為0.8 mm，弦切板瓦彎值介于0.85～2.65 mm，平均1.56 mm，是徑切板2.7倍，較為嚴(yán)重；弦切板、徑切板和中心板的順彎平均值分別為0.56 mm、0.57 mm和0.7 mm，相差不大；弦切板、徑切板和中心板的橫彎平均值分別為0.8 mm、0.54 mm和0.75 mm。

2.2.5干燥速度格木木材干燥過程中含水率變化曲線如圖1所示，可以看出其干燥過程中木材含水率變化趨勢與土貢松、頂果木等一致[15-16]，即呈快、慢、更慢趨勢。根據(jù)圖1及文獻(xiàn)方法[20-21]計算得知，格木不同類別板從70%～80%上下將至30%需12～21 h；試材從含水率30%降至5%所需時間弦切板11.0～29.8 h，平均26 h，平均干燥速度為0.96 %·h-1，弦切板干燥等級評定為4級、干燥速度較慢；徑切板含水率30%降至5%平均所需38 h，平均干燥速度為0.66 %·h-1；徑切板干燥速度慢于弦切板，因此窯干時為保證干燥質(zhì)量，應(yīng)該將板材分類調(diào)整擺放進(jìn)行干燥。

圖1　含水率變化曲線

W初/%干燥時間/h全程W初%～30%30%～5%干燥速度/(%·h-1)全程W初%～30%30%～5%干燥速度等級72.998914260.963.070.664

2.3格木木材干燥基準(zhǔn)

通過試驗獲得格木木材3種主要干燥缺陷的等級程度后，按照參考文獻(xiàn)[19]方法確定格木木材干燥的初期溫度、初期干濕球溫度差以及干燥末期溫度(表5)及格木木材干燥基準(zhǔn)基本條件(表6)。

表5　與干燥缺陷等級對應(yīng)的干燥條件

表6　試件干燥初步條件

根據(jù)表6確定：初期溫度為60℃，干燥初期干濕球溫差3～4℃，末期溫度為90℃。由于干燥初期干濕球溫度差、初期溫度、末期的溫度和干濕球溫度差對木材初期開裂程度影響依次由強(qiáng)到弱[22]，為最大限度降低干燥缺陷出現(xiàn)率，提高干燥質(zhì)量及生產(chǎn)效率，制定格木木材的干燥基準(zhǔn)時，要根據(jù)其主要干燥缺陷，制定各階段溫度變化及干濕溫度差。

格木木材干燥初期開裂等級較高，截面變形較小，不出現(xiàn)內(nèi)裂。因此干燥格木時為有效控制初期開裂，前期干濕球溫度差要適當(dāng)縮小并控制升溫速度；干燥中后期為提高干燥效率，可適當(dāng)加大升溫幅度及干濕球溫度差。實驗結(jié)果顯示，初期開裂主要集中在試驗前2 h、含水率約為57.8%時，當(dāng)含水率降到約40%時趨于穩(wěn)定，因此含水率在75%～50%時，干濕球溫度差為3℃，干球溫度為60℃；含水率在50%～40%時，干濕球溫度差為3℃，干球溫度為63℃。計算得知，格木試件初含水率為72.99%，根據(jù)含水率與干濕球溫度差關(guān)系[19]，制定格木鋸材的干燥基準(zhǔn)；根據(jù)本實驗試件含水率降至1%時所用的時間為44 h,干燥時間約為13 d；初期干濕球溫度差為3℃，干燥時間約為10 d；綜上所述，干燥時間平均值為11.5 d，可得出鋸材實際干燥時間為11.5 d。制定25～30 mm厚格木木材干燥基準(zhǔn)如表7。

表7　格木木材(25～30 mm)干燥基準(zhǔn)

3結(jié)論與討論

(1)格木木材初期開裂程度屬于中等(3級)，主要為端裂和端表裂，只有個別試件出現(xiàn)少數(shù)表裂；干燥試驗結(jié)束后，格木試件均沒有出現(xiàn)內(nèi)裂情況，等級為1級；弦切板截面變形值0.26～0.98 mm、平均0.608 mm，徑切板截面變形平均值0.618 mm、評定等級為2級，截面變形程度比較輕；弦切板扭曲值0.5～5.5 mm，平均2.7 mm，評定等級為2級，屬中等程度；徑切板扭曲平均值1.92 mm，低于弦切板；表明格木干燥質(zhì)量好，初期開裂是其主要干燥缺陷，干燥初期干濕球溫度差不應(yīng)太大，升溫不宜過快，以確保干燥質(zhì)量。

(2)格木干燥速度較慢，弦切板從含水率30%降至5%需時11.0～29.8 h，平均26 h，平均干燥速度0.96 %·h-1；徑切板平均用時38 h，平均干燥速度為0.66 %·h-1，等級為4級，弦切板干燥速度快于徑切板，為保證干燥質(zhì)量，窯干時應(yīng)將板材分類擺放、干燥。格木木材干燥時，可參考本研究制定的25～30 mm厚木材干燥基準(zhǔn)執(zhí)行操作。

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收稿日期：2016-02-15

基金項目：廣西林業(yè)科技項目“珍貴樹種格木人工林綜合效益研究”。

作者簡介：林凡(1971-)，男，工程師，從事森林培育、木材加工生產(chǎn)與科研管理工作。

中圖分類號:S781

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1001-2117(2016)04-0057-05

Wood Drying Characteristics of Erythrophleum fordii

LIN Fan1, HUANG Teng-hua2, LIU Jun1, CHEN Bai-xu3, PAN Feng1

(1.Bainan Forest Farm, Cangwu ,Guangxi 543116; 2.Forestry Institute of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning, Guangxi 530002; 3.Forestry College, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004)

Abstract:In order to know well about the drying characteristics of Erythrophleum fordii, benchmark on wood drying of 20 mm～30 mm thick wood was drawn up.The initial cracking is grade 3, with surface cracking or end surface cracking.After drying, no internal cracking occurred, which is grade 1.Cross-section deformity of plain-sawed lumber and quarter-sawn lumber are 0.608 mm and 0.618 mm respectively, cracking grade is 2.Deformity of plain-sawn lumber is 2.7 mm ,with cracking grade at 2 and deformity of quarter-sawn timber is 1.92 mm.The dry wood of Erythrophleum fordii is of good quality and initial cracking is the main disadvantage of drying .Moisture dropped from 30% to 5% for plain-sawn lumber within 26 h, the drying speed at 0.96%·h-1;while within 38 h for quarter-sawn lumber, with speed at 0.66 %·h-1, to be grade 4.The wood drying would refer to the benchmarking of 25～30 mm wood drying to separate the lumber and increase the temperature slowly.

Key words:Erythrophleum fordii; drying characteristics; drying schedule; 100℃ drying test method