9種西南鄉(xiāng)土楊樹干燥特性比較

羅朋朋　陳太安　胡志堅　和　杰

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

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9種西南鄉(xiāng)土楊樹干燥特性比較

羅朋朋陳太安胡志堅和杰

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

以9種西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹為對象，研究其與干燥有關(guān)的材性和百度法干燥特性。結(jié)果表明：9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，且含水率在樹種間存在較大差異，濕心材和邊材水分含量差異較大；9種楊樹均屬于低密度木材，徑向氣干干縮率和弦向干縮率與密度之間的相關(guān)性不明顯，濕心材與邊材的差異規(guī)律不明顯；濕心材和密度是影響西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹用材干燥的2個主要因素，皺縮是其易發(fā)的干燥缺陷。根據(jù)9種西南鄉(xiāng)土楊樹的材性和干燥特性，擬定了其預(yù)報干燥基準(zhǔn)。

楊樹；材性；干燥特性；濕心材；干燥基準(zhǔn)

楊樹(Populusspp.)生長快、適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖容易、木材用途廣泛，被世界各國普遍關(guān)注，已成為世界中緯度平原地區(qū)栽培面積最大、木材產(chǎn)量最高的速生用材樹種之一[1]。我國西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹品種資源豐富，約28個種，特有種25個，變種22個，天然雜交種10個，是我國楊樹自然分布和變異的中心之一[2]。

目前，云南省楊樹種植多見于行道樹、四旁樹、防護(hù)林和風(fēng)景園林，作為工業(yè)用材的研究與開發(fā)利用明顯落后于三北和華東等楊樹主要栽培區(qū)。為充分挖掘利用楊樹這一寶貴資源，以9種典型西南鄉(xiāng)土楊樹樹種為對象，對其與干燥有關(guān)的材性和百度法干燥特性進(jìn)行研究，以期為其品種選育提供基礎(chǔ)資料。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

9種楊樹試材分別采自云南和四川，參考GB/T1929—2009《木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法》采伐樣株，每個樹種采伐3株，基本信息見表1。在胸徑處鋸解5cm厚圓盤并標(biāo)記方向，向上依次截取2m長原木。圓盤以塑料袋密封后立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，原木運(yùn)回鋸解成板材后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室備用。

表1　試驗(yàn)用楊樹樹種的基本信息

1.2試驗(yàn)方法

圓盤刨光后，根據(jù)材色區(qū)分濕心材與正常邊材，以面積比作為濕心材比例。將圓盤沿南北方向分邊材和濕心材鋸解干縮性、密度與生材含水率試樣，試樣尺寸均為20mm×20mm×20mm，干縮性和密度數(shù)據(jù)于同一試樣上獲得，每組重復(fù)20個，而含水率試樣的重復(fù)試樣為5個。干縮性與密度試樣稱質(zhì)量并測量尺寸后置于室內(nèi)氣干干燥，待恒質(zhì)量后，再次稱質(zhì)量并測量尺寸，計算出氣干密度和徑弦向氣干干縮率[3]。含水率試樣分為正常邊材和濕心材2組，以烘干法測得生材含水率。

從長板材中挑選標(biāo)準(zhǔn)弦切板生材試樣，要求紋理通直，無結(jié)疤、夾皮等缺陷，四面刨光后制得長、寬、厚分別為200、100、20mm的百度干燥特性試樣，各樹種的試件數(shù)為8塊，按百度法進(jìn)行干燥特性試驗(yàn)[3]。

2　結(jié)果與分析

2.1與干燥有關(guān)的楊樹材性比較

9種鄉(xiāng)土楊樹與干燥有關(guān)山的基本材性見表2。

表2　9種楊樹與干燥有關(guān)的基本材性

9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，但不同樹種之間差異明顯。其中德欽楊的濕心材比例高達(dá)56.9%；其次是西南楊、大葉楊和三脈青楊，濕心材約45%；藏川楊和康定楊均超過30%；川楊和滇楊約為20%；鄉(xiāng)城楊的濕心材最低，只有8.2%。

楊樹含有較多的水分，生材含水率值均超過100%，但樹種間具有較大的差異。川楊和鄉(xiāng)城楊較高，約150%；大葉楊和西南楊較低，均低于120%。濕心材的水分含量明顯高于邊材，特別是德欽楊，其水分含量高達(dá)234.34%，而滇楊、藏川楊和康定楊較低，略高于150%。邊材含水率較高的是川楊和滇楊，而德欽楊、西南楊和大葉楊較低，為50%～60%。濕心材和邊材水分含量差異最大的是德欽楊，其濕心材含水率是正常材的4倍，差異最小的是滇楊，濕心材含水率比正常材高出約50%。

受材性影響，盡管9種西南鄉(xiāng)土楊樹的氣干含水率略有差異，但基本在10%～12%變異，因此,不同樹種氣干密度仍具有較強(qiáng)的可比性。9種楊樹均屬于低密度木材，按密度大致分為3類。高密度的是藏川楊，其氣干密度達(dá)0.55g/cm3；德欽楊、大葉楊、康定楊、川楊、滇楊等為中等密度，氣干密度為0.45g/cm3左右；而三脈青楊、西南楊和鄉(xiāng)城楊屬低密度，氣干密度在0.40g/cm3及其以下，其中以三脈青楊為最低，只有0.35g/cm3。德欽楊、滇楊邊材的氣干密度明顯高于心材，而藏川楊邊材的氣干密度明顯低于心材，其余樹種心邊材密度差異不明顯。

9種西南楊樹的徑向氣干干縮率在1.2%～2.0%，弦向干縮率在4.2%～5.6%，但與密度之間的相關(guān)性不明顯。具有明顯濕心材特征的8種楊樹中，徑向干縮率邊材與心材差異不大的只有大葉楊，其余樹種均是心材明顯高于邊材。而對于弦向干縮率，只有德欽楊、川楊和西南楊心材高于邊材，其余樹種差別不大。

2.2楊樹百度法干燥特性比較

百度法干燥特性包括體現(xiàn)干燥缺陷的3個指標(biāo)：初期開裂、內(nèi)裂和截面變形，另外還有體現(xiàn)干燥速度的指標(biāo)：含水率從30% ～ 5%的干燥時間，依據(jù)干燥缺陷標(biāo)的等級可制定預(yù)報干燥基準(zhǔn)，而干燥速度則是評價干燥難易程度的間接指標(biāo)[3]。

9種楊樹的干燥特性見表3。德欽楊、大葉楊、三脈青楊、康定楊在干燥初期開裂較少，屬1級，其余5個樹種多為2級。內(nèi)裂最嚴(yán)重的是德欽楊，藏川楊、西南楊其次，但這3個樹種的內(nèi)裂等級均為2級，其余樹種基本未出現(xiàn)內(nèi)裂情況。截面變形是楊樹干燥特性的主要缺陷，德欽楊、西南楊和藏川楊的截面變形缺陷等級分別為5級、4級和3級，其余樹種的截面變形等級為2級。由表3分析可知，內(nèi)裂與截面變形的等級存在一定的相關(guān)性。

表3　9種楊樹干燥特性試驗(yàn)結(jié)果

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為百度法的干燥特性等級。

含水率分階段下的干燥速度見表4。由表3～4可知，9種楊樹從生材干燥至含水率1%的總耗時為26～44h，干燥時間等級為1級或2級，其中2級的7種。9種楊樹中，三脈青楊與鄉(xiāng)城楊的干燥速度較快，德欽楊與藏川楊較慢。影響干燥速度的材性主要是密度和濕心材含量，其中德欽楊可能是濕心材的影響，而藏川楊則受密度的影響，西南楊雖密度較小，但其濕心材比例較高使其干燥較慢。在劇烈的外部干燥環(huán)境中，干燥速率取決于可供蒸發(fā)的水分量以及水分在木材內(nèi)部移動的難易程度，因此，干燥用時與初含水率存在一定的關(guān)聯(lián)性，但不完全一致，可能有與其他因素的共同作用。

表4　不同樹種的干燥時間與速率

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為變異系數(shù)(%)。

2.3濕心材對楊樹干燥特性的影響

決定楊樹干燥特性的干燥缺陷是截面變形，其主要衡量木材能否正常干縮。對于多數(shù)樹種而言，截面變形主要是由干燥過程中表面硬化造成的，而對于楊樹、桉樹等樹種，主要是自由水排除過程中細(xì)胞腔過度變形所產(chǎn)生的皺縮[4]。

濕心材是一種不正常的木材，其特征是含水率高，有細(xì)菌存在(但不是木腐菌)，滲透性較正常材低，干燥特別緩慢。在干燥的早期階段，濕心材比正常邊材和心材更容易發(fā)生皺縮，蜂窩裂和皺縮的嚴(yán)重程度通常隨干燥早期和中期階段溫度提高而增大，出現(xiàn)這些缺陷的起始溫度隨樹種、立地條件和濕心材類型而異，在干燥初期階段采用溫和的條件有助于減少楊樹濕心材發(fā)生皺縮[4-5]。

表5　濕心材比例對楊樹干燥特性的影響

不同濕心材比例楊樹的百度法干燥特性見表5。由表5可見，濕心材比例70%以上的平均截面變形高達(dá)4.17mm，同時內(nèi)裂等級也較高；而濕心材比例小的楊樹，平均截面變形小，內(nèi)裂等級也下降。濕心材比例不同，干燥時間也有差異，比例最高的，總干燥時間最長。只有濕心材比例低于5%的試樣，才有較快的干燥速率，無論是在哪個干燥階段，濕心材的存在均阻礙了水分的遷移。

2.4預(yù)報干燥基準(zhǔn)

根據(jù)9種西南鄉(xiāng)土楊樹的干燥缺陷等級(表3)，參照與之相對應(yīng)的干燥條件，以9種楊樹基本材性為主要參照，以此擬定的各樹種預(yù)報干燥基準(zhǔn)，見表6。

表6　9種楊樹20～30mm材的預(yù)報干燥基準(zhǔn)

9種楊樹均屬于軟闊葉材，相對于硬闊葉材來說較易干燥，但楊樹中的濕心材對干燥的影響必須予以重點(diǎn)考慮。9種楊樹的密度均相對較小，但仍存在一定差異，因此,在干燥時密度也是需要考慮的一個要素。

德欽楊濕心材比例較高，最難干燥，量較大時可以采用預(yù)分選的方法將正常邊材和濕心材分開干燥。濕心材板材在干燥中需重點(diǎn)預(yù)防皺縮干燥缺陷，前期干燥溫度應(yīng)較低，后期在適當(dāng)時期可以采用汽蒸處理調(diào)控皺縮深度[6]。西南楊雖所含濕心材比例也較高，皺縮也是其主要干燥缺陷，但因其密度較低，水分移動相對容易，干燥溫度可適當(dāng)提高。藏川楊不僅含有濕心材，而且密度較大，其干燥速度應(yīng)相對較慢；另一方面，藏川楊的含水率較西南楊高，因此,在制定干燥基準(zhǔn)時其各階段的干濕球溫差較西南楊高，但單位時間內(nèi)的干燥基準(zhǔn)相對較軟。其余6種鄉(xiāng)土楊樹屬于較易干燥的木材樹種，干燥特性類似，較少發(fā)生干燥缺陷，可采用相同干燥基準(zhǔn)。

3　結(jié)　論

9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，其中德欽楊的濕心材比例最高，其次是西南楊、大葉楊和三脈青楊；9種楊樹的含水率在樹種間存在較大差異，川楊和鄉(xiāng)城楊較高，滇楊、藏川楊和康定楊較低，楊樹中濕心材和邊材水分含量差異較大；9種楊樹均屬于低密度木材，其中藏川楊最高，三脈青楊最低；9種楊樹的徑向氣干干縮率為1.2% ～ 2.0%，弦向干縮率為4.2%～ 5.6%，與密度之間的相關(guān)性不明顯，濕心材與邊材的差異規(guī)律不明顯。

百度法干燥試驗(yàn)表明，德欽楊、西南楊和藏川楊相對較難干燥，截面變形較大，也存在一定的內(nèi)裂，二者相關(guān)性明顯，表明皺縮將是西南鄉(xiāng)土楊樹材易發(fā)的干燥缺陷；其余6個樹種的干燥特性相近，干燥缺陷較少，屬于易干樹種，可按同類干燥。據(jù)此，擬定了西南鄉(xiāng)土楊樹的預(yù)報干燥基準(zhǔn)，并就干燥工藝給出了建議。

[1]劉盛全.我國楊樹人工林材性與加工利用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].木材工業(yè)，1999，13(3):14-16．

[2]萬雪琴，張帆，鐘宇，等. 中國西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹基因資源的保護(hù)與利用[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45(4):139-144

[3]顧煉百. 木材加工工藝學(xué)[M].2版.北京：中國林業(yè)出版社，2011.

[4]王燁，薛振華.加拿大楊木皺縮特性研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003.24(4):83-86．

[5]祖勃蓀.國外對楊樹濕心材的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2000.23(5):85-91.

[6]陳太安，顧煉百.汽蒸處理回復(fù)赤桉干燥皺縮的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2004，28(3):34-36.

(責(zé)任編輯曹龍)

Comparison of Drying Characteristics of Nine NativePoplarsfromSouthwestenChina

Luo Pengpeng, Chen Taian, Hu ZhiJian, He Jie

(College of Materials Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224, China)

ToexploreandusethenativepoplarresourcesinsouthwestChina,the100 ℃dryingcharacteristicsandthedryingrelatedpropertiesof9nativepoplarswereinvestigated.Theresultsshowthattypicalwetheartwoodwithhighmoisturecontent(MC)isfoundinnativepoplars.AndthereisabigdifferenceofMCbetweenspeciesofpoplarthatissameasbetweenwetheartwoodandsapwood.Besides,ninenativepoplarsbelongtothelowdensitycategory.Thecorrelationbetweenairdriedshrinkagecoefficientinradialorintangentialandairdrieddensityisnotobvious.Thedifferenceinshrinkageofwetheartwoodandsapwoodisalsonotsignificant.Wetheartwoodanddensityarethemaintwofactorsaffectingthedryingbehaviorof9southwestnativepoplarwoodswhilecollapseisofcommonoccurrenceduringpoplarwooddrying.Basedontheaboveresults,thedryingscheduleandsomeadvicesondryingof9nativepoplarsweregiveninthepaper.

Populusspp.;woodproperty;dryingcharacteristic;wetheartwood;dryingschedule

2015-05-14

國家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目(201104076)資助；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(2011FA021)資助。

陳太安(1977—)，男，副教授。研究方向：木材干燥與木材改性。Email：nfucta@sina.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.01.021

S781.71

A

2095-1914(2016)01-0126-05

第1作者：羅朋朋(1989—)，男，碩士生。研究方向：木材干燥與木材改性。Email：lppbsj@sina.com