細(xì)葉云南松天然林和人工林木材干燥特性

白衛(wèi)國(guó)，陳柏旭，陳德洋，黃騰華，劉曉璐

(1.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)，廣西 百色 533000； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004； 3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002)

細(xì)葉云南松天然林和人工林木材干燥特性

白衛(wèi)國(guó)1，陳柏旭2，陳德洋1，黃騰華3，劉曉璐1

(1.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)，廣西 百色 533000； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004； 3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002)

利用百度試驗(yàn)法對(duì)細(xì)葉云南松天然林和人工林木材的干燥特性進(jìn)行研究，分別制定厚度為25 mm的細(xì)葉云南松天然林和人工林木材的干燥基準(zhǔn)。結(jié)果表明，依據(jù)百度干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)葉云南松天然林和人工林試件均無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，干燥速度快，其特性等級(jí)均為1級(jí)；細(xì)葉云南松天然林試件的主要干燥缺陷是初期開(kāi)裂和扭曲變形，其特性等級(jí)均為2級(jí)，截面變形的特性等級(jí)為1級(jí)，綜合特性等級(jí)為2級(jí)；細(xì)葉云南松人工林試件的主要干燥缺陷是截面變形，其特性等級(jí)為3級(jí)，初期開(kāi)裂和扭曲變形的特性等級(jí)均為1級(jí)，綜合特性等級(jí)為3級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果可為細(xì)葉云南松天然林和人工林木材實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中干燥工藝提供參考。

細(xì)葉云南松；天然林；人工林；百度試驗(yàn)法；干燥特性

細(xì)葉云南松(Pinusyunnanensisvar.tenuifolia)是針葉樹(shù)種云南松的一個(gè)變種，為常綠喬木，其樹(shù)葉為灰綠色，樹(shù)高可達(dá)30 m以上，胸徑可達(dá)1 m以上。細(xì)葉云南松對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性特別強(qiáng)，對(duì)氣候環(huán)境和土壤環(huán)境的要求不高，耐貧瘠、耐干旱。細(xì)葉云南松在貴州西南部、云南、廣西都有分布，主要生長(zhǎng)在海拔300～1600 m的山丘地區(qū)[1]。其木材重量及硬度適中，可用于建筑、家具板材及人造板制造，同時(shí)其木材含有豐富的松脂，細(xì)葉云南松是脂材兩用的優(yōu)良樹(shù)種，但其木材紋理直或斜，結(jié)構(gòu)不均勻[2]，在一定程度上制約了細(xì)葉云南松在各方面的應(yīng)用，限制了其木材在市場(chǎng)上的經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)主要是利用百度試驗(yàn)法對(duì)細(xì)葉云南松的干燥特性進(jìn)行研究，制定出合理的干燥基準(zhǔn)，為細(xì)葉云南松的干燥工藝提供理論基礎(chǔ)，改善細(xì)葉云南松木材的性質(zhì)，提高木材的利用價(jià)值，使細(xì)葉云南松木材的應(yīng)用更為廣泛。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

細(xì)葉云南松試材采集于雅長(zhǎng)林場(chǎng)，雅長(zhǎng)林場(chǎng)位于廣西百色市，該市屬于典型的山區(qū)，適合林木的生長(zhǎng)，是廣西重要的材林基地。百色市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱充沛，雨熱同季，年均氣溫為19～22℃。試驗(yàn)樣木按照GB/T 1927—2009木材物理力學(xué)試材采集方法[3]進(jìn)行采集，具體的采集情況記錄表參考文獻(xiàn)[1]，詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)器材

101A-2型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司)、電子天平(精度0.01 g)、刻度尺(精度1 mm)、塞尺(0.02～1.00 mm)、數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)、游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)。

表1 細(xì)葉云南松試件

1.3 試驗(yàn)方法

采用百度試驗(yàn)法，具體方法為：①干燥前。對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量試件的實(shí)際尺寸(包括長(zhǎng)、寬、高)，精確到0.01 mm；用電子天平稱重，精確到0.01 g。②干燥過(guò)程。將試件沿著紋理方向水平側(cè)立于(100±2) ℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥，觀測(cè)試件在干燥過(guò)程中產(chǎn)生干燥缺陷情況(包括端裂、端表裂、表裂和貫通裂)，試驗(yàn)初期每隔0.5 h觀測(cè)1次；1 h后每隔1 h觀測(cè)1次；當(dāng)裂縫開(kāi)始愈合時(shí)，每隔2 h觀測(cè)1次；裂縫幾乎愈合完全時(shí)，每4 h觀測(cè)1次。每次觀測(cè)還需對(duì)試件稱重，記錄重量變化情況。③干燥結(jié)束。待稱量試件2次的重量基本不變時(shí)，停止烘干。并將試件稱重，測(cè)量試件實(shí)際尺寸(包括長(zhǎng)、寬、厚)以及試件的順彎度、扭曲度、瓦彎度、橫彎度。沿試件的長(zhǎng)度方向的中央鋸取15 mm寬的試驗(yàn)片，用作含水率的測(cè)定并推算出試件的全干重。在被鋸切試件的新截?cái)嗝嬗^測(cè)內(nèi)裂及截面變形的情況。

2 結(jié)果與分析

細(xì)葉云南松天然林和人工林弦切板、徑切板和中心板的初含水率分別介于60.30%～99.62%和69.68%～112.53%之間，均高于50%，符合百度試驗(yàn)法的要求。本試驗(yàn)評(píng)定木材干燥特性等級(jí)的依據(jù)為弦切板，徑切板和中心板僅作為對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 細(xì)葉云南松天然林和人工林木材的干燥缺陷等級(jí)的確定

分析百度試驗(yàn)法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[4-5]確定云南松天然林和人工林的干燥缺陷等級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 細(xì)葉云南松天然林與人工林試件干燥缺陷等級(jí)

2.2 干燥特性分析

2.2.1 初期開(kāi)裂 在干燥初期，木材表面的水分蒸發(fā)較快，其含水率低于纖維飽和點(diǎn)，而木材內(nèi)部的水分緩慢的往表面移動(dòng)，其含水率仍高于纖維飽和點(diǎn)，導(dǎo)致木材內(nèi)外含水率差異過(guò)大，當(dāng)木材表面形成的拉應(yīng)力大于細(xì)胞間的結(jié)合力時(shí)，木材出現(xiàn)初期開(kāi)裂[6-7]。

試驗(yàn)開(kāi)始0.5 h后進(jìn)行第1次觀測(cè)，無(wú)試件出現(xiàn)裂紋；1 h后，人工林4號(hào)中心板出現(xiàn)1條端裂，其長(zhǎng)、寬分別為18 mm、0.25 mm，天然林1、2號(hào)弦切板和3號(hào)徑切板出現(xiàn)端裂，弦切板最長(zhǎng)的端裂長(zhǎng)、寬分別為12 mm、0.05 mm，徑切板最長(zhǎng)的端裂長(zhǎng)、寬分別為16.5 mm、0.20 mm；2 h后，所有試件都出現(xiàn)端裂，天然林1～3號(hào)出現(xiàn)端表裂，天然林3號(hào)出現(xiàn)表裂，天然林4號(hào)出現(xiàn)貫通裂；3 h后，人工林3號(hào)徑切板新出現(xiàn)了貫通裂，天然林弦切板最長(zhǎng)的端裂長(zhǎng)、寬分別為13 mm、0.25 mm，人工林弦切板最長(zhǎng)的端裂長(zhǎng)、寬分別為14 mm、0.25 mm，天然林弦切板最長(zhǎng)的端表裂長(zhǎng)、寬分別為23 mm、0.25 mm，天然林試件初期開(kāi)裂等級(jí)達(dá)到2級(jí)，人工林試件初期開(kāi)裂等級(jí)達(dá)到1級(jí)，天然林的初期開(kāi)裂程度較人工林嚴(yán)重。隨著干燥的進(jìn)行，試件的裂紋數(shù)量不斷增加，且裂紋的長(zhǎng)度和寬度也在不斷發(fā)展，但到干燥的后期，試件的裂紋趨于愈合，裂紋數(shù)量減少，其長(zhǎng)度和寬度也相應(yīng)減小。根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)可知，天然林的初期開(kāi)裂程度比人工林嚴(yán)重，初期開(kāi)裂是細(xì)葉云南松天然林木材的主要干燥缺陷，因此，在天然林木材干燥初期，應(yīng)當(dāng)控制干濕球溫度差不宜過(guò)大，且初期溫度不宜過(guò)高，以保證木材干燥質(zhì)量。

2.2.2 內(nèi)裂 內(nèi)裂主要發(fā)生在干燥后期，與干燥初期的干濕球溫度差、初期溫度及末期溫度關(guān)系較大[8]。干燥結(jié)束后，觀測(cè)試件的新截?cái)嗝?，全部試件均無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，細(xì)葉云南松天然林與人工林評(píng)定內(nèi)裂等級(jí)均為1級(jí)。

2.2.3 截面變形 截面變形與木材皺縮特性有關(guān)[4]。試驗(yàn)表明，細(xì)葉云南松天然林的截面變形程度較輕，弦切板截面變形的平均值為0.35 mm，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板的截面變形值為0.30 mm；中心板的截面變形值為0.86 mm。而人工林的截面變形程度較嚴(yán)重，弦切板截面變形的平均值為1.15 mm，評(píng)定等級(jí)為3級(jí)；徑切板的截面變形值為1.16 mm；中心板的截面變形值為1.16 mm。

2.2.4 扭曲 木材自身構(gòu)造不正常容易導(dǎo)致木材在干燥后產(chǎn)生扭曲的現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，細(xì)葉云南松天然林弦切板的扭曲平均值為0.70 mm，評(píng)定等級(jí)為2級(jí)；徑切板的扭曲值為0.40 mm；中心板沒(méi)有出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。人工林弦切板的扭曲平均值為0.15 mm，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板和中心板沒(méi)有出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。細(xì)葉云南松天然林板材扭曲程度比人工林板材嚴(yán)重。

2.2.5 干燥速度 在百度試驗(yàn)法中，干燥速度是指木材含水率從30%降至5%所需要的時(shí)間。本試驗(yàn)中全部試件的干燥過(guò)程總用時(shí)43 h。

細(xì)葉云南松天然林木材干燥過(guò)程中含水率變化曲線見(jiàn)圖1。天然林弦切板的初含水率平均值為96.08%，徑切板和中心板的初含水率分別為85.02%和60.30%，干燥結(jié)束時(shí)弦切板的含水率平均值都為0.07%，徑切板和中心板的含水率均為0.06%。弦切板、徑切板和中心板含水率由初始值降至30%，平均用時(shí)分別為3.61、3.55、3.37 h，該過(guò)程平均干燥速度分別為18.29、16.33、16.29 %·h-1；各弦切板試件含水率從30%降至5%，平均用時(shí)為6.34 h，平均干燥速度為3.95%·h-1，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板、中心板試件含水率從30%降至5%，平均用時(shí)分別為9.18、10.84 h，平均干燥速度分別為2.72、2.31 %·h-1。

細(xì)葉云南松人工林木材干燥過(guò)程中含水率變化曲線如圖2所示。人工林弦切板的初含水率平均值為106.74%，徑切板、中心板的初含水率分別為118.85%、69.68%，干燥結(jié)束時(shí)弦切板的含水率平均值都為0.06%，徑切板、中心板的含水率分別為0.06%、0.05%，弦切板、徑切板和中心板含水率由初始值降至30%，平均用時(shí)分別為3.74、4.84、2.45 h，該過(guò)程平均干燥速度分別為20.52、18.37、16.21%·h-1；各弦切板試件含水率從30%降至5%，平均用時(shí)為3.88 h，平均干燥速度為6.45 %·h-1，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板、中心板試件含水率從30%降至5%，平均用時(shí)分別為5.67、11.06 h，平均干燥速度分別為4.41、2.26 %·h-1。

從結(jié)果分析可知，細(xì)葉云南松天然林和人工林木材均屬于易干材。人工林木材的干燥速度比天然林木材快。

2.2.6 順彎和瓦彎 板材在干燥過(guò)程中，倘若干燥基準(zhǔn)制定得不夠合理，干燥不均勻，就會(huì)導(dǎo)致板材的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生彎曲。試驗(yàn)表明，細(xì)葉云南松天然林弦切板的順彎、瓦彎值的平均值分別為0.21 mm、0.66 mm；徑切板的順彎、瓦彎值分別為0.39 mm、1.50 mm，中心板的順彎、瓦彎值分別為0.45 mm、2.90 mm。細(xì)葉云南松人工林弦切板的順彎、瓦彎值的平均值分別為0.87 mm、1.93 mm，徑切板的順彎、瓦彎值分別為0.50 mm、2.33 mm，中心板的順彎、瓦彎值分別為0.50 mm、2.30 mm。整體上，細(xì)葉云南松天然林和人工林的變形水平均較低。

2.3 干燥基準(zhǔn)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)定細(xì)葉云南松天然林和人工林的3種主要干燥缺陷等級(jí)后，參考文獻(xiàn)[5]中“與干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件”(表3)，分別確定細(xì)葉云南松天然林和人工林試件干燥初期溫度、初期干濕球溫度差及末期溫度，見(jiàn)表4、表5。選出各溫度和干濕球溫度差最低條件作為確定細(xì)葉云南松天然林和人工林木材干燥基準(zhǔn)的基本條件。

表3 與干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件〔5〕 ℃

表4 細(xì)葉云南松天然林干燥初步條件

表5 細(xì)葉云南松人工林干燥初步條件

根據(jù)表4確定細(xì)葉云南松天然林干燥初期溫度為70 ℃，初期干濕球溫差為4 ℃，終期溫度為95 ℃。由分析結(jié)果可知，初期開(kāi)裂是天然林最主要的干燥缺陷。木材初期開(kāi)裂程度與干燥初期干濕球溫度差關(guān)系最大，與初期溫度關(guān)系次之，與末期溫度和末期干濕球溫度差關(guān)系最小。因此，對(duì)細(xì)葉云南松天然林進(jìn)行干燥時(shí)，干燥初期控制干濕球溫度差不宜過(guò)大，且適當(dāng)控制初期溫度使其緩慢上升，盡量減少初期開(kāi)裂和截面變形的出現(xiàn)，保證細(xì)葉云南松天然林的干燥質(zhì)量；中后期可適當(dāng)增大升溫幅度，以提高干燥效率；后期可適當(dāng)調(diào)低溫度，避免扭曲變形的發(fā)生。

根據(jù)表5確定細(xì)葉云南松人工林干燥初期溫度為60 ℃，初期干濕球溫差為3 ℃，終期溫度為85 ℃。由分析結(jié)果可知，截面變形是人工林最主要的干燥缺陷。截面變形與木材皺縮特性有關(guān)，當(dāng)木材處于飽和含水率時(shí)，在高溫環(huán)境中急劇干燥，木材細(xì)胞中的自由水向外移動(dòng)過(guò)快，從而產(chǎn)生毛細(xì)管張力和干燥應(yīng)力，導(dǎo)致木材出現(xiàn)不規(guī)則皺縮和凹陷的現(xiàn)象[4]。

細(xì)葉云南松為針葉材，天然林、人工林弦切板的初含水率平均值分別為96.08%、106.74%，參考文獻(xiàn)[5]中“含水率與干濕球溫度的關(guān)系”(表6)，制定出25 mm厚細(xì)葉云南松天然林和人工林木材的干燥基準(zhǔn)，見(jiàn)表7～表8。

表6 含水率與干濕球溫度的關(guān)系[5]

表7 細(xì)葉云南松天然林木材(25 mm)干燥基準(zhǔn)

表8 細(xì)葉云南松人工林木材(25 mm)干燥基準(zhǔn)

通過(guò)百度試驗(yàn)法，參考文獻(xiàn)[9]中“干燥時(shí)間的估算圖”(圖3)估算出細(xì)葉云南松天然林和人工林的干燥時(shí)間。由細(xì)葉云南松天然林和人工林含水率變化曲線(圖1、圖2)可知，天然林和人工林試件含水率降至1%所需的時(shí)間分別為18.3 h、13.18 h，可得干燥時(shí)間分別約為6 d、4 d；天然林和人工林初期干濕球溫度差分別為4 ℃、3 ℃，可得干燥時(shí)間分別約為6 d、10 d；計(jì)算得天然林的干燥時(shí)間平均值為6 d，人工林的干燥時(shí)間平均值為7 d，即得細(xì)葉云南松天然林和人工林板材(厚度為25 mm)在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間。

3 結(jié)論

百度試驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)葉云南松天然林最主要干燥缺陷主要是初期開(kāi)裂和扭曲變形，評(píng)定等級(jí)為2級(jí)；人工林最主要干燥缺陷主要是截面變形，評(píng)定等級(jí)為3級(jí)。天然林、人工林弦切板含水率從30%降至5%平均用時(shí)分別為6.34 h、3.88 h，平均干燥速度分別為3.95 %·h-1、6.45%·h-1，評(píng)定等級(jí)均為1級(jí)。天然林的截面變形程度小，無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，評(píng)定等級(jí)均為1級(jí)，綜合特性等級(jí)為2級(jí)；人工林的初期開(kāi)裂現(xiàn)象不嚴(yán)重，無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，且扭曲變形程度小，評(píng)定等級(jí)均為1級(jí)，綜合特性等級(jí)為3級(jí)。

通過(guò)百度試驗(yàn)法，分析試驗(yàn)結(jié)果，制定出25 mm厚細(xì)葉云南松天然林、人工林木材的干燥基準(zhǔn)，天然林、人工林的初期溫度分別為70 ℃、60 ℃，干燥初期干濕球溫差分別為4 ℃、3 ℃，終期溫度分別為95 ℃、85 ℃，天然林和人工林板材(厚度為25 mm)在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間分別為6 d、7 d。為在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的干燥工藝提供參考，提高經(jīng)濟(jì)效益。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，由于人工林的截面變形程度較嚴(yán)重，導(dǎo)致其綜合特性等級(jí)較天然林低，總體上天然林的干燥特性較好，這是由于天然林是72年生的老齡樹(shù)木，而人工林卻未發(fā)展到成熟材，所以天然林的總體材性較人工林好。

[1]秦麗紅，劉曉玲，藍(lán)柳鳳，等.細(xì)葉云南松天然林和人工林的生材性質(zhì)研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，30(3)：217-223.

[2]嚴(yán)理，劉曉璐，秦武明，等.廣西百色細(xì)葉云南松天然林生物量研究[J].西部林業(yè)科學(xué)，2014，43(3)：134-138.

[3]中國(guó)木材標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).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.

[4]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.

[5]杜洪雙，唐朝發(fā)，李杉，等.百度試驗(yàn)確定干燥基準(zhǔn)在鐵木上的應(yīng)用[J].木材加工機(jī)械，2003(4)：19-23.

[6]王喜明.木材干燥學(xué)[M].第3版.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1995.

[7]徐有明.木材學(xué)[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

[8]樊吉尤，符韻林，為鵬練，等.刨花潤(rùn)楠干燥特性研究[J].木材加工，2011(9)：57-59.

[9]刁海林，白靈海，羅建舉，等.馬尾松干燥特性研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51(3)：537-540.

Drying Characteristics ofPinusyunnanensisvar.tenuifoliaWood

BAI Wei-guo1，CHEN Bai-xu2，CHEN De-yang1，HUANG Teng-hua3，LIU Xiao-lu1

(1.YachangForestFarmofGuangxi，Baise533000，Guangxi，China；2.Forestrycollege，GuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China；3.TheGuangxiZhuangAutonomousRegionForestryResearchInstitute，Nanning530002，Guangxi，China)

The drying characteristics ofPinusyunnanensisvar.tenuifoliawood from natural forests and plantations respectively were studied by 100 ℃ test method，and the drying schedule of 25 mm thickP.yunnanensisvar.tenuifoliawood from natural forests and plantations respectively were formulated.The results showed that，according to the classification standard of the drying defect and Drying rate，bothP.yunnanensisfrom natural forests and tenuifolia specimens from plantations showed no internal crack，the drying speed were fast and both of them were grade 1.The initial cracking and distortion were the main drying defects of natural forests specimen, with the characteristics of grade 2.The cross section deformation belonged to grade 1.The comprehensive properties was grade 2.The cross section deformation was the main drying defect of plantations specimen，belonged to grade 3.The initial cracking and distortion characteristics were grade 1.The comprehensive properties was grade 3.the test result Provide a theoretical basis for the practical production during the drying process ofP.yunnanensisvar.tenuifoliawood.

Pinusyunnanensisvar.tenuifolia；natural forests；plantations；100 ℃ test method；drying characteristics

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.020

2015-06-28；

2015-08-03

廣西科技攻關(guān)項(xiàng)目(桂科攻14122005-39)

白衛(wèi)國(guó)(1974—)，男，廣西平樂(lè)人，廣西壯族自治區(qū)國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)工程師，碩士研究生，從事病蟲(chóng)害、林木良種、森林資源培育研究。E-mail：527925088@qq.com。

黃騰華(1987—)，男，廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院碩士研究生，從事木材材性及其功能改良研究。E-mail：huangthzb@163.com。

S782.31；S791.257

A

1002-7351(2016)02-0106-06