百度試驗(yàn)法測(cè)定不同林齡尾巨桉DH32-29木材干燥特性

劉曉玲，陳桂丹，陳松武，蒙芳慧，林家純，羅玉芬

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002）

尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）是以巨桉（E.grandis）為父本、尾葉桉（E.urophylla）為母本培育出的優(yōu)良雜交品種，為桃金娘科（Myrtaceae）桉屬植物[1]。尾巨桉DH32-29 具有生長快、產(chǎn)量高、樹干通直和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為我國大面積推廣的桉樹品種之一[2-5]。大量的尾巨桉木材被應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)木地板和實(shí)木家具等[6]，但桉木存在生長應(yīng)力大和滲透性差等問題，在干燥過程中，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的開裂、變形、內(nèi)裂和皺縮等缺陷，克服干燥缺陷可提高木材加工利用率及附加值。干燥特性是木材研究的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通過百度試驗(yàn)法，可劃分干燥缺陷等級(jí)，制定干燥基準(zhǔn)。劉媛等通過百度試驗(yàn)法制定了26年生大花序桉（E.cloeziana）木材[7]和10年生尾巨桉大徑材[8]的干燥基準(zhǔn)，還研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，制定了尾巨桉幼齡材的干燥基準(zhǔn)[9]；劉元等[10]通過百度試驗(yàn)法研究檸檬桉（E.citriodora）和圓角桉（E.umbellate）人工林木材的干燥特性，制定其常規(guī)、真空及常規(guī)-真空聯(lián)合干燥基準(zhǔn)。本文通過研究不同林齡尾巨桉DH32-29 的干燥特性，制定不同林齡木材的干燥基準(zhǔn)，為尾巨桉木材加工利用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試材采自廣西壯族自治區(qū)東門林場(chǎng)（107°54'E，22°23'N），根據(jù)GB/T 1927-2009[11]，分別采伐4年生、6年生和8年生的樣木11、9 和7 株，平均胸徑分別為15．9、17．5 和19．0 cm。選取樹干通直且無病蟲害的木段制取試件（表1）。

表1 尾巨桉DH32-29 試件Tab.1 E.urophylla×E.grandis DH32-29 specimen

1．2 試驗(yàn)設(shè)備

電熱鼓風(fēng)干燥箱（德國Memmert UF260 型）、電子天平（JJ1000 型）、刻度尺、電子千分尺、數(shù)顯卡尺和塞尺等。

1．3 試驗(yàn)方法

用電子千分尺和數(shù)顯卡尺測(cè)量試件長、寬和厚（精確至0．01 mm），電子天平測(cè)量質(zhì)量（精確至0．01 g）。根據(jù)百度試驗(yàn)法[12-15]，將試件放入（103 ±2）℃的干燥箱內(nèi)干燥。干燥過程中，用刻度尺和塞尺測(cè)量試件端表裂、表裂、貫通裂和端裂情況（精確至0．01 mm），記錄裂紋的數(shù)量及最長裂紋的長和寬，同時(shí)稱量并記錄試件重量。每0．5 h 測(cè)量1 次；待含水率下降速率稍緩后，間隔1 h 測(cè)量；裂紋不再增加后，間隔2 h 測(cè)量；裂紋無變化后，間隔4 h 測(cè)量，當(dāng)連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差小于5%時(shí)，試件達(dá)到絕干，再次測(cè)量并記錄試件的長、寬和厚及彎曲變形等缺陷情況。

在絕干試件長度方向鋸取約15 mm 寬的試片，鋸取試片后，通過試件的截?cái)嗝嬗^測(cè)內(nèi)裂及截面變形的情況。

1．4 數(shù)據(jù)處理與分析

計(jì)算試片初含水率（W）；將試片烘至絕干，計(jì)算試件的絕干重（G干）及含水率變化情況。計(jì)算公式如下：

式中，G0為試片初重（g），G1為試片絕干重（g）,GZ為試件最終重量（g），WZ為試件終含水率（%），WS為試件當(dāng)時(shí)含水率（%），GS為試件當(dāng)時(shí)重量（g）。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同林齡尾巨桉DH32-29 木材干燥特性

2．1．1 初期開裂

根據(jù)杜洪雙等[12]的研究，劃分不同林齡尾巨桉干燥缺陷等級(jí)（表2）。木材在干燥初期含水率較高，比木材纖維飽和點(diǎn)高，表面水分蒸發(fā)快，形成木材內(nèi)外含水率差，當(dāng)木材表面形成的拉伸應(yīng)力超過其拉伸強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)開裂等缺陷[16-17]。當(dāng)干燥0．5 h時(shí)，中心板均出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；隨著干燥時(shí)間的增加，弦切板也開始出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且裂紋的長、寬和數(shù)量不斷增加；至8 h左右，裂紋的長、寬及數(shù)量達(dá)到最大值；隨著干燥的進(jìn)行，一部分裂紋趨于穩(wěn)定，另一部分裂紋逐漸愈合。表裂是4年生和6年生試件初期開裂的主要缺陷，等級(jí)均為3 級(jí)；貫通裂是8年生試件初期開裂的主要缺陷，貫通裂是初期開裂缺陷中最嚴(yán)重的，因此等級(jí)為5 級(jí)（表2）。與弦切板相比，中心板的端表裂較嚴(yán)重，裂紋主要自髓心向外輻射，其主要原因是心材的干縮較大。

表2 尾巨桉DH32-29試件干燥缺陷等級(jí)Tab.2 Defect grade of E.urophylla×E.grandis DH32-29 specimen

2．1．2 內(nèi)裂

內(nèi)裂是指木材內(nèi)部沿木射線產(chǎn)生的裂紋，干燥后期溫度較高，當(dāng)木材內(nèi)部張應(yīng)力過大時(shí)，表面發(fā)生硬化，內(nèi)裂產(chǎn)生[18]。試件的內(nèi)裂較嚴(yán)重，最嚴(yán)重的試件內(nèi)裂數(shù)量達(dá)18條，大部分試件的內(nèi)裂數(shù)量為10條左右，寬內(nèi)裂（≥2 mm）約有5～8 條，最寬的內(nèi)裂達(dá)7．0 mm，弦切板的內(nèi)裂現(xiàn)象較中心板嚴(yán)重。4年生、6年生和8年生試件內(nèi)裂等級(jí)均為4 級(jí)，內(nèi)裂是尾巨桉DH32-29木材主要的干燥缺陷（表2）。

2．1．3 截面變形

截面變形主要是由于干燥溫度偏高，自由水移動(dòng)過快產(chǎn)生的干燥應(yīng)力及毛細(xì)管張力大于橫紋抗壓強(qiáng)度造成的[19]。4年生、6年生和8年生弦切板的截面變形值分別為2．8～5．7、3．9～6．8 和3．9～5．7 mm，平均值分別為4．3、5．4 和4．5 mm，等級(jí)均為5 級(jí)，截面變形是尾巨桉DH32-29 木材最嚴(yán)重的干燥缺陷（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的截面變形平均值為5．2、5．3 和5．2 mm，其截面變形較弦切板明顯，因中心板靠近髓心部分的幼齡材密度較小且干縮性較大，密度分布不均勻，導(dǎo)致其板材皺縮差異較大，截面變形嚴(yán)重。

2．1．4 扭曲

4年生、6年生和8年生弦切板的扭曲值分別為1．0～12．0、0．5～12．0 和2．5～8．5 mm，平均值分別為5．7、5．6 和6．1 mm，等級(jí)分別為3、3 和4 級(jí)，8年生試件的扭曲程度較4年生和6年生嚴(yán)重（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的扭曲平均值分別為0．5、3．0和4．0 mm，其扭曲程度較弦切板明顯偏低。

2．1．5 干燥速度

干燥總用時(shí)為62 h。4年生、6年生和8年生弦切板含水率由30%降至5%所用時(shí)間分別為18．72、17．65 和22．78 h，平均干燥速度分別為1．34%/h、1．48%/h 和1．13%/h，等級(jí)分別為3、3 和4 級(jí)（表2）。尾巨桉DH32-29 木材干燥速度較慢，且8年生試件的干燥速度較4年生和6年生慢。4年生、6年生和8年生弦切板干燥過程中含水率變化曲線見圖1。

圖1 尾巨桉DH32-29弦切板含水率變化Fig.1 Changes of moisture content of flat-sawn board of E.urophylla×E.grandis DH32-29

2．1．6 翹曲

翹曲可分為順彎、橫彎和翹彎[17]。試件翹彎較明顯，未出現(xiàn)順彎和橫彎現(xiàn)象，4年生、6年生和8年生弦切板的翹彎值分別為4．5～6．5、3．0～5．5 和2．0～3．5 mm，平均值分別為5．3、3．9 和3．0 mm。樹齡越大的尾巨桉DH32-29 木材，其弦切板翹彎程度越小。

2．1．7 干縮性

當(dāng)含水率低于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生干縮現(xiàn)象[17]。4年生、6年生和8年生試件的縱向干縮率分別為0．3%、0．3%和0．4%，徑向干縮率分別為4．7%、4．2%和5．8%，弦向干縮率分別為7．8%、8．7%和8．6%，體積干縮率分別為20．3%、21．0%和21．1%，差異干縮（弦向干縮與徑向干縮的比值）分別為1．64、2．09 和1．48。差異干縮（D）是反應(yīng)木材干燥時(shí)是否易翹曲和開裂的重要指標(biāo)，4年生試件的差異干縮等級(jí)為中等（1．5 ≤D≤2），木材穩(wěn)定性一般，易翹曲和開裂；6年生試件偏大（D＞2），木材穩(wěn)定性較差，翹曲和開裂現(xiàn)象嚴(yán)重；8年生試件偏?。―＜1．5），木材穩(wěn)定性相對(duì)較好，翹曲和開裂現(xiàn)象不明顯。

2．2 干燥基準(zhǔn)

通過杜洪雙等[12]的研究，確定4年生、6年生和8年生試件的初步干燥條件，從中選出各溫度和干濕球溫度差最低條件作為干燥基準(zhǔn)的基本條件。4年生、6年生和8年生木材干燥初期溫度均為40 ℃，初期干濕球溫度差均為2 ℃，干燥末期溫度均為70 ℃（表3）。

內(nèi)裂和截面變形是尾巨桉DH32-29 木材主要的干燥缺陷，因此干燥的初期溫度不宜過高，需緩慢上升以減少初期開裂現(xiàn)象，避免木材升溫過快導(dǎo)致水分蒸發(fā)，造成木材皺縮，產(chǎn)生截面變形；同時(shí)要控制干燥初期的干濕球溫度差，減少內(nèi)裂；干燥中后期，可適當(dāng)升溫和加大干濕球溫度差，加快干燥速度，提高干燥效率。

依據(jù)杜洪雙等[12]的研究，本試驗(yàn)的試件含水率降至1%時(shí)所需時(shí)間為62 h，干燥時(shí)間約18 天，4年生、6年生和8年生試材初期干濕球溫度差均為2 ℃，干燥時(shí)間均約20 天，兩者平均值為19 天，即木材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間。

依據(jù)杜洪雙等[12]的研究，制定出25 mm 厚4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥基準(zhǔn)（表4）。試材在干燥后期容易出現(xiàn)塌陷和干縮變形，主要是由于干燥初期干燥條件偏硬造成的，干燥初期木材產(chǎn)生硬化，導(dǎo)致干燥后期木材內(nèi)部內(nèi)拉外壓的應(yīng)力，從而出現(xiàn)內(nèi)裂和截面變形等缺陷。尾巨桉DH32-29 木材在干燥初期宜采用軟基準(zhǔn)，干燥中、后期可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)濕處理。

表3 尾巨桉DH32-29木材干燥初步條件Tab.3 Drying preliminary conditions of of E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

表4 尾巨桉DH32-29 25 mm厚木材干燥基準(zhǔn)Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過百度試驗(yàn)法研究了4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥特性。結(jié)果表明，4年生、6年生和8年生木材干燥缺陷綜合評(píng)定等級(jí)均為5級(jí)，說明4年生、6年生和8年生木材的材性均較差，在干燥過程中易產(chǎn)生干燥缺陷。其中8年生試件的初期開裂和扭曲缺陷比4年生和6年生嚴(yán)重，主要原因是8年生的試件出現(xiàn)較多的貫通裂；三者的內(nèi)裂較為嚴(yán)重，均為4 級(jí)，截面變形最為嚴(yán)重，均為5 級(jí)，干燥速度相對(duì)緩慢，分別為3、3 和4級(jí)，屬難干材。內(nèi)裂和截面變形是試材最主要的干燥缺陷，8年生木材的干燥特性較4年生和6年生木材差，同一品系不同樹齡的干燥缺陷存在差異，說明不同樹齡的桉樹在木材干燥特性方面有差異。

本研究的尾巨桉DH32-29 與之前研究的尾巨桉DH32-26[20]的木材干燥特性有共性。4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-26木材初期開裂等級(jí)分別為3、2 和5 級(jí)；內(nèi)裂等級(jí)分別為3、5 和5 級(jí)；截面變形等級(jí)分別為4、5 和5 級(jí)；扭曲等級(jí)分別為3、3 和3級(jí)；干燥速度分別為3、4 和4 級(jí)；綜合特性等級(jí)分別為4、5 和5 級(jí)，與尾巨桉DH32-29 一樣，8年生木材的初期開裂較4年生和6年生嚴(yán)重，木材的主要干燥缺陷為內(nèi)裂和截面變形，干燥速度相對(duì)較慢，綜合特性較低。說明桉樹木材干燥特性具有共性，內(nèi)裂和截面變形是大部分桉樹的主要干燥缺陷。綜合分析，尾巨桉DH32-26 木材的干燥特性比尾巨桉DH32-29木材稍好。