不同林齡巨尾桉廣林9號木材干燥特性

陳松武，廖滿秀，劉曉玲，陳桂丹，陳 艷，林家純

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西木材資源培育質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心，廣西南寧 530002；2.廣西國有高峰林場，廣西南寧 530001）

桉樹是我國三大速生用材樹種之一[1]。巨尾桉（Eucalyptus grandis×E.urophylla）廣林9 號是由廣西國有東門林場通過人工控制授粉培育的巨桉（E.grandis）和尾葉桉（E.urophylla）雜交優(yōu)良品種，具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長迅速、出材率高和遺傳性狀穩(wěn)定等優(yōu)點[2-3]。目前，巨尾桉廣林9 號已在我國大面積推廣種植，也是馬來西亞、柬埔寨、越南和老撾等東南亞國家大量引種的桉樹品種之一。桉樹生長應(yīng)力大，滲透性差，其木材在加工利用過程中，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂、變形、內(nèi)裂和皺縮等缺陷，影響木材的高效利用。為了提高桉樹木材的加工利用率及附加值，研究人員對桉樹木材的干燥特性進(jìn)行了相關(guān)研究，唐日俊等[4]對15年生巨尾桉木材的干燥特性進(jìn)行研究，并制定干燥基準(zhǔn)；陳松武等[5]對4、6 和8年生尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）無性系DH32-26 號木材的干燥特性進(jìn)行研究，并制定干燥基準(zhǔn)；劉媛等[6]研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，并制定尾巨桉幼齡材的干燥基準(zhǔn)。本研究采用百度試驗法對不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥特性進(jìn)行研究，分別制定不同林齡巨尾桉廣林9 號木材的干燥基準(zhǔn)，為其干燥工藝提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材采自廣西國有高峰林場，根據(jù)GB/T 1927-2009[7]，采伐二代林4、6和8年生的樣木各5株，平均胸徑分別為15.7、17.4 和18.6 cm。樣木采集后，選取樹干通直且無病蟲害的1.3 ～3.3 m 處木段，采用木工帶鋸機(jī)將試材鋸解成厚度為25 mm 的毛邊鋸材，并刨光至厚度為20 mm 的板材。在刨光后的板材中選取無節(jié)子、無開裂等缺陷的部位制取弦切板試件（表1）。弦切板試件的初含水率為102.39% ～171.29%，符合百度試驗法的要求。

表1 巨尾桉廣林9號試件Tab.1 E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

1.2 試驗設(shè)備

電熱鼓風(fēng)干燥箱（德國Memmert UF260 型）、電子天平（JJ1000 型，精確至0.01 g）、刻度尺（精確至1 mm）、電子千分尺（精確至0.001 mm）、數(shù)顯卡尺（精確至0.01 mm）和塞尺（0.02 ～1.00 mm）等。

1.3 試驗方法

根據(jù)百度試驗法，對試樣進(jìn)行檢量后，利用干燥箱進(jìn)行試驗[8-13]。干燥前，采用電子千分尺和數(shù)顯卡尺測量試件的長、寬和厚，電子天平測量質(zhì)量。將試件放入溫度（103 ± 2）℃的干燥箱內(nèi)干燥。干燥過程中，采用刻度尺和塞尺測量試件的端表裂、表裂、貫通裂和端裂情況，測量并記錄裂紋的數(shù)量及最長裂紋的長和寬，同時稱量并記錄試件重量。每0.5 h 測量1 次；待含水率下降速率稍緩后，間隔1 h 測量；裂紋不再增加后，間隔2 h 測量；裂紋無變化后，間隔4 h 測量。當(dāng)連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差小于5%時，試件達(dá)到絕干，再次測量并記錄試件的長、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，通過截斷面觀測內(nèi)裂及截面變形情況。

1.4 數(shù)據(jù)處理

在試件長度方向鋸取約15 mm 寬的含水率試片，將試片烘至絕干，計算試片初含水率（W，%），并計算試件的絕干重（G干，g）及含水率變化情況。計算公式如下：

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為試件最終含水率（%），WS為試件當(dāng)時含水率（%），GS為試件當(dāng)時重量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥特性

2.1.1 初期開裂

根據(jù)百度試驗法干燥缺陷及干燥速度分級標(biāo)準(zhǔn)[10]，劃分不同林齡巨尾桉廣林9 號木材的干燥缺陷等級（表2）。干燥初期，木材的含水率比木材纖維飽和點高，表面的水分快速蒸發(fā)時形成內(nèi)外含水率梯度差，當(dāng)其表面形成的拉伸應(yīng)力超過拉伸強(qiáng)度時，產(chǎn)生端裂、端表裂、表裂和貫通裂等缺陷[14-15]。干燥1 h 時，試件均無裂紋；干燥2 h 時，大部分試件出現(xiàn)裂紋，主要表現(xiàn)為端表裂和表裂；隨著干燥的繼續(xù)進(jìn)行，各試件的裂紋數(shù)量和長、寬不斷增加，4和6年生試件出現(xiàn)的裂紋較明顯；干燥至8 h 左右，試件的開裂情況達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其長、寬和數(shù)量基本達(dá)到最大值；隨著干燥的繼續(xù)進(jìn)行，部分裂紋逐漸愈合。4和6年生試件的初期開裂較嚴(yán)重，其中端表裂和表裂數(shù)量較多，等級均為3 級；8年生試件中,只有2塊各出現(xiàn)1條短、細(xì)端裂，等級為1級，這可能是由于8年生巨尾桉的生長年限較長，生長應(yīng)力在生長過程中得到部分釋放。

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，表面發(fā)生硬化，產(chǎn)生內(nèi)裂[16]。所有試件均有不同程度的內(nèi)裂，大部分試件的內(nèi)裂情況較嚴(yán)重，大部分6 和8年生試件的寬內(nèi)裂（≥2 mm）有5 ～10條，4年生試件一般為1 ～2 條，寬內(nèi)裂的寬度為2 ～4 cm。內(nèi)裂是廣林9 號木材的主要干燥缺陷，且樹齡越大的木材內(nèi)裂越嚴(yán)重。4、6 和8年生試件的內(nèi)裂等級分別為3、4和4級（表2）。

表2 巨尾桉廣林9號試件干燥缺陷等級Tab.2 Defect grades of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.3 截面變形

截面變形主要是由干燥溫度偏高，自由水移動過快產(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[17]。4、6 和8年生試件的截面變形值分別為1.0 ～2.3、0.8 ～5.8 和2.8 ～5.7 mm，平均值分別為1.6、3.5和4.3 mm，截面變形程度隨樹齡的增加而增加；截面變形等級分別為3、4和5級（表2）。

2.1.4 扭曲

4、6 和8年生試件的扭曲值分別為1.5 ～5.0、1.0 ～9.0 和1.0 ～5.0 mm，平均值分別為2.5、5.7 和3.1 mm；扭曲等級分別為2、3 和3 級；6年生試件的扭曲程度最嚴(yán)重（表2）。

2.1.5 干燥速度

干燥總時長為66 h。4、6和8年生試件的含水率由30%降至5%平均用時分別為14.15 、14.69 和15.85 h，平均干燥速度分別為1.78、1.73 和1.58%/h，樹齡越大的試件干燥速度越慢?？傮w來說，廣林9號木材的干燥速度屬于中等，4、6和8年生試件的干燥速度分別為2、2 和3 級（表2）。干燥過程的含水率變化曲線見圖1。

圖1 巨尾桉廣林9號試件的含水率變化Fig.1 Changes of moisture contents of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.6 翹曲

翹曲可分為順彎、橫彎和翹彎[15]。4、6和8年生試件的翹彎值分別為3.5 ～5.5、4.5 ～9.0和4.0 ～6.0 mm，平均值分別為4.8、6.4 和5.3 mm，翹彎現(xiàn)象較明顯，沒有順彎和橫彎現(xiàn)象。

2.2 干燥基準(zhǔn)

通過分析不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥缺陷等級，根據(jù)干燥缺陷等級對應(yīng)的干燥條件[10]，確定4、6和8年生木材的初步干燥條件（表3）。4年生木材的干燥初期溫度、初期干濕球溫度差和末期溫度分別為50、3和75 ℃；6年生分別為40、2 和70 ℃；8年生分別為40、2和70 ℃。

表3 不同林齡巨尾桉廣林9號木材干燥初步條件Tab.3 Drying preliminary conditions of E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages (℃)

巨尾桉廣林9 號木材的內(nèi)裂和截面變形較嚴(yán)重，干燥初期的溫度不宜過高，升溫速度不宜過快，需緩慢升溫，既可以減少初期開裂的現(xiàn)象，還可以避免因溫度過高、升溫過快引起的木材內(nèi)部水分移動過快，導(dǎo)致木材產(chǎn)生嚴(yán)重的皺縮缺陷，從而出現(xiàn)明顯的截面變形現(xiàn)象；還需嚴(yán)格控制干燥初期的干濕球溫度差，不宜過大，以2 ～10 ℃為宜，可減少內(nèi)裂缺陷，待干燥中后期木材材性相對穩(wěn)定后，可逐漸加大升溫幅度和干濕球溫度差，加快干燥速度，降低耗能，提高干燥效率和經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)干燥時間的估算圖[10]估算4、6 和8年生巨尾桉廣林9 號木材的干燥時間。試件含水率降至1%時所需時間約為66 h，可得干燥時間約為19 天；4、6 和8年生木材初期干濕球溫度差分別為3、2 和2 ℃，可得干燥時間分別約為10、20 和20 天。兩者的平均值分別為14.5、19.5和19.5天，即試材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時間。

巨尾桉廣林9 號木材屬于闊葉材，絕大部分試件的含水率大于110%，根據(jù)含水率與干濕球溫度差關(guān)系表（闊葉材）[10]，制定出4、6 和8年生廣林9 號25 mm厚木材的干燥基準(zhǔn)（表4）。

表4 不同林齡巨尾桉廣林9號25 mm厚木材干燥基準(zhǔn)Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages

3 結(jié)論與討論

本研究通過百度試驗法對4、6 和8年生巨尾桉廣林9號木材的干燥特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，4、6和8年生木材干燥缺陷綜合評定等級分別3、4 和5級。廣林9 號木材的材性與樹齡有關(guān)，整體來說隨著樹齡增加，木材在干燥過程中出現(xiàn)的缺陷情況越嚴(yán)重，8年生木材的內(nèi)裂、截面變形和扭曲缺陷均最嚴(yán)重，分別達(dá)到4、5 和3 級，但無明顯的初期開裂現(xiàn)象，甚至在整個干燥過程中，都很少出現(xiàn)開裂情況，初期開裂等級為1 級，4 和6年生木材的初期開裂較明顯，均為3 級，但6年生木材干燥初期的裂紋大部分在中后期愈合，4年生木材的裂紋大部分沒有愈合，總體來說樹齡越大，木材開裂現(xiàn)象越少。

根據(jù)廣林9號木材的特性，樹齡較小的木材，干燥初期的溫度不宜過高，且干濕球溫度差不宜過大，減少初期開裂，后期可適當(dāng)加速升溫，提高干燥效率；樹齡在8年生以上的，干燥中后期可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)濕處理，減少后期出現(xiàn)的內(nèi)裂和截面變形等缺陷。

劉媛等[6]研究5年生尾巨桉無性系26 號木材的干燥缺陷，其綜合特性等級為3級，主要的干燥缺陷是內(nèi)裂、截面變形和扭曲，分別為2、3 和2 級，初期開裂和干燥速度均為1 級，屬于易干材；陳松武等[5]研究4、6和8年生尾巨桉無性系26號木材的干燥缺陷，其綜合特性等級分別為4、5 和5 級，主要的干燥缺陷是內(nèi)裂和截面變形，內(nèi)裂等級分別為3、5 和5級，截面變形等級分別為4、5 和5 級，初期開裂等級分別為3、2 和5 級。8年生尾巨桉無性系26 號木材與本研究中8年生巨尾桉廣林9 號木材的初期開裂情況相差很遠(yuǎn)。不同品系木材的干燥特性具有較大的個性差異，同一品系不同樹齡的木材干燥特性也可能有較大的差異，因此在實際生產(chǎn)過程中需根據(jù)不同桉樹種類的實際情況調(diào)整干燥工藝。