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    試件選用數(shù)量對(duì)桉木含水率、密度以及干縮率測(cè)量的影響

    2022-01-16 03:04:56劉云霞劉洪海
    關(guān)鍵詞:干縮率重量含水率

    劉云霞, 劉洪海

    (南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院,江蘇 南京 210037)

    木材干燥是保障和改善木材品質(zhì)、減少木材損失,提高利用率的重要環(huán)節(jié),木材干燥的方法有很多,如常規(guī)干燥[1-3]、高溫干燥[4-6]、真空干燥、冷凍干燥[7-11]等等,現(xiàn)如今,我國(guó)干燥技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善,干燥行業(yè)已經(jīng)形成了一個(gè)完整的干燥體系[12-13]。

    這些新興干燥技術(shù)的試驗(yàn)操作過(guò)程中諸多因素都會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果。含水率、密度以及干縮率都是衡量木材干燥質(zhì)量的重要指標(biāo),直接影響到木材作為工藝品或家具材料的主要性能[14-18]。

    桉木人工林在全世界范圍內(nèi)廣泛種植,蓄積量大,是重要的人工林樹(shù)種,具有很大的開(kāi)發(fā)潛力[19-20]。本研究采用尾巨桉為試材,對(duì)其進(jìn)行吸水、氣干實(shí)驗(yàn),研究從生材到飽水過(guò)程以及氣干過(guò)程中,試件的數(shù)量對(duì)于桉木含水率、密度和干縮率的影響,為探究桉木干燥工藝參數(shù)提供理論參考。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)材料

    尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)速生林木材,產(chǎn)自廣西柳州。原木采伐后,立即用塑料薄膜包裹后放入冰柜冷藏保存。將桉木從端部開(kāi)始鋸截成首位連接的10塊試件,規(guī)格為20 mm(L)×20 mm(T)×20 mm(R)。試件截鋸圖如圖1所示。

    圖1 試件截鋸圖

    1.2 試驗(yàn)設(shè)備

    鼓風(fēng)干燥箱(DHG-905386-Ⅲ上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司);電子天平(FA2004,精度0.001 g,上海精密儀器有限公司);數(shù)顯g7-游標(biāo)卡尺(日本三豐,精度0.01mm)。

    1.3 試驗(yàn)方法

    1.3.1 含水率測(cè)量

    試驗(yàn)之前,先截取同一根木材中部,規(guī)格為50 mm(L)×20 mm(T)×20 mm(R)的三個(gè)試件為初含水率試片,參照GB/T 1931-2009,用烘干法測(cè)量試件的初含水率。稱(chēng)量初重m0后,放入鼓風(fēng)干燥箱烘至絕干,稱(chēng)量其絕干重mg,由公式(1)計(jì)算其平均初含水率。計(jì)算得出試件的平均初含水率為100.5%。由公式(2)分別計(jì)算每塊試件的理論絕干重量mg理。

    MC0=m0-mg/mg×100%

    (1)

    mg理=m/(MC0+1)

    (2)

    式中:MC0為試件初含水率,%;m0為濕材重量,g;mg為絕干重量,g;mg理為理論絕干重量,g;m為初重,g。

    將試件放入純凈水中,使其完全浸透,每隔一段時(shí)間測(cè)其重量m吸、縱向(L)、弦向(T)、徑向(R)的尺寸,直至完全飽水狀態(tài)重量不再增加。

    將飽水狀態(tài)的試件放至空氣中進(jìn)行氣干處理,實(shí)驗(yàn)室的溫濕度為:溫度20 ℃,濕度55%,每隔一段時(shí)間測(cè)量其重量為m氣,直至平衡狀態(tài)重量不再增加。

    當(dāng)試件氣干達(dá)到平衡狀態(tài)后,將其放入鼓風(fēng)干燥箱干燥至絕干,測(cè)量其實(shí)際絕干重mg實(shí)。

    由公式(3)計(jì)算其吸水以及氣干過(guò)程的含水率,并進(jìn)行整理。

    MC=(m-mg實(shí))/m0理×100%

    (3)

    式中:MC為吸水以及氣干過(guò)程含水率,%;m為吸水以及氣干過(guò)程重量,g;mg實(shí)為實(shí)際絕干重,g。

    1.3.2 桉木密度測(cè)量

    當(dāng)試件達(dá)到飽水狀態(tài)重量不再增加的時(shí)候,測(cè)量此時(shí)的重量ms以及體積Vs,由公式(4)計(jì)算試件飽水密度。

    ρs=ms/vs

    (4)

    式中:ρs為飽水密度,g/cm3;Ms為飽水質(zhì)量,g;Vs為飽水體積,cm3。

    試件截取后,測(cè)量此時(shí)的重量mg以及體積Vg,由公式(5)計(jì)算試件飽水密度。

    ρg=mg/vg

    (5)

    式中:ρg為生材密度,g/cm3;mg為生材質(zhì)量,g;vg為生材體積,cm3。

    當(dāng)氣干試件含水率達(dá)到平衡含水率后,測(cè)量此時(shí)的重量mM以及體積VM,由公式(6)計(jì)算試件飽水密度。

    ρM=mM/vM

    (6)

    式中:ρM為氣干密度,g/cm3;mM為氣干質(zhì)量,g;vM為氣干體積,cm3。

    當(dāng)氣干試件含水率達(dá)到平衡含水率后,放入鼓風(fēng)干燥箱烘至絕干,測(cè)量此時(shí)的重量m0以及體積V0,由公式(7)計(jì)算試件絕干密度。

    ρ0=m0/v0

    (7)

    式中:ρ0為絕干密度,g/cm3;m0為絕干質(zhì)量,g;V0為絕干體積,cm3。

    由公式(8)計(jì)算試件基本密度。

    ρb=m0/vg

    (8)

    式中:ρb為基本密度,g/cm3。

    1.3.3 桉木干縮率測(cè)量

    當(dāng)氣干到平衡含水率后,測(cè)量此時(shí)的L、R、T,由公式(9)計(jì)算其氣干縱弦徑向干縮率。

    yM=(L1-Lm)/L1×100%

    (9)

    式中:yM為氣干干縮率,%;L1濕材尺寸,mm;Lm為氣干材尺寸,mm。

    將試件烘至絕干后,測(cè)量此時(shí)的絕干尺寸L、R、T,由公式(10)計(jì)算其絕干縱弦徑向干縮率。

    yM=(L1-L0)/L1×100%

    (10)

    式中:yM為絕干干縮率,%;L0為絕干材尺寸,mm。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 試件選用數(shù)量對(duì)桉木含水率測(cè)量的影響

    將測(cè)得的吸水階段含水率變化以及氣干階段含水率變化進(jìn)行整理,分別取試件數(shù)量3、5、7、9進(jìn)行分析,為保證分析結(jié)果不受事件本身初含水率不均的影響,第一組選取編號(hào)為2、6、10的3個(gè)試件,第二組選用編號(hào)為2、4、6、8、10的5個(gè)試件,第三組選用編號(hào)為1、2、3、5、6、7、9、10的9個(gè)試件。不同時(shí)間不同試件數(shù)量的含水率變化圖如圖2、圖3所示,以及在不同試件選用數(shù)量條件下,所測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差值的變化如圖4、圖5所示。

    圖2 吸水階段含水率變化

    圖3 氣干階段含水率變化

    圖4 吸水階段含水率誤差值變化

    圖5 氣干階段含水率誤差值變化

    由圖2、圖4可以看出,在吸水階段,試件選用數(shù)量不同時(shí),測(cè)得的平均含水率總體變化不大,但誤差值有一定的變化。隨著吸水階段的進(jìn)行,含水率增加的同時(shí),每組誤差都有很大程度的降低。同時(shí),在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí),含水率誤差值隨著試件數(shù)目的增加有明顯降低的趨勢(shì),隨著含水率趨于穩(wěn)定,試件數(shù)目對(duì)于誤差值的影響幾乎沒(méi)有。

    圖3、圖5是氣干階段含水率極其誤差值隨試件選用數(shù)量的不同而變化的圖。可以看出在氣干階段同吸水階段一樣,不同數(shù)量試件所測(cè)得的平均含水率差別并不明顯,誤差值在氣干開(kāi)始階段隨時(shí)間數(shù)目變化較為明顯,隨著試件達(dá)到FSP,含水率誤差值都接近于0。

    2.2 試件選用數(shù)量對(duì)桉木密度測(cè)量的影響

    不同試件數(shù)量條件下的幾種密度變化如圖6所示??梢悦黠@看出不同密度的平均值隨試件數(shù)量的變化很小,相對(duì)于飽水密度、氣干密度、絕干密度和基本密度而言,生材密度明顯在誤差值上有相對(duì)明顯的變化。生材密度誤差值隨試件數(shù)量的變化如圖7所示,可以看出隨著試件數(shù)量的增長(zhǎng),密度誤差值有明顯的降低。

    圖6 不同密度變化

    猜測(cè)發(fā)生這種現(xiàn)象的原因在于原材料內(nèi)部水分的不均勻,飽水狀態(tài)、氣干材狀態(tài)以及絕干狀態(tài),木材內(nèi)部的水分分布均勻,故而時(shí)間數(shù)量對(duì)于平均密度影響不大。

    圖7 生材密度誤差值

    2.3 試件選用數(shù)量對(duì)桉木干縮率的影響

    L、R、T方向氣干干縮率和絕干干縮率在不同試件數(shù)量下的變化如圖8、圖9所示,可以看出,對(duì)于氣干階段來(lái)說(shuō),不同試件數(shù)量對(duì)于其干縮率的影響很小,對(duì)于誤差值來(lái)說(shuō),只有弦向收縮率的誤差值表現(xiàn)出隨試件數(shù)量增加而降低的趨勢(shì)。

    圖8 氣干干縮率

    圖9 絕干干縮率

    對(duì)于絕干干縮率,弦向和徑向干縮率誤差值都表現(xiàn)出明顯的隨試件數(shù)量增加而降低的趨勢(shì)。而干縮率較小的縱向則關(guān)系不大。

    3 結(jié)論

    (1)試件數(shù)量對(duì)于桉木含水率、密度以及干縮率等指標(biāo)測(cè)定的主要影響在于其誤差值上,即試件選用數(shù)量越多,其指標(biāo)測(cè)定誤差值越小。

    (2)木材內(nèi)部水分分布越均勻,試件數(shù)量對(duì)于含水率、密度以及干縮率的測(cè)定的影響越小。

    (3)尺寸變化越大,試件數(shù)量對(duì)于木材干縮率的影響越大,即試件選用數(shù)量對(duì)弦向干縮率測(cè)定的影響大于徑向大于縱向。

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