劉 媛，盧翠香，蘇 勇，王建忠，蘭 ?。?，陳健波

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；2. 廣西國有東門林場(chǎng)，廣西 扶綏 532108)

大花序桉木材干燥特性研究

劉 媛1，盧翠香1，蘇 勇2，王建忠2，蘭 俊2＊，陳健波1

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；2. 廣西國有東門林場(chǎng)，廣西 扶綏 532108)

采用百度試驗(yàn)法研究26年生大花序桉木材的干燥特性。結(jié)果表明：大花序桉木材初期開裂嚴(yán)重，缺陷等級(jí)達(dá)4級(jí)；截面變形程度2級(jí)；內(nèi)部開裂程度中等，為2級(jí)；干燥速度較慢，為5級(jí)。根據(jù)木材干燥特性結(jié)果，參照百度試驗(yàn)缺陷等級(jí)以及干燥缺陷對(duì)應(yīng)的干燥條件，制定了26年生大花序桉木材干燥基準(zhǔn)。

百度試驗(yàn)法；大花序桉；干燥特性；干燥基準(zhǔn)

大花序桉(Eucalyptus cloeziana)，即昆士蘭桉，為桃金娘科傘房屬樹種，自然分布于澳大利亞[1]；其木材呈黃褐色、結(jié)構(gòu)均勻、紋理通直、硬度高、耐久沉重、鋸板性能優(yōu)良，是重要的紅木硬材樹種，廣泛用于家具和建筑等[2]。我國1972年引種大花序桉，其中廣東、廣西、四川、福建、海南等省區(qū)做了引種試驗(yàn)[3]。中澳技術(shù)合作東門桉樹示范林項(xiàng)目(1982—1989)，進(jìn)行了樹種/種源與施肥等試驗(yàn)，在大花序桉的種源試驗(yàn)和種源、家系試驗(yàn)方面做了探索性工作。廣西林業(yè)科學(xué)研究院于2003年從澳大利亞引進(jìn)大花序桉種子，在欽州和玉林兩地建立了100多個(gè)家系的試驗(yàn)林[4-5]。大花序桉是廣西引種栽培的重要樹種，被作為中大徑材培育研究的對(duì)象。目前國內(nèi)對(duì)大花序桉木材加工利用方面的研究非常有限，因此開展大花序桉干燥技術(shù)研究，已成為廣西發(fā)展桉樹中大徑材用材樹種的當(dāng)務(wù)之急。本文以大花序桉木材為研究對(duì)象，對(duì)其干燥特性進(jìn)行研究和分析，初步預(yù)測(cè)了大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)，為桉樹中大徑材的實(shí)木利用干燥工藝方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采自廣西東門林場(chǎng)1989年建立的大花序桉種源試驗(yàn)林，該試驗(yàn)地位于東門林場(chǎng)雷卡分場(chǎng)9林班，共有11個(gè)種源參試，其中10個(gè)澳大利亞種源，1個(gè)東門林場(chǎng)種源(卡特威爾B47種批的馴化種)。采集方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 1927―2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》[6]，挑選5株樣木，樣木基本情況見表1。

表1 樣木基本情況

參照百度試驗(yàn)法[7]加工試件，試驗(yàn)試材中選擇標(biāo)準(zhǔn)的弦切板，鋸取長寬厚規(guī)格為200mm×100mm×20mm標(biāo)準(zhǔn)試件，以試材中間部位截取試件，四面刨光，取無可見缺陷、材色正常的中心板共計(jì)10塊。

1.2 方法

參照文獻(xiàn)[7-8]的百度試驗(yàn)法進(jìn)行。緊靠試件兩端截取兩片順紋厚度10 ~ 12mm的初含水率試片，烘干法測(cè)定試件初含水率。標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)量和稱重，沿木材紋理方向，橫立于100℃恒溫干燥箱內(nèi)烘干。初期每隔1 h稱量試件的變化，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試件表面的裂紋不再增加并開始愈合，每隔2 h觀察；當(dāng)裂紋不再愈合，時(shí)隔6 h觀察；待前后兩次稱重的質(zhì)量差不超過0.02 g，即試件達(dá)到絕干狀態(tài)，停止干燥，試驗(yàn)結(jié)束。根據(jù)百度試驗(yàn)法干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)，對(duì)干燥缺陷進(jìn)行評(píng)定等。

表2 百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 木材干燥特性分析

2.1.1 初期開裂

木材干燥初期，由于木材表面水分蒸發(fā)速度遠(yuǎn)大于木材內(nèi)部的水分移動(dòng)速度，因此木材表面先于木材內(nèi)部發(fā)生干縮，使木材表面承受應(yīng)拉力，當(dāng)應(yīng)拉力大于木材橫紋抗拉強(qiáng)度時(shí)，木材表面發(fā)生開裂。若裂紋不太嚴(yán)重，在干燥中后期可以閉合[9]。試驗(yàn)結(jié)果表明，大花序桉木材初期開裂嚴(yán)重，表現(xiàn)為端表裂、表裂和貫通裂。干燥初期0.5 h時(shí)，試件均出現(xiàn)端表裂和表裂，隨著干燥時(shí)間的增加，含水率逐漸降低，裂紋長度及寬度逐漸增大，裂紋數(shù)量逐漸增多。6 h左右，初期開裂達(dá)到最大值，緊隨其后，初期開裂程度趨于穩(wěn)定，部分裂紋開始愈合。根據(jù)干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，其初期開裂等級(jí)為4級(jí)。

2.1.2 內(nèi)部開裂

干燥過程中，木材表面硬化嚴(yán)重，木材內(nèi)部所受的拉應(yīng)力大于木材的橫紋抗拉強(qiáng)度，容易發(fā)生內(nèi)裂[9]。內(nèi)裂是開裂缺陷中較為嚴(yán)重的一種，主要起因于干燥引起的表明硬化和干燥應(yīng)力，一般發(fā)生在干燥后期[10]。內(nèi)裂程度與末期濕度關(guān)系較小，與干燥初期溫、濕度及末期溫度關(guān)系較大[7]。本試驗(yàn)干燥時(shí)間為81 h，弦切板內(nèi)部開裂發(fā)生在干燥末期，將試樣從中間鋸開觀測(cè)，一半以上弦切板產(chǎn)生了內(nèi)裂，最嚴(yán)重的細(xì)裂達(dá)5條，根據(jù)百度試驗(yàn)法干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，綜合其等級(jí)為2級(jí)。為了減少內(nèi)裂的產(chǎn)生，要控制好干燥末期的干燥溫度和后期的干燥條件，避免由嚴(yán)重的表裂向內(nèi)部延伸而引起的內(nèi)裂。

2.1.3 截面變形

在干燥過程中由于木材水分移動(dòng)太快所產(chǎn)生的毛細(xì)管張力和干燥應(yīng)力使細(xì)胞潰陷而引起木材收縮，產(chǎn)生截面變形[10]。干燥結(jié)束后，從試樣長度方向的中央部位鋸開后觀測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)試件的截面變形嚴(yán)重，均出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象，試樣弦切板截面變形值為0.02 ~ 2.10mm，平均值為0.57mm，綜合評(píng)價(jià)其截面變形等級(jí)為2級(jí)。截面變形與末期濕度關(guān)系較小，與干燥初期溫、濕度關(guān)系較大[7]，因此在干燥過程中，調(diào)整干燥初溫、濕度，可以減少截面變形。

2.1.4 翹曲變形

在干燥過程中，由于皺縮的不均勻性，試件產(chǎn)生翹曲變形，包括順彎、瓦彎和扭曲等[11]。百度試驗(yàn)結(jié)果表明(表3)，大花序桉木材彎曲變形中無順彎、瓦彎變形，橫彎、扭曲值均值分別為2.07mm、1.02mm，上述4種變形等級(jí)分別為1級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、2級(jí)，其中橫彎變形最嚴(yán)重。

2.1.5 等級(jí)評(píng)定

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)試樣干燥缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，參照百度試驗(yàn)干燥特性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定大花序桉木材的初期開裂、截面變形、內(nèi)部開裂的缺陷等級(jí)分別為4級(jí)、2級(jí)、2級(jí)(表4)。

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，大花序桉木材干燥特性結(jié)果見表4。

表3 大花序桉木材干燥特性

表4 大花序桉木材干燥特性等級(jí)

圖1 大花序桉木材干燥過程中含水率曲線

2.1.6 干燥速度

圖1為26年生大花序桉木材干燥過程中含水率變化曲線。弦切板初始含水率平均值為56.32%，干燥結(jié)束時(shí)含水率平均值為1.09%，全程干燥用時(shí)81 h，平均干燥速度0.68%·h-1。試材含水率從初始值干燥至約30%時(shí)用時(shí)5 h，其平均干燥速度為5.26%·h-1；含水率由30%降至5%時(shí)用時(shí)46 h，平均干燥速度為0.55%·h-1，隨著含水率降低，干燥速度減慢。干燥速度評(píng)定根據(jù)百度試驗(yàn)中試材含水率由30%降至5%時(shí)所需要的時(shí)間。依據(jù)百度試驗(yàn)法干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大花序桉木材干燥速度評(píng)定為5級(jí)，干燥速度較慢，屬難干類木材。

2.1.7 干縮特性

大花序桉木材的干燥特性統(tǒng)計(jì)見表5。從表中數(shù)據(jù)看出，大花序桉的體積、弦向和徑向干縮率較大，縱向干縮較小。大花序桉木材差異干縮值為0.576，屬于差異干縮小。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示大花序桉的平均徑向干縮率大于其弦向干縮率，這主要是由于試件尺寸影響造成的[12]。

表5 大花序桉木材干縮特性

2.2 木材干燥時(shí)間估算

木材干燥時(shí)間根據(jù)文獻(xiàn)[8]估算，即根據(jù)初期干濕球溫度差和試件干燥過程中由初含水率降至1%所需的時(shí)間兩個(gè)條件查詢干燥時(shí)間，取兩者平均值所得。本試驗(yàn)初期干濕球溫度差2℃，含水率降至1%用時(shí)81 h，查得相對(duì)應(yīng)的干燥時(shí)間分別為20.5和21 d。兩者平均值為20.75 d，即得厚度為25 ~ 30mm的大花序桉板材窯干至含水率10%所需時(shí)間，即20.75 d。

2.3 干燥基準(zhǔn)的編制

通過100℃試驗(yàn)獲得了大花序桉木材3種缺陷的等級(jí)程度(表4)，對(duì)照百度實(shí)驗(yàn)法所列預(yù)制對(duì)應(yīng)的干燥條件[7]，獲得26年生大花序桉木材干燥基準(zhǔn)的基本條件(表6)，即：干燥初期溫度為50℃，干燥初期干濕球溫差為2 ~ 3℃，干燥末期溫度為80℃。經(jīng)計(jì)算，試件初含水率為56.32%，參照國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1068-92《鋸材窯干工藝規(guī)程》[13]含水率與干濕球溫度差關(guān)系表，制定了26年生大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)(表7)。

表6 大花序桉木材干燥基本條件 ℃

表7 大花序桉木材干燥基準(zhǔn)

3 結(jié)論與討論

大花序桉木材干燥初期開裂嚴(yán)重，缺陷等級(jí)達(dá)4級(jí)，為防止初期開裂嚴(yán)重，干燥初期初始溫度不能高，為50℃，干濕球溫度差不能太大，溫差2 ~ 3℃；截面變形程度為2級(jí)；內(nèi)部開裂缺陷等級(jí)為2級(jí)，為避免扭曲變形，終期溫度亦不能太高，為80℃。

大花序桉木材干燥速度評(píng)定為5級(jí)，干燥速度較慢，屬難干類木材。木材體積、弦向和徑向干縮率較大，縱向干縮較小，但弦向干縮與徑向干縮的比值差異干縮值為0.576，屬差異干縮小。盧翠香等[14]認(rèn)為22年生鄧恩桉木材屬難干類木材，劉元等[15]和王喜明等[16]研究表明桉樹木材屬難干燥類木材，與本研究結(jié)論一致；但是刁海林等[17]認(rèn)為9年生巨尾桉木材屬易干燥木材，劉媛等[18]認(rèn)為5年生尾巨桉幼齡材容易干燥，說明桉樹木材的干燥特性在不同樹種和不同林齡間存在著較大的差異。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步預(yù)測(cè)了25 ~ 30mm厚26年生大花序桉木材的干燥基準(zhǔn)。桉樹在干燥過程中容易發(fā)生皺縮和開裂，在生產(chǎn)過程中需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和優(yōu)化干燥工藝。

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Drying Characteristics ofEucalyptus cloezianaWood

LIU Yuan1, LU Cui-xiang1, SU Yong2, WANG Jian-zhong2, LAN Jun2*, CHEN Jian-bo1
(1.Guangxi Forestry Research Institute Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Nanning530002,Guangxi, China; 2.Guangxi Dongmen Forest Farm,Fusui532108,Guangxi, China)

Drying characteristics of 26-year-oldEucalyptus cloezianawood were examined using the 100oC testmethod. Results showed that in wood ofE. cloeziana: initial checks were serious and categorized as Grade 4; the degree of cross-section deformation wasmoderate and categorized as Grade 2; internal checks were alsomoderate and categorized as Grade 2; drying was slow and categorized as Grade 1. Based on the results obtained on the wood drying characteristics, a drying schedule forE. cloezianajuvenile wood was proposed based drying conditions necessary tominimize drying defects.

100oC testmethod;Eucalyptus cloeziana; drying characteristics; drying schedule

S781.71

A

廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字[2013]第1號(hào))；廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(14-A-02-03)；廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字[2015]第44號(hào))；基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(林科201414號(hào)) ;廣西林業(yè)科技項(xiàng)目(桂林科字［2014］第20號(hào))

劉媛(1981— )，女，碩士，工程師，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究.E-mail:33168764@qq. com

＊通訊作者：蘭俊(1981— )，男，高級(jí)工程師，從事林木育種與栽培工作.E-mail:lanjun107@aliyun.com