周 珊

(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)

“風(fēng)車木”(Conbretumimberbe)產(chǎn)自非洲莫桑比克等地，俗稱皮灰、黑紫檀、黑檀木。其木材呈黑紫色，具深淺間細(xì)條紋，耐磨耐腐，是制作名貴硬木家具的良好材料。國內(nèi)市場上已有少量風(fēng)車木家具及工藝品，但風(fēng)車木硬度大、材性脆、侵填體多，常規(guī)干燥困難，容易出現(xiàn)干燥缺陷[1]。

木材干燥是木材加工的重要環(huán)節(jié)，是確保家具及木制品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。雖然一些特種干燥能夠提高干燥速度、減少干燥缺陷[2-4]，但木材常規(guī)干燥具有綜合干燥優(yōu)勢，被木材加工企業(yè)廣泛采用。然而，到目前為止還沒有對風(fēng)車木干燥工藝進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，風(fēng)車木的相關(guān)干燥特性尚未掌握[5]，極大地影響了其干燥質(zhì)量及在家具和木制品上的應(yīng)用。

百度試驗(yàn)法主要用來探索初次干燥木材的特性，因試驗(yàn)溫度為100 ℃恒溫條件，國內(nèi)學(xué)者將其稱為百度試驗(yàn)法[6]。百度試驗(yàn)法通過分析木材在100 ℃恒溫條件下產(chǎn)生的干燥缺陷程度及其發(fā)展情況來制定后續(xù)的干燥基準(zhǔn)，是國內(nèi)確立木材基本干燥基準(zhǔn)時(shí)常用的方法[7-8]。

本試驗(yàn)利用風(fēng)車木板材開展百度試驗(yàn)，檢測并統(tǒng)計(jì)干燥過程的缺陷程度，對比其他參考文獻(xiàn)制定了風(fēng)車木常規(guī)干燥基本參數(shù)，并擬定了初步干燥基準(zhǔn)，為風(fēng)車木常規(guī)干燥提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

風(fēng)車木板材規(guī)格為80 mm(T)×30 mm(R)×500 mm(L)，四面刨光，無變色、節(jié)子、蟲眼等缺陷，初含水率為25.07%。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合本試驗(yàn)實(shí)際情況，將板材鋸解尺寸為80 mm(T)×30 mm(R)×200 mm(L)的試件6塊用于百度試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9643BS-III)，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司生產(chǎn)；電子天平(FA2004，精度0.01 g)，上海精密儀器有限公司生產(chǎn)；數(shù)顯游標(biāo)卡尺(150 mm，精度0.01mm)，日本三豐游標(biāo)卡尺生產(chǎn)；至尊電子秤(ACS系列HY-809B)；輔助工具(直尺和鋸子)等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 干燥前準(zhǔn)備

百度試驗(yàn)前，觀察并記錄試件的初始表面缺陷與初始質(zhì)量。在試件長度、寬度、厚度面劃線并測量。長度方向測量1點(diǎn)，寬度方向測量2點(diǎn)，厚度方向測量4點(diǎn)。寬度與厚度的測量點(diǎn)為試件兩端頭，長度測量點(diǎn)為試件中心，如圖1所示。

圖1 百度試驗(yàn)尺寸測定示意圖

1.3.2 干燥過程

初始數(shù)據(jù)記錄完成后，將試件豎直放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，溫度設(shè)置在100 ℃恒定。由于試件開裂多發(fā)生在干燥初期，因此最初每隔1 h觀察試件初期開裂(端裂、端表裂和表裂)的發(fā)生和發(fā)展情況，用記號(hào)筆在開裂部位做出記號(hào)，并進(jìn)行稱重和尺寸測量。6～8 h后觀察時(shí)間延長至2 h一次，在開裂最嚴(yán)重時(shí)測量并記錄初期開裂程度，12 h后觀察時(shí)間延長至6 h一次。當(dāng)試件含水率降至1%以下時(shí)認(rèn)為試件達(dá)到絕干，結(jié)束干燥。

1.3.3 相關(guān)參數(shù)測定

(1)干燥速率與干縮率。干燥結(jié)束后，記錄試件的最終重量和尺寸(T、R、L)，計(jì)算干縮率。

干燥后試件弦徑向干縮率用式(1)計(jì)算：

(1)

式中：S(T/R)為試件弦向S(T)或徑向S(R)干縮率(%)；Li為試件干燥前初始弦向或徑向尺寸(mm)；Lh為試件干燥后的弦向或徑向尺寸(mm)。

(2)扭曲變形及數(shù)值。 將試件置于平面，觀察試件四個(gè)角的觸面情況。如果其中一個(gè)角沒有落在平面上，就判定為該試件發(fā)生扭曲變形。測量試件的扭曲值時(shí)使其余三個(gè)角接觸地板，測量第四個(gè)角垂直偏離平面的高度(mm)。

(3)含水率。 參照GBT 1931-2009木材含水率測定方法，從試件的中部鋸解尺寸為30 mm(R)×80 mm(T)×10 mm(L)的含水率試片，用烘干法測量最終含水率。

(4)內(nèi)部開裂與截面變形程度。試件干燥至絕干后，從試材中部位置鋸切，觀測并記錄內(nèi)部開裂的數(shù)量與截面變形數(shù)值，測量截面變形值應(yīng)精確到0.1 mm。百度試驗(yàn)截面變形測定示意圖如圖2所示。

圖2 百度試驗(yàn)截面變形測定示意圖

截面變形值按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：Z為試件截面變形值(mm)；A1為試件截面左側(cè)厚度(mm)；A2為試件截面右側(cè)厚度(mm)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)車木百度試驗(yàn)結(jié)果

百度試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果如下：試材平均終含水率為0.46%，總耗時(shí)37 h，干燥速度為0.67%/h。干燥前后試件尺寸的弦向干縮率為11.05%，徑向干縮率為4.76%。

百度試驗(yàn)干燥缺陷等級(jí)見表1，風(fēng)車木試件的干燥缺陷等級(jí)情況匯總見表2，通過將表2中的各項(xiàng)缺陷與表1中的等級(jí)進(jìn)行對比，可以確定風(fēng)車木試材的綜合干燥特性等級(jí)，見表3。干燥特性與干燥條件對應(yīng)表見表4，將表3與表4進(jìn)行對比后可以確定風(fēng)車木干燥的初始條件，見表5。

表1 100 ℃干燥試驗(yàn)的干燥缺陷等級(jí)

表2 風(fēng)車木試件百度干燥法干燥缺陷等級(jí)匯總

表3 風(fēng)車木試材綜合干燥特性等級(jí)

表4 干燥特性與干燥條件對應(yīng)表

表5 風(fēng)車木干燥初始條件表

對比上述表格，本試驗(yàn)試件扭曲變形特性綜合評(píng)定為2級(jí)，初期開裂等級(jí)評(píng)定為5級(jí)，內(nèi)部開裂等級(jí)綜合評(píng)定為2級(jí)，截面變形等級(jí)評(píng)定為1級(jí)。

2.2 風(fēng)車木常規(guī)干燥工藝基準(zhǔn)擬定

在分析風(fēng)車木干燥初始條件表5的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于風(fēng)車木的干燥試驗(yàn)，本研究初步擬定一套可行的風(fēng)車木常規(guī)干燥基準(zhǔn)，見表6。

表6 風(fēng)車木常規(guī)干燥基準(zhǔn)

3 小結(jié)

(1)百度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：風(fēng)車木試材平均終含水率為0.46%，總耗時(shí)37 h，干燥速度為0.67%/h；干燥前后試件尺寸的弦向干縮率為11.05%，徑向干縮率為4.76%。試件扭曲變形特性綜合評(píng)定為2級(jí)，初期開裂等級(jí)評(píng)定為5級(jí)，內(nèi)部開裂等級(jí)綜合評(píng)定為2級(jí)，截面變形等級(jí)評(píng)定為1級(jí)。確定的干燥工藝中干球初始溫度為40 ℃，初始干濕球溫度差為1.5～2 ℃，末期干球干燥溫度為75 ℃。

(2)根據(jù)百度試驗(yàn)結(jié)果及以往風(fēng)車木干燥研究，擬定了風(fēng)車木常規(guī)干燥工藝基準(zhǔn)，可用于風(fēng)車木材常規(guī)干燥生產(chǎn)。