于洪亮

(遼寧省森林經(jīng)營(yíng)研究所，遼寧 丹東 118003)

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)落葉松的需求量在不斷上升。但是，由于“天然林保護(hù)工程”實(shí)施，在目前以及今后的一段時(shí)期內(nèi)，國(guó)內(nèi)的木材資源將會(huì)處于匱乏狀態(tài)。近年來(lái)，我國(guó)每年都要從國(guó)外進(jìn)口大量的木材。其中，從俄羅斯進(jìn)口的北洋材一直高居首位[1]。興安落葉松是我國(guó)從俄羅斯進(jìn)口的主要樹(shù)種之一。俄羅斯產(chǎn)的進(jìn)口落葉松木材由于與國(guó)內(nèi)產(chǎn)落葉松生長(zhǎng)在不同的地理及氣候環(huán)境，在結(jié)構(gòu)性質(zhì)、物理力學(xué)及化學(xué)成分等方面都存在差異，進(jìn)而會(huì)影響其在加工過(guò)程中的生產(chǎn)工藝。特別在木材干燥這個(gè)重要環(huán)節(jié)上，存在著大量亟待解決的問(wèn)題。如干燥工藝基準(zhǔn)復(fù)雜、干燥質(zhì)量不穩(wěn)定、干燥周期長(zhǎng)且能耗大等等[2-4]。本研究主要是根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需要，以俄羅斯產(chǎn)的進(jìn)口落葉松為研究對(duì)象，通過(guò)比較系統(tǒng)完整的科學(xué)試驗(yàn)，對(duì)俄羅斯產(chǎn)的進(jìn)口落葉松木材干燥處理中分層溫度與分層含水率的關(guān)系進(jìn)行初步探討，為進(jìn)一步總結(jié)其干燥工藝提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用材均為從綏芬河購(gòu)買(mǎi)的俄羅斯進(jìn)口興安落葉松(Larix gmelinii)鋸材，其規(guī)格為4 000 mm×100 mm×30 mm。試材平均初含水率在35%左右，心邊材具有正常色差。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備和儀器

NM-F01型木材干燥實(shí)驗(yàn)機(jī)；101-0型不銹鋼數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱；ST30型紅外線(xiàn)測(cè)溫儀；10探頭多點(diǎn)溫度計(jì)；FangDa100型高周波數(shù)字水分儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)用檢測(cè)板

為獲得干燥過(guò)程中木材中含水率和溫度的分布狀況，在每個(gè)試驗(yàn)的干燥過(guò)程中，每隔12 h測(cè)定一次分層含水率和分層溫度。所用的板材暫稱(chēng)之為檢測(cè)板，規(guī)格為長(zhǎng)1 000 mm×寬100 mm×厚30 mm，每一次干燥用24塊，分A、B、C、D 4個(gè)位置裝入干燥室內(nèi)，每個(gè)位置裝6塊，檢驗(yàn)板、檢測(cè)板位置示意圖如圖1所示。

圖1 檢驗(yàn)板、檢測(cè)板位置示意圖

在每次測(cè)定過(guò)程中，從A、B、C、D 4個(gè)位置依次取出1塊檢測(cè)板，對(duì)每塊檢測(cè)板進(jìn)行鋸解，鋸解示意圖如圖2所示。其中，分層含水率用分層含水率試片來(lái)測(cè)定，將分層含水率試片兩端各去掉總長(zhǎng)度的1/5，然后順紋理方向劈成等厚的5片，做好標(biāo)記，用稱(chēng)重法測(cè)定每層的含水率，制訂出含水率曲線(xiàn)圖。分層溫度用分層溫度試片測(cè)定，將檢測(cè)板取出后立即用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)取表面溫度，然后迅速鋸解分層溫度試片，將其順紋理方向均勻劈成5～6片。劈切過(guò)程的同時(shí)，用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)定分層試片的溫度。最后用游標(biāo)卡尺測(cè)定劈開(kāi)后每層試片的厚度，繪制出溫度在木材厚度方向上的分布曲線(xiàn)。

圖2 檢測(cè)板鋸解示意圖

1.3.2 選擇干燥基準(zhǔn)

本次試驗(yàn)分為3個(gè)干燥過(guò)程，分別編號(hào)為試驗(yàn)Ⅰ、試驗(yàn)Ⅱ、試驗(yàn)Ⅲ。其中試驗(yàn)Ⅰ采用國(guó)家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋸材窯干工藝規(guī)程》(LY/T 1068-2002)中提出的干燥基準(zhǔn)，試驗(yàn)Ⅱ采用百度實(shí)驗(yàn)法[5]推定的干燥基準(zhǔn)，試驗(yàn)Ⅲ試采用降溫干燥基準(zhǔn)。具體干燥基準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用干燥基準(zhǔn)表

1.3.3 干燥過(guò)程控制

干燥過(guò)程分為預(yù)熱階段、干燥階段和濕熱處理階段。為了使木材內(nèi)外溫度在干燥開(kāi)始前達(dá)到一致，預(yù)熱階段控制溫度緩慢上升，每小時(shí)升高5 ℃，同時(shí)按時(shí)開(kāi)啟噴淋水泵噴濕，保持干燥室內(nèi)的濕度將近100%，即保持干濕球一致。當(dāng)溫度達(dá)到干燥第一階段的溫度時(shí)，開(kāi)始按照干燥基準(zhǔn)控制溫度和濕度，進(jìn)入干燥階段。濕熱處理的操作方法是使干燥室內(nèi)的溫度提高，濕度達(dá)到將近100%。在含水率達(dá)到要求后，停止加熱和風(fēng)機(jī)，關(guān)閉進(jìn)排氣灶，等到溫度下降到30 ℃～40 ℃之間，干燥結(jié)束。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)干燥過(guò)程中傳熱和傳質(zhì)的關(guān)系，溫度梯度與含水率梯度呈相同方向的趨勢(shì)有利于水分的傳導(dǎo)，是干燥中比較理想的狀態(tài)。從理論上講，木材厚度上的溫度分布狀況對(duì)木材含水率的下降有一定的影響。

3個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中溫度在厚度方向上的分布狀況和分層含水率狀況如圖3所示，溫度在厚度上分布狀況圖中的3條曲線(xiàn)分別是干燥初期、中期和終期的溫度在木材厚度方向上的分布情況。試驗(yàn)Ⅰ含水率分布圖如圖4所示。

圖3 試驗(yàn)Ⅰ溫度曲線(xiàn)

圖4 試驗(yàn)Ⅰ含水率分布圖

試驗(yàn)Ⅰ中的三期溫度曲線(xiàn)都是心層和表層溫度高，靠近表層時(shí)溫度較低，這是測(cè)量的原因。當(dāng)檢測(cè)板從干燥室內(nèi)剛?cè)〕鰰r(shí)，立即測(cè)定表面溫度，因此表面溫度誤差不會(huì)很大，但是從鋸解溫度試片到劈開(kāi)第一層所需要的時(shí)間長(zhǎng)，靠近材表部位熱量散失大，溫度下降快，但心層熱量散失小，溫度下降慢。

試驗(yàn)Ⅱ溫度曲線(xiàn)如圖5所示，試驗(yàn)Ⅱ含水率分布圖如圖6所示。從圖5中可以看出，試驗(yàn)Ⅱ在干燥過(guò)程中的溫度梯度一直很小，說(shuō)明木材一直處于被熱透的狀態(tài)；而圖6顯示，其存在含水率梯度；試驗(yàn)Ⅰ的干燥強(qiáng)度較大，相同溫度下干燥室內(nèi)的濕度較小。這些條件非常有利于木材中的水分向表面移動(dòng)。

圖5 試驗(yàn)Ⅱ溫度曲線(xiàn)

圖6 試驗(yàn)Ⅱ含水率分布圖

試驗(yàn)Ⅲ溫度曲線(xiàn)如圖7所示，試驗(yàn)Ⅲ含水率分布圖如圖8所示。試驗(yàn)Ⅲ中剛升溫結(jié)束時(shí)，木材心部溫度還沒(méi)有升到與表層溫度相當(dāng)。隨著外部溫度的下降，表心層溫度逐漸趨于一致，到了最后階段，心層溫度大于表層溫度，形成了含水率梯度與溫度梯度相一致的狀況。

圖7 試驗(yàn)Ⅲ溫度曲線(xiàn)

圖8 試驗(yàn)Ⅲ含水率分布圖

3 結(jié)論

研究表明，從對(duì)比分析中可得出，試驗(yàn)Ⅱ和試驗(yàn)Ⅲ的溫度分布比較合理，試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)，二者的含水率下降都較快，干燥周期都較短。所以，干燥初期的升溫速度越慢越好，這有利于木材表心層溫度共同上升。但是升溫速度過(guò)慢會(huì)影響干燥速度，對(duì)生產(chǎn)不利。因此，干燥初期升溫速度不能太快，也不能過(guò)慢，一般保持在每小時(shí)3 ℃～5 ℃。