粗皮桉木材的干燥特性與干燥基準制定

龍傳文

粗皮桉木材的干燥特性與干燥基準制定

龍傳文

(中南林業科技大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

采用百度試驗法，對預凍處理和未凍處理的粗皮桉人工林木材的干燥特性和干燥基準進行了研究，結果表明：預凍處理可減少初期開裂、內裂和截面變形的產生，干燥質量比未凍處理材的干燥質量好。

粗皮桉；干燥特性；干燥基準；百度試驗；預凍處理

桉樹是世界上極有價值的硬木資源之一，桉樹木材的某些產品以最重、最堅硬和最耐久而著稱。桉樹材質結構細而勻、質硬、強度高，花紋美觀，生長迅速，木材產量高，是世界上公認的速生材樹種。我國桉樹木材的種植生產，始于20世紀60年代初，隨著桉樹引種栽培的迅速發展，桉樹資源和木材工業的利用也不斷擴大，桉樹木材已成為我國主要商品材種之一，主要用途有：紙漿、人造板原料、建材等行業[1]。桉樹材也可廣泛用于家具、地板、裝飾單板及耐久結構材料等，但因桉樹生長應力大，滲透性差等原因，桉樹材干燥時其干燥特性是易產生開裂、變形等缺陷，因此，如何克服桉樹材干燥缺陷，是實施其實木加工利用，提高桉樹附加值的關鍵。由于桉樹木材干燥是桉樹實木加工利用的關鍵之一，是一項難度大的功關技術。我國從事桉樹加工利用技術的研究比較晚，到目前為止，尚無可以避免桉樹板材產生開裂、變形等缺陷的干燥基準。為此，相關專家撰文指出；建議研究適于各種桉木不同規格板材的干燥基準[2]。

粗皮桉Eucalyptus pellita作為桉樹種類的一種，木材呈紅色至深紅色，堅固而耐久，在我國廣西東門林場于1989年建立了粗皮桉的家系試驗，含9個種源，79個家系，最優種源3年生平均材積為38.58 m3/hm2，最優家系的平均高為9.52 m，為了更加合理地利用桉樹材，本課題對粗皮桉的干燥特性和干燥基準作了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

粗皮桉原木，采自廣西東門林場，陸運到本校木材干燥實驗室，實積堆放，用塑料膜覆蓋，其性能見表1。

表1 粗皮桉木材的基本特性Table 1 Basic characteristics of Eucalyptus pellita wood

按百度試驗法要求制取試件[3]，四面刨光，加工成規格為200 mm×100 mm×20 mm的弦切板試件24塊，分成兩組，每組12塊，即預凍處理為A組12塊，未凍處理為B組12塊。

1.2 試驗方法

將編號為A1～A12號試件進行尺寸測量和稱重，觀察表面情況，然后放入冰箱內，在-20℃條件下冰凍48 h后，從冰箱中取出，進行測量和稱重，并觀察表面變化情況。

根據百度試驗法的原理及要求，將編號為B1～B12號試件進行測量和稱重，并觀察表面情況記錄后與預凍處理材的A1～A12號試件一起放入烘箱中，在（103±2）℃的條件下進行干燥處理。干燥過程中定時取出試件觀察，稱重、記錄干燥全過程，主要觀察記錄3種干燥缺陷；初期開裂、內裂和截面變形，初期開裂包括端裂、端表裂、表裂和貫通裂，對裂紋發展狀況作好記錄。內裂和截面變形是在干燥結束后，將試件從中間鋸開觀察獲得，另外，在干燥過程中對試件的瓦彎，翹曲等缺陷也作了觀測。

觀測時間間隔是：最初觀測時間是1 h(1～10 h)，以后延長到2 h(10～22 h)，當表裂開始愈合時，間隔時間延長到4 h(22～46 h)，待測得兩次重量基本不變時，停止干燥，將干燥后的試件進行測量稱重及觀察表面情況，并在鋸下含水率試片的新端面，測定內裂及截面變形程度。

2 結果與分析

2.1 含水率與時間的關系

粗皮桉板材干燥過程中含水率測定值見表2，由表2 可知，A、B兩組含水率有相應的波動范圍，干燥時間在26 h之前，A組的含水率略高于B組的含水率，26 h之后B組的含水率略高于A組；粗皮桉試材由初含水率55%，干燥到最終含水率，共用時46 h，由于粗皮桉的內應力大，滲透性差，含水率不均勻，管間、導管和木纖維間的紋孔多具膜，干縮率大，在干燥時板材極易產生皺縮。通常在干燥初期木材含水率高時，在干燥溫度的作用下，自由水移動速度快而產生的毛細管張力和干燥應力使細胞皺縮而引起的不正常、不規則的收縮[4-6]，這種現象隨時間的增加含水率的降低而加劇，不僅使木材的收縮率增大，從而也導致了板材的開裂、變形和內裂等缺陷的產生。眾多研究表眀冷凍處理對防止皺縮頗有成效，其原因是水結成冰時可以形成氣泡，這種氣泡能使細胞避免由于水分通過紋孔時而產生張力效應，由于飽和水狀態下的木材內部己幾乎沒有空隙，在此狀態下使木材中的水分受凍成冰而體枳膨脹使細胞腔擴大，可使具緣紋孔的紋瞙破裂，水分傳導途徑暢通，使毛細管張力減小，從而改變了木材產生皺縮的必要條件。研究結果表明，預凍處理材的融冰過程起到了提高板材的可塑性、減少內應力，從而堤高了板材的干燥質量。

表2 粗皮按木材的干燥時間與含水率Table 2 Drying time and moisture content of Eucalyptus pellita wood

2.2 干燥特性與缺陷等級

按百度試驗法，試件連續干燥46 h，根據100 ℃干燥試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標準，在干燥過程中測試試件綜合得到的干燥特性及干燥缺陷等級見表3。

2.3 初期開裂

由于試件的初含水率較高，試件在干燥初期，木材表面水分蒸發較快，形成了表層和內層高的含水率差，也就是當試件表層含水率低于纖維飽和點時，內層含水率仍然很高，從而導致產生的干燥應力，使得表層的干縮受到內層壓應力的影響，當這種應力超過了木材的橫紋拉伸極限強度時，就會造成木材的初期開裂，在試驗過程中，初期開裂程度隨著干燥時間的延長及試件含水率的降低而加重。但當干燥時間的不斷延長，含水率的降低，初期開裂速度發展減緩，隨著干燥的延續，試件內層壓應力逐漸減小，直至干燥結束，由表3可知初期開裂預凍處理材為2級，未凍處理材為3級。

表3 粗皮桉木材干燥特性及干燥缺陷等級Table 3 Drying characteristics and drying defect grades of Eucalyptus pellita wood

2.4 內 裂

在干燥后期，由于試件內層含水率低于纖維飽和點而開始收縮，表裂已逐步愈合，這就導致表層存在壓應力，內層存在張應力，其結果使得內層的干縮受到表層壓應力的影響，當內層繼續干縮，就使得板材產生變形和內部開裂。本試驗整個干燥時間為46 h，也就是測得試件兩次重量基本不變時，停止干燥，鋸取含水率試片，測得的最終含水率為0.05%，在已烘干試樣鋸下含水率試片時的端面，檢查內裂程度，由表3可知內裂A組為3級，B組為4級。

2.5 截面變形

在干燥過程中由于表層和內層存在的含水率梯度，以及表層產生硬化的影響，使得被干燥的試材產生截面變形，本試驗截面變形的截面厚度差是A組平均值是1.95 mm為3級，B組平均值是3.03 mm為4級。

2.6 扭曲變形

扭曲變形也是桉樹木材干燥特性的主要評定指標，產生扭曲變形的主要原因是邊心材收縮不均，即邊材的收縮大于心材的收縮使試材在干燥過程中產生了瓦彎、翹曲等缺陷，本試驗測得的扭曲值是A組平均值是3.94 mm為3級，B組平均值是4.48 mm為3級。

分析粗皮桉干燥特性，預凍處理的粗皮桉板材干燥特性要比未凍處理材的干燥特性要好，分析影響原因：其一是，由冰融為水時，水中必然產生氣泡，此氣泡在一定期內存留在細胞腔，木材內自由水蒸發時，此氣泡可以緩解或消除水分蒸發張力對木材細胞的作用；其二是，融冰過程是從木材外部到內部的過程，外部的冰融解后變為液態水，這樣會導致水在冰面上膨脹，產生膨脹會對木材細胞產生壓應力，使細胞更加僵硬，增加了細胞的強度，可減少板材的收縮和皺縮。

3 干燥基準制定

根據表3干燥缺陷等級與干燥缺陷對應的干燥條件及試驗樹種的初期溫度，末期溫度和干濕球溫差的最低條件，參照國家林業行業標準LY/T1068—92《鋸材窯干工藝規程》得到粗皮桉的預凍處理材和未凍處理材的干燥基準見表4。

研究確定出的16—1和18—1干燥基準，是作為粗皮桉25 mm厚板材的基準，在干燥窯中試驗2～3次后，根據試驗結果制定出粗皮桉窯干生產的干燥基準。

表4 預凍處理材和未凍處理材的干燥基準制定Table 4 Establishment of drying schedules for frozen and unfrozen wood

4 結 論

百度試驗結果表明，粗皮桉木材干燥特性等級分別是：預凍處理材初期開裂2級、內部開裂3級、截面變形3級、扭曲變形3級，未凍處理材對應等級依次為3級、4級、4級、3級。預凍處理可減少初期開裂、內裂和截面變形的產生，干燥質量比未凍處理材的干燥質量好。

[1] 祁述雄．中國桉樹[M]. 北京: 中國林業出版社, 2002.

[2] 江澤慧,費本華,王喜明,等. 桉樹木材干燥特性與工藝及其皺縮研究現狀[J]. 木材工業, 2002, (4): 3-6.

[3] 何清慧．木材干燥基準簡易確定法-百度試驗法[J]．木材工業, 1998, (6): 39-41.

[4] 王喜明.木材的皺縮[J].木材工業, 2000, (1): 29-31。

[5] WU Y Q, Hayashi K, Liu Y, et al. Relationships of anatomical characteristics versus shrinkage and collapse properties in plantation-grown Eucalypt wood from China[J]. Journal of Wood Science, 2006, 52(3): 1-5.

[6] WU Y Q, HAYASHI K, LIU Y, et al. Effects of heat-treatment patterns on the collapse-shrinkage characteristics in plantationgrown Eucalyptus timber[J]. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 2008, 5(8): 1-4.

Drying characteristics and drying schedule establishment of Eucalyptus pellita wood

LONG Chuan-wen
(School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry & Technology,Changsha 410004, Hunan, China)

By adopting the 100℃ drying test method, the drying characteristics and drying schedule of the pre-frozen and unfrozen Eucalyptus pellita wood were studied. The results show that the pre-freezing treatment reduced the initial crack, inner crack and cross section deformation of wood, and the drying quality for the frozen wood was superior to that for the control.

Eucalyptus pellita; drying characteristics; drying schedule; 100℃ drying test; pre-freezing treatment

S784

A

1673-923X(2012)01-0048-03

2011-11-20

國家自然科學基金項目(30671634)；國家教育部留學基金項目；中南林業科技大學木材科學與技術國家重點學科資助項目

龍傳文(1953—)，男，湖南攸縣人，副教授，主要從事木材科學與技術的研究；E-mail：lcw282@163.com

[本文編校：歐陽欽]