不同樹齡米老排木材干燥工藝研究

趙湘玉 鐘 楷 陳川富 涂登云 胡傳雙 楊錦昌 尹光天

( 1. 華南農業大學材料與能源學院，廣東 廣州 510642；2. 中國林業科學研究院熱帶林業研究所，廣東 廣州 510520)

米老排（Mytilaria laosensis）別名山油桐、殼菜果、三角楓，天然分布于我國兩廣、云南等省（自治區）海拔1500 m以下地區[1]，具有生長速度快、結構細密、顏色和花紋美觀、適應性較廣、抗性強等優點[2-4]，是一種亞熱帶地區優良闊葉鄉土樹種[5-6]。經研究測試，米老排的綜合品質系數為3909×105Pa，其生態價值和木材性能均優于杉木（Cunninghamia lanceolata）和馬尾松（Pinus massoniana）[7-8]，具有良好的應用前景[9-11]。目前，米老排木材多應用于制漿造紙、刨花板、膠合板等領域[12]。但由于人工林米老排木材在實木加工利用過程中存在應力較大、尺寸不穩定、干燥過程容易開裂變形等問題[13]，極大限制了其加工利用。為實現米老排木材的實木化高效應用，其干燥技術是必須克服的關鍵難題。因此，本研究通過百度實驗法探究樹齡及樹高對米老排木材干燥特性的影響，制定不同樹齡及樹高的米老排混合干燥基準，在此基礎上進行干燥工藝優化試驗，以減少其在干燥過程中變形開裂、翹曲變形等缺陷，提高出材率，為米老排木材實木化利用奠定基礎，促進米老排木材在實木家具等領域的應用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

米老排原木采自廣西憑祥，選擇北坡同一海拔位置，根據GB/T 1927—2009《木材物理力學試材采集方法》進行采集。樹齡分別為7、14、21、28 a，各樹齡基本數據見表1，每個樹齡取3株。在每一株樣木上截取樹高分別為1.3～3.3、5.3～7.3 m的原木段作為實驗用材，并分別標記為A、B。

表1 米老排原木基本數據Table 1 The basic data of M. laosensis timber

原木鋸解成規格為200 mm×100 mm×20 mm四面刨光弦切板，各樹齡各取12塊無節疤等缺陷的試件，其中A、B段各6塊，共計48塊；試件含水率為125.44%～143.32%，符合百度實驗法對含水率的要求，用于干燥特性試驗。選擇規格為1200 mm×自然寬×30 mm的原木鋸材用于干燥工藝試驗，初含水率為71.52%～82.33%，總量共計4 m3。從各樹齡、樹高米老排中各抽取8塊隨機試樣用于含水率及干燥質量的測定。

1.2 實驗設備

101A-3型電熱鼓風干燥箱（溫度范圍50～300 ℃，上海實驗儀器有限公司）；BPS-100CL恒溫恒濕箱；ZKY-JS2400干燥窯（容積8 m3，廣州能源所）；電子秤（精度0.5 g）；電子天平（精度0.01 g）；塞尺（0.02～1.00 mm）；游標卡尺（精度0.02 mm）；GTS10J精密推臺鋸等。

1.3 實驗方法

1.3.1 干燥特性

干燥特性實驗采用百度試驗法進行。

1.3.2 干燥工藝實驗

根據百度實驗結果，編制30 mm米老排木材干燥基準表，見表2。參照LY/T 1068—2012《鋸材窯干工藝規程》中關于選材、堆垛、含水率檢驗板制作、試驗要求進行，目標含水率10%。

表2 米老排干燥基準Table 2 Drying schedules for M. laosensi timber

1.3.3 干燥質量檢測

依照GB/T 6491—2012《鋸材干燥質量》對鋸材的順彎、瓦彎、翹曲、扭曲和縱裂等指標進行檢測、評定等級分析。

2 結果與分析

2.1 不同樹齡米老排木材干燥基準和干燥曲線

經過干燥，30 mm厚米老排木材平均含水率從76.78%降至6.02%，干燥周期為16.12 d。米老排木材干燥曲線見圖1。由圖1可知，不同樹齡米老排木材干燥過程中干燥曲線相近，各階段干燥速度差異不大。

圖1 米老排木材干燥曲線Fig. 1 Drying curve of M. laosensi timber

2.2 干燥特性

米老排干燥特性見表3。由表3可知，初期開裂是米老排木材的主要干燥缺陷，所有裂痕均為細裂，無寬裂、貫通裂，初期開裂綜合等級為5級。隨著樹齡的增長，中短表裂數量逐漸增多，長表裂長度逐漸增大。同時，在同一樹齡、不同樹高方面也存在著一定的規律性，與下端木材相比，上端的木材在干燥過程中更容易出現開裂變形。利用SPSS軟件對表3進行單因素方差分析可知（表4），樹齡及樹高對米老排木材的內裂影響不顯著，內部開裂均較少，內部開裂等級為2級。

表3 米老排木材干燥缺陷等級Table 3 The drying defects and grades of M. laosensi timber

表4 米老排木材干燥缺陷等級方差分析Table 4 Variance analysis of drying defects and grades of M. laosensi timber

米老排木材截面變形屬中等水平，總體等級均為2～3級，所有試材均呈現兩邊厚中間薄的現象，但幼齡材的截面變形較大；隨著樹齡的增長，米老排木材的截面變形程度有減小的趨勢。這是由于幼齡材木材細胞壁薄，干燥時容易產生塌陷。不同樹高也會影響截面變形，與下端相比，上端木材截面變形程度較為嚴重，但當木材逐漸成熟后，整體的截面變形趨于穩定，上下端木材無明顯區別。

米老排木材平均扭曲等級程度達到了4～5級，而同樹齡下端木材僅為2～4級。樹齡對米老排木材扭曲度影響顯著（A段：P=0.06；B段：P=0.025），隨樹齡的增長，扭曲變形的程度越嚴重。同時，在同一樹齡中，上端木材的扭曲程度較下端木材嚴重，出現明顯的扭曲變形。翹曲變形綜合等級均為2級，樹齡對上端木材翹曲度影響顯著（P=0.006），各樹齡米老排中A段翹曲度略大于B段。

在干燥速度方面，7、14、21、28 a米老排木材從30%到5%的平均速度分別為：2.77%/h、2.89%/h、2.16%/h、1.46%/h。根據百度試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標準，確定的7、14、21、28 a米老排木材干燥速度等級分別為1級、1級、2級、2級，干燥速度綜合等級為2級，屬易干木材。

各樹齡米老排木材的初期開裂綜合等級為5級，內部開裂為2級，截面變形為3級。根據各缺陷對應的初步條件，綜合評定米老排干燥基準的基本條件，同時為避免干燥缺陷，應針對可能出現的各種缺陷合理調整各階段的干濕球溫度，最終將干燥初期溫度設定為40 ℃，初期干濕球溫度差設定為2 ℃，干燥末期溫度設定為70 ℃，以保證干燥質量。

2.3 干燥質量

參照GB/T 6491—2012《鋸材干燥質量》的要求對米老排的可見干燥缺陷質量指標檢測結果進行分析，見表5。

表5 米老排木材干燥質量Table 5 Drying quality of M. laosensi timber

由表5可知，各樹齡米老排木材的順彎度、橫彎度差異較小，單項質量等級均為1級。與干燥特性試驗時有相同的規律，米老排木材的瓦彎度隨著樹齡的增長呈現降低的趨勢，單項等級均為2級；而扭曲度則隨著樹齡的增長逐漸增大，單項等級為2級。縱裂度隨著樹齡的增長略微增大，單項質量等級為2級。所有樹齡的米老排木材均無內裂情況，單項質量等級為1級。各樹齡米老排木材的可見干燥缺陷綜合質量等級為2級。各項指標均能達到國家標準的要求，可以滿足實木加工質量的要求。米老排木材在干燥過程中僅出現少部分縱裂，并無出現內裂現象，說明干燥基準中所設置的溫濕度、預熱處理、中間處理及終了處理等參數較為合理。

3 結論

1）米老排木材的干燥初期開裂綜合等級為5級，內部開裂為2級，截面變形為3級，扭曲為5級，翹曲變形為2級，干燥速度為2級。

2）米老排木材隨著樹齡的增長，短表裂數量增多，長表裂長度增大，樹齡對內裂及翹曲度影響不顯著。樹齡對米老排木材干燥變形影響顯著，截面變形程度隨樹齡增長而減緩，扭曲度隨樹齡增加而變大。在同一樹齡中，上端木材的扭曲程度較下端木材更嚴重，下端木材的翹曲度較上段木材更嚴重。

3）采用本研究的干燥工藝，30 mm厚米老排木材從初含水率76.78%降至6.02%，干燥周期為16.12 d。可見干燥缺陷綜合質量等級為2級，可滿足實木制品質量要求。