百度試驗法測定不同林齡尾巨桉DH32-29木材干燥特性

劉曉玲，陳桂丹，陳松武，蒙芳慧，林家純，羅玉芬

（廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002）

尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）是以巨桉（E.grandis）為父本、尾葉桉（E.urophylla）為母本培育出的優良雜交品種，為桃金娘科（Myrtaceae）桉屬植物[1]。尾巨桉DH32-29 具有生長快、產量高、樹干通直和適應性強等優點，成為我國大面積推廣的桉樹品種之一[2-5]。大量的尾巨桉木材被應用于生產實木地板和實木家具等[6]，但桉木存在生長應力大和滲透性差等問題，在干燥過程中，容易產生嚴重的開裂、變形、內裂和皺縮等缺陷，克服干燥缺陷可提高木材加工利用率及附加值。干燥特性是木材研究的一項重要指標，通過百度試驗法，可劃分干燥缺陷等級，制定干燥基準。劉媛等通過百度試驗法制定了26年生大花序桉（E.cloeziana）木材[7]和10年生尾巨桉大徑材[8]的干燥基準，還研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，制定了尾巨桉幼齡材的干燥基準[9]；劉元等[10]通過百度試驗法研究檸檬桉（E.citriodora）和圓角桉（E.umbellate）人工林木材的干燥特性，制定其常規、真空及常規-真空聯合干燥基準。本文通過研究不同林齡尾巨桉DH32-29 的干燥特性，制定不同林齡木材的干燥基準，為尾巨桉木材加工利用提供科學理論依據。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

試材采自廣西壯族自治區東門林場（107°54'E，22°23'N），根據GB/T 1927-2009[11]，分別采伐4年生、6年生和8年生的樣木11、9 和7 株，平均胸徑分別為15．9、17．5 和19．0 cm。選取樹干通直且無病蟲害的木段制取試件（表1）。

表1 尾巨桉DH32-29 試件Tab.1 E.urophylla×E.grandis DH32-29 specimen

1．2 試驗設備

電熱鼓風干燥箱（德國Memmert UF260 型）、電子天平（JJ1000 型）、刻度尺、電子千分尺、數顯卡尺和塞尺等。

1．3 試驗方法

用電子千分尺和數顯卡尺測量試件長、寬和厚（精確至0．01 mm），電子天平測量質量（精確至0．01 g）。根據百度試驗法[12-15]，將試件放入（103 ±2）℃的干燥箱內干燥。干燥過程中，用刻度尺和塞尺測量試件端表裂、表裂、貫通裂和端裂情況（精確至0．01 mm），記錄裂紋的數量及最長裂紋的長和寬，同時稱量并記錄試件重量。每0．5 h 測量1 次；待含水率下降速率稍緩后，間隔1 h 測量；裂紋不再增加后，間隔2 h 測量；裂紋無變化后，間隔4 h 測量，當連續兩次稱量的質量差小于5%時，試件達到絕干，再次測量并記錄試件的長、寬和厚及彎曲變形等缺陷情況。

在絕干試件長度方向鋸取約15 mm 寬的試片，鋸取試片后，通過試件的截斷面觀測內裂及截面變形的情況。

1．4 數據處理與分析

計算試片初含水率（W）；將試片烘至絕干，計算試件的絕干重（G干）及含水率變化情況。計算公式如下：

式中，G0為試片初重（g），G1為試片絕干重（g）,GZ為試件最終重量（g），WZ為試件終含水率（%），WS為試件當時含水率（%），GS為試件當時重量（g）。

2 結果與分析

2．1 不同林齡尾巨桉DH32-29 木材干燥特性

2．1．1 初期開裂

根據杜洪雙等[12]的研究，劃分不同林齡尾巨桉干燥缺陷等級（表2）。木材在干燥初期含水率較高，比木材纖維飽和點高，表面水分蒸發快，形成木材內外含水率差，當木材表面形成的拉伸應力超過其拉伸強度時，出現開裂等缺陷[16-17]。當干燥0．5 h時，中心板均出現開裂現象；隨著干燥時間的增加，弦切板也開始出現開裂現象，且裂紋的長、寬和數量不斷增加；至8 h左右，裂紋的長、寬及數量達到最大值；隨著干燥的進行，一部分裂紋趨于穩定，另一部分裂紋逐漸愈合。表裂是4年生和6年生試件初期開裂的主要缺陷，等級均為3 級；貫通裂是8年生試件初期開裂的主要缺陷，貫通裂是初期開裂缺陷中最嚴重的，因此等級為5 級（表2）。與弦切板相比，中心板的端表裂較嚴重，裂紋主要自髓心向外輻射，其主要原因是心材的干縮較大。

表2 尾巨桉DH32-29試件干燥缺陷等級Tab.2 Defect grade of E.urophylla×E.grandis DH32-29 specimen

2．1．2 內裂

內裂是指木材內部沿木射線產生的裂紋，干燥后期溫度較高，當木材內部張應力過大時，表面發生硬化，內裂產生[18]。試件的內裂較嚴重，最嚴重的試件內裂數量達18條，大部分試件的內裂數量為10條左右，寬內裂（≥2 mm）約有5～8 條，最寬的內裂達7．0 mm，弦切板的內裂現象較中心板嚴重。4年生、6年生和8年生試件內裂等級均為4 級，內裂是尾巨桉DH32-29木材主要的干燥缺陷（表2）。

2．1．3 截面變形

截面變形主要是由于干燥溫度偏高，自由水移動過快產生的干燥應力及毛細管張力大于橫紋抗壓強度造成的[19]。4年生、6年生和8年生弦切板的截面變形值分別為2．8～5．7、3．9～6．8 和3．9～5．7 mm，平均值分別為4．3、5．4 和4．5 mm，等級均為5 級，截面變形是尾巨桉DH32-29 木材最嚴重的干燥缺陷（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的截面變形平均值為5．2、5．3 和5．2 mm，其截面變形較弦切板明顯，因中心板靠近髓心部分的幼齡材密度較小且干縮性較大，密度分布不均勻，導致其板材皺縮差異較大，截面變形嚴重。

2．1．4 扭曲

4年生、6年生和8年生弦切板的扭曲值分別為1．0～12．0、0．5～12．0 和2．5～8．5 mm，平均值分別為5．7、5．6 和6．1 mm，等級分別為3、3 和4 級，8年生試件的扭曲程度較4年生和6年生嚴重（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的扭曲平均值分別為0．5、3．0和4．0 mm，其扭曲程度較弦切板明顯偏低。

2．1．5 干燥速度

干燥總用時為62 h。4年生、6年生和8年生弦切板含水率由30%降至5%所用時間分別為18．72、17．65 和22．78 h，平均干燥速度分別為1．34%/h、1．48%/h 和1．13%/h，等級分別為3、3 和4 級（表2）。尾巨桉DH32-29 木材干燥速度較慢，且8年生試件的干燥速度較4年生和6年生慢。4年生、6年生和8年生弦切板干燥過程中含水率變化曲線見圖1。

圖1 尾巨桉DH32-29弦切板含水率變化Fig.1 Changes of moisture content of flat-sawn board of E.urophylla×E.grandis DH32-29

2．1．6 翹曲

翹曲可分為順彎、橫彎和翹彎[17]。試件翹彎較明顯，未出現順彎和橫彎現象，4年生、6年生和8年生弦切板的翹彎值分別為4．5～6．5、3．0～5．5 和2．0～3．5 mm，平均值分別為5．3、3．9 和3．0 mm。樹齡越大的尾巨桉DH32-29 木材，其弦切板翹彎程度越小。

2．1．7 干縮性

當含水率低于纖維飽和點時，產生干縮現象[17]。4年生、6年生和8年生試件的縱向干縮率分別為0．3%、0．3%和0．4%，徑向干縮率分別為4．7%、4．2%和5．8%，弦向干縮率分別為7．8%、8．7%和8．6%，體積干縮率分別為20．3%、21．0%和21．1%，差異干縮（弦向干縮與徑向干縮的比值）分別為1．64、2．09 和1．48。差異干縮（D）是反應木材干燥時是否易翹曲和開裂的重要指標，4年生試件的差異干縮等級為中等（1．5 ≤D≤2），木材穩定性一般，易翹曲和開裂；6年生試件偏大（D＞2），木材穩定性較差，翹曲和開裂現象嚴重；8年生試件偏小（D＜1．5），木材穩定性相對較好，翹曲和開裂現象不明顯。

2．2 干燥基準

通過杜洪雙等[12]的研究，確定4年生、6年生和8年生試件的初步干燥條件，從中選出各溫度和干濕球溫度差最低條件作為干燥基準的基本條件。4年生、6年生和8年生木材干燥初期溫度均為40 ℃，初期干濕球溫度差均為2 ℃，干燥末期溫度均為70 ℃（表3）。

內裂和截面變形是尾巨桉DH32-29 木材主要的干燥缺陷，因此干燥的初期溫度不宜過高，需緩慢上升以減少初期開裂現象，避免木材升溫過快導致水分蒸發，造成木材皺縮，產生截面變形；同時要控制干燥初期的干濕球溫度差，減少內裂；干燥中后期，可適當升溫和加大干濕球溫度差，加快干燥速度，提高干燥效率。

依據杜洪雙等[12]的研究，本試驗的試件含水率降至1%時所需時間為62 h，干燥時間約18 天，4年生、6年生和8年生試材初期干濕球溫度差均為2 ℃，干燥時間均約20 天，兩者平均值為19 天，即木材在強制循環干燥窯內干燥至10%所需的時間。

依據杜洪雙等[12]的研究，制定出25 mm 厚4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥基準（表4）。試材在干燥后期容易出現塌陷和干縮變形，主要是由于干燥初期干燥條件偏硬造成的，干燥初期木材產生硬化，導致干燥后期木材內部內拉外壓的應力，從而出現內裂和截面變形等缺陷。尾巨桉DH32-29 木材在干燥初期宜采用軟基準，干燥中、后期可適當進行調濕處理。

表3 尾巨桉DH32-29木材干燥初步條件Tab.3 Drying preliminary conditions of of E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

表4 尾巨桉DH32-29 25 mm厚木材干燥基準Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

3 結論與討論

本試驗通過百度試驗法研究了4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥特性。結果表明，4年生、6年生和8年生木材干燥缺陷綜合評定等級均為5級，說明4年生、6年生和8年生木材的材性均較差，在干燥過程中易產生干燥缺陷。其中8年生試件的初期開裂和扭曲缺陷比4年生和6年生嚴重，主要原因是8年生的試件出現較多的貫通裂；三者的內裂較為嚴重，均為4 級，截面變形最為嚴重，均為5 級，干燥速度相對緩慢，分別為3、3 和4級，屬難干材。內裂和截面變形是試材最主要的干燥缺陷，8年生木材的干燥特性較4年生和6年生木材差，同一品系不同樹齡的干燥缺陷存在差異，說明不同樹齡的桉樹在木材干燥特性方面有差異。

本研究的尾巨桉DH32-29 與之前研究的尾巨桉DH32-26[20]的木材干燥特性有共性。4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-26木材初期開裂等級分別為3、2 和5 級；內裂等級分別為3、5 和5 級；截面變形等級分別為4、5 和5 級；扭曲等級分別為3、3 和3級；干燥速度分別為3、4 和4 級；綜合特性等級分別為4、5 和5 級，與尾巨桉DH32-29 一樣，8年生木材的初期開裂較4年生和6年生嚴重，木材的主要干燥缺陷為內裂和截面變形，干燥速度相對較慢，綜合特性較低。說明桉樹木材干燥特性具有共性，內裂和截面變形是大部分桉樹的主要干燥缺陷。綜合分析，尾巨桉DH32-26 木材的干燥特性比尾巨桉DH32-29木材稍好。