不同林齡巨尾桉廣林9號木材干燥特性

陳松武，廖滿秀，劉曉玲，陳桂丹，陳 艷，林家純

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院 廣西木材資源培育質量控制工程技術研究中心，廣西南寧 530002；2.廣西國有高峰林場，廣西南寧 530001）

桉樹是我國三大速生用材樹種之一[1]。巨尾桉（Eucalyptus grandis×E.urophylla）廣林9 號是由廣西國有東門林場通過人工控制授粉培育的巨桉（E.grandis）和尾葉桉（E.urophylla）雜交優良品種，具有適應性強、生長迅速、出材率高和遺傳性狀穩定等優點[2-3]。目前，巨尾桉廣林9 號已在我國大面積推廣種植，也是馬來西亞、柬埔寨、越南和老撾等東南亞國家大量引種的桉樹品種之一。桉樹生長應力大，滲透性差，其木材在加工利用過程中，容易出現嚴重的開裂、變形、內裂和皺縮等缺陷，影響木材的高效利用。為了提高桉樹木材的加工利用率及附加值，研究人員對桉樹木材的干燥特性進行了相關研究，唐日俊等[4]對15年生巨尾桉木材的干燥特性進行研究，并制定干燥基準；陳松武等[5]對4、6 和8年生尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）無性系DH32-26 號木材的干燥特性進行研究，并制定干燥基準；劉媛等[6]研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，并制定尾巨桉幼齡材的干燥基準。本研究采用百度試驗法對不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥特性進行研究，分別制定不同林齡巨尾桉廣林9 號木材的干燥基準，為其干燥工藝提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材采自廣西國有高峰林場，根據GB/T 1927-2009[7]，采伐二代林4、6和8年生的樣木各5株，平均胸徑分別為15.7、17.4 和18.6 cm。樣木采集后，選取樹干通直且無病蟲害的1.3 ～3.3 m 處木段，采用木工帶鋸機將試材鋸解成厚度為25 mm 的毛邊鋸材，并刨光至厚度為20 mm 的板材。在刨光后的板材中選取無節子、無開裂等缺陷的部位制取弦切板試件（表1）。弦切板試件的初含水率為102.39% ～171.29%，符合百度試驗法的要求。

表1 巨尾桉廣林9號試件Tab.1 E.grandis×E.urophylla GLGU9 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，精確至0.01 g）、刻度尺（精確至1 mm）、電子千分尺（精確至0.001 mm）、數顯卡尺（精確至0.01 mm）和塞尺（0.02 ～1.00 mm）等。

1.3 試驗方法

根據百度試驗法，對試樣進行檢量后，利用干燥箱進行試驗[8-13]。干燥前，采用電子千分尺和數顯卡尺測量試件的長、寬和厚，電子天平測量質量。將試件放入溫度（103 ± 2）℃的干燥箱內干燥。干燥過程中，采用刻度尺和塞尺測量試件的端表裂、表裂、貫通裂和端裂情況，測量并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，通過截斷面觀測內裂及截面變形情況。

1.4 數據處理

在試件長度方向鋸取約15 mm 寬的含水率試片，將試片烘至絕干，計算試片初含水率（W，%），并計算試件的絕干重（G干，g）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為試件最終含水率（%），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 不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥特性

2.1.1 初期開裂

根據百度試驗法干燥缺陷及干燥速度分級標準[10]，劃分不同林齡巨尾桉廣林9 號木材的干燥缺陷等級（表2）。干燥初期，木材的含水率比木材纖維飽和點高，表面的水分快速蒸發時形成內外含水率梯度差，當其表面形成的拉伸應力超過拉伸強度時，產生端裂、端表裂、表裂和貫通裂等缺陷[14-15]。干燥1 h 時，試件均無裂紋；干燥2 h 時，大部分試件出現裂紋，主要表現為端表裂和表裂；隨著干燥的繼續進行，各試件的裂紋數量和長、寬不斷增加，4和6年生試件出現的裂紋較明顯；干燥至8 h 左右，試件的開裂情況達到穩定狀態，其長、寬和數量基本達到最大值；隨著干燥的繼續進行，部分裂紋逐漸愈合。4和6年生試件的初期開裂較嚴重，其中端表裂和表裂數量較多，等級均為3 級；8年生試件中,只有2塊各出現1條短、細端裂，等級為1級，這可能是由于8年生巨尾桉的生長年限較長，生長應力在生長過程中得到部分釋放。

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，產生內裂[16]。所有試件均有不同程度的內裂，大部分試件的內裂情況較嚴重，大部分6 和8年生試件的寬內裂（≥2 mm）有5 ～10條，4年生試件一般為1 ～2 條，寬內裂的寬度為2 ～4 cm。內裂是廣林9 號木材的主要干燥缺陷，且樹齡越大的木材內裂越嚴重。4、6 和8年生試件的內裂等級分別為3、4和4級（表2）。

表2 巨尾桉廣林9號試件干燥缺陷等級Tab.2 Defect grades of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.3 截面變形

截面變形主要是由干燥溫度偏高，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[17]。4、6 和8年生試件的截面變形值分別為1.0 ～2.3、0.8 ～5.8 和2.8 ～5.7 mm，平均值分別為1.6、3.5和4.3 mm，截面變形程度隨樹齡的增加而增加；截面變形等級分別為3、4和5級（表2）。

2.1.4 扭曲

4、6 和8年生試件的扭曲值分別為1.5 ～5.0、1.0 ～9.0 和1.0 ～5.0 mm，平均值分別為2.5、5.7 和3.1 mm；扭曲等級分別為2、3 和3 級；6年生試件的扭曲程度最嚴重（表2）。

2.1.5 干燥速度

干燥總時長為66 h。4、6和8年生試件的含水率由30%降至5%平均用時分別為14.15 、14.69 和15.85 h，平均干燥速度分別為1.78、1.73 和1.58%/h，樹齡越大的試件干燥速度越慢。總體來說，廣林9號木材的干燥速度屬于中等，4、6和8年生試件的干燥速度分別為2、2 和3 級（表2）。干燥過程的含水率變化曲線見圖1。

圖1 巨尾桉廣林9號試件的含水率變化Fig.1 Changes of moisture contents of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.6 翹曲

翹曲可分為順彎、橫彎和翹彎[15]。4、6和8年生試件的翹彎值分別為3.5 ～5.5、4.5 ～9.0和4.0 ～6.0 mm，平均值分別為4.8、6.4 和5.3 mm，翹彎現象較明顯，沒有順彎和橫彎現象。

2.2 干燥基準

通過分析不同林齡巨尾桉廣林9號木材的干燥缺陷等級，根據干燥缺陷等級對應的干燥條件[10]，確定4、6和8年生木材的初步干燥條件（表3）。4年生木材的干燥初期溫度、初期干濕球溫度差和末期溫度分別為50、3和75 ℃；6年生分別為40、2 和70 ℃；8年生分別為40、2和70 ℃。

表3 不同林齡巨尾桉廣林9號木材干燥初步條件Tab.3 Drying preliminary conditions of E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages (℃)

巨尾桉廣林9 號木材的內裂和截面變形較嚴重，干燥初期的溫度不宜過高，升溫速度不宜過快，需緩慢升溫，既可以減少初期開裂的現象，還可以避免因溫度過高、升溫過快引起的木材內部水分移動過快，導致木材產生嚴重的皺縮缺陷，從而出現明顯的截面變形現象；還需嚴格控制干燥初期的干濕球溫度差，不宜過大，以2 ～10 ℃為宜，可減少內裂缺陷，待干燥中后期木材材性相對穩定后，可逐漸加大升溫幅度和干濕球溫度差，加快干燥速度，降低耗能，提高干燥效率和經濟效益。

根據干燥時間的估算圖[10]估算4、6 和8年生巨尾桉廣林9 號木材的干燥時間。試件含水率降至1%時所需時間約為66 h，可得干燥時間約為19 天；4、6 和8年生木材初期干濕球溫度差分別為3、2 和2 ℃，可得干燥時間分別約為10、20 和20 天。兩者的平均值分別為14.5、19.5和19.5天，即試材在強制循環干燥窯內干燥至10%所需的時間。

巨尾桉廣林9 號木材屬于闊葉材，絕大部分試件的含水率大于110%，根據含水率與干濕球溫度差關系表（闊葉材）[10]，制定出4、6 和8年生廣林9 號25 mm厚木材的干燥基準（表4）。

表4 不同林齡巨尾桉廣林9號25 mm厚木材干燥基準Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages

3 結論與討論

本研究通過百度試驗法對4、6 和8年生巨尾桉廣林9號木材的干燥特性進行研究。結果表明，4、6和8年生木材干燥缺陷綜合評定等級分別3、4 和5級。廣林9 號木材的材性與樹齡有關，整體來說隨著樹齡增加，木材在干燥過程中出現的缺陷情況越嚴重，8年生木材的內裂、截面變形和扭曲缺陷均最嚴重，分別達到4、5 和3 級，但無明顯的初期開裂現象，甚至在整個干燥過程中，都很少出現開裂情況，初期開裂等級為1 級，4 和6年生木材的初期開裂較明顯，均為3 級，但6年生木材干燥初期的裂紋大部分在中后期愈合，4年生木材的裂紋大部分沒有愈合，總體來說樹齡越大，木材開裂現象越少。

根據廣林9號木材的特性，樹齡較小的木材，干燥初期的溫度不宜過高，且干濕球溫度差不宜過大，減少初期開裂，后期可適當加速升溫，提高干燥效率；樹齡在8年生以上的，干燥中后期可適當進行調濕處理，減少后期出現的內裂和截面變形等缺陷。

劉媛等[6]研究5年生尾巨桉無性系26 號木材的干燥缺陷，其綜合特性等級為3級，主要的干燥缺陷是內裂、截面變形和扭曲，分別為2、3 和2 級，初期開裂和干燥速度均為1 級，屬于易干材；陳松武等[5]研究4、6和8年生尾巨桉無性系26號木材的干燥缺陷，其綜合特性等級分別為4、5 和5 級，主要的干燥缺陷是內裂和截面變形，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，初期開裂等級分別為3、2 和5 級。8年生尾巨桉無性系26 號木材與本研究中8年生巨尾桉廣林9 號木材的初期開裂情況相差很遠。不同品系木材的干燥特性具有較大的個性差異，同一品系不同樹齡的木材干燥特性也可能有較大的差異，因此在實際生產過程中需根據不同桉樹種類的實際情況調整干燥工藝。