桉樹旋切單板用材質量研究現狀

劉羅新，羅建中，王楚彪，盧萬鴻，林彥，邢曉文

桉樹旋切單板用材質量研究現狀

劉羅新，羅建中，王楚彪，盧萬鴻，林彥，邢曉文

(國家林業和草原局桉樹研究開發中心，廣東 湛江 524022)

目前國內人造板市場處于資源短缺的情況，每年需要大量從國際進口木材。單板是制作人造板的原材料，提升原材料的質量，可以發揮木材最大價值，有效減少對資源總數的需求。桉樹作為國內重要的木材原料樹種，提升桉木單板的質量對整個行業有著積極的作用。本文以此為切入點，分析研究桉樹旋切單板用材質量，從樹種層面上，針對不同的遺傳材料，探討影響單板質量的各類因素，為后續高質量發展提供一定的理論支撐，并對未來方向進行一定的展望，如進行遺傳育種改良、加強撫育管理、提升加工工藝等。

桉樹；旋切單板；單板質量

隨著我國木材消費總量的逐年增加，人造板市場產生了巨大的缺口。單板是制作人造板的原材料，沒有好的單板，后續板材的加工制造可謂無從談起。單板，又稱為木皮、面板等，是原木通過旋切、刨切等方式生產的木質材料，主要作為膠合板材、模板、貼面板等人造木板的原材料。目前人造板材多采用旋切的方式，厚度在0.4～1.0 mm不等。常見的針葉樹種主要為杉木()、柏木(等；闊葉樹種則以桉樹()、楊樹()等為主。而單板的質量提升受到多種因素制約，包括木材固有特征、加工工藝影響等。

桉樹是重要的用材樹種，木材利用主要集中在人造板材、制漿造紙、實木家具三方面。SUN等的研究表明，桉樹板材綜合加工性能表現優異，但和香椿()相比還有一定的不足。這說明針對桉樹木材單板質量的研究還很缺乏，原材料的質量掣肘了后續加工性能的提升。因此，研究桉木單板的質量，對于提高人造板的質量有著重要的意義。本文對桉樹旋切單板用材質量研究現狀進行分析，根據遺傳材料的不同，探尋桉樹不同樹種之間的差異情況，為后續改良提供理論支撐。

1 單板質量影響因素

單板質量的好壞直接決定了后續加工板材的質量，如何評價單板的質量，不同學者進行了多個維度的研究。如BLACKBURN等對塔斯馬尼亞5種不同生長環境下的亮果桉進行研究，發現環境對桉樹的生長應力有所影響，進而導致旋切單板的質量有所差異。任世奇等研究了木材材性和固有特征，對影響單板質量的缺陷因子和單板等級進行相關性分析，得出死節、裂縫、孔洞等均是影響單板質量的重要因素，其中死節的影響更大。鮑甫成等根據旋切單板干燥質量檢測方法，對單板質量評定選定主要指標為：單板厚度偏差、單板背面裂隙率、單板表面粗糙度和單板橫紋抗彎強度，其中前兩者為主要影響因素，后兩項影響相對較小。周蘭美等從加工工藝出發，探討了不同的加工條件對旋切單板質量的影響，包括木段的蒸煮溫度、旋切時的工具材料、旋切條件等因素。總體而言，從不同的角度出發，可從多個層面探尋不同的影響因素，從而對單板質量進行全面的了解。本文重點從遺傳材料入手，分析不同樹種間各因素對于單板質量的影響。

1.1 缺陷因子的影響

1.1.1 單板缺陷因子

旋切單板在加工過程中會經歷干燥流程，干燥過程中會增加木材的開裂、翹曲變形，以及孔洞的數量，進而影響單板質量。這些屬于單板缺陷因子，缺陷因子會極大程度制約單板質量的提高，如節疤、孔洞、開裂、變色等，它們有的是固有缺陷，有的是在加工過程中所造成的，不同樹種之間存在一定的差異性。研究單板缺陷因子并進行改良，對提高單板用材質量有極大的積極意義。

有試驗對尾巨桉()、柳葉桉()、巨桉()、粗皮桉()、鄧恩桉()和大花序桉()進行干燥試驗，結果表明，不同樹種對于干燥質量有極其顯著的影響。粗皮桉、尾巨桉和大花序桉干燥后含水率較低，而鄧恩桉干燥所需時間更久，且不容易達到單板干燥質量要求；干燥后各樹種開裂情況均有所增加，雖然沒有達到顯著差異，但均值也有所不同，其中鄧恩桉最為嚴重，而粗皮桉和尾巨桉較為接近，開裂情況較為良好；翹曲程度上，巨桉、尾巨桉和大花序桉更為嚴重；孔洞數量上以巨桉、粗皮桉和大花序桉增加的更多。不同的缺陷因子主要有以下幾類：

(1)節疤：節疤直接影響著單板的質量，是評價單板等級的一大重要指標。節疤分為活節和死節，死節對單板質量的影響更大。此外，節疤的數量、大小、位置分布等，也會對單板的質量造成一定的影響，其中，節疤在幼齡材中體現更為明顯。有學者對多個桉樹品種進行研究發現，尾巨桉的活節尺寸最小，柳葉桉活節的尺寸最大；另外，在不同密度的鄧恩桉中，活節大小和林分密度呈現負相關。在死節缺陷上，各樹種之間存在顯著性差異，其中粗皮桉和尾巨桉總體數量位于前列。

(2)孔洞：孔洞是在單板采伐和旋切過程中，節疤的脫落所形成的，會對后續膠合性能等造成嚴重的影響，是影響單板質量的主要因素之一。因為節疤處的紋理和正常部位有所區別，所以在旋切過程中，不同樹種之間節疤脫落形成孔洞的數量會有所差異。研究人員對6類桉樹進行對比發現，不同單板孔洞數量上，巨桉均值最大，達到了4.25個孔洞，粗皮桉稍好，為2.25個，尾巨桉、柳桉、大花序桉和鄧恩桉則表現良好，均值不足1個。

(3)開裂：開裂主要分為三類：外裂、內裂和端裂。外裂也稱表裂，主要發生在木材干燥前期，中后期一定程度能閉合，對單板質量影響較小；內裂也稱蜂窩裂，因開裂形如蜂窩狀而得名，主要為干燥前期加工工藝條件不當導致，嚴重影響木材質量，發生情況較少。實際生產過程中最主要的開裂情況為端裂，發生在原木兩端。因為桉樹具有較大的生長應力，在帶來較高的生長量和較大的密度的同時，也會增加采伐過程中的難度——因生長應力的釋放，導致原木端裂、開裂和變形等，從而影響旋切單板質量，大幅度降低出材率。此外，羅建中等在研究桉樹單板價值時發現，木材加工過程中機械破損也是單板開裂的重要原因。

(4)皺縮：皺縮也稱潰陷，主要發生在木材干燥時期。桉樹在干燥時極易發生皺縮，破壞其內在強度、降低木材利用率。皺縮會加大木材收縮率，損失5%～10%的有效材積，并且影響木材導致變形、開裂等，嚴重時甚至會報廢板材。關于皺縮的產生機制，有多種理論：有研究認為皺縮分為薄壁細胞皺縮和厚壁細胞皺縮兩個階段；有研究認為是在干燥初期木材含水率很高時由于干燥溫度高,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潰陷而引起的不正常、不規則的收縮；也有學者質疑皺縮是因為液體毛細張力壓潰細胞壁的理論，認為皺縮可能與水分蒸發導致的真空、木材干燥應力、毛細管液柱收縮產生的拉力等有關，這一現象在尾巨桉上得到一定驗證。左春麗等結合前人的研究，總結出影響皺縮的主要因素為樹種、木材密度、含水率、干燥溫度和速度等。

毛刺溝痕、變色腐朽等也是影響單板質量等級的因素，但在桉木單板中較為少見，相比節疤孔洞等缺陷所帶來的質量降低，對單板造成的影響較小。

由此可見，樹種之間存在明顯差異，不同遺傳材料表現不同，如尾巨桉節疤孔洞較少，但開裂情況較為嚴重；而柳桉、巨桉等樹種則在節疤孔洞等因子上不占優勢。后續可通過選育的方式，結合不同樹種之間的遺傳差異情況進行改良。

1.1.2 缺陷因子改善

目前對于缺陷因子的改良情況，主要集中在撫育管理措施的加強以及加工工藝的改進兩方面。

(1)節疤孔洞：通過適當降低種植密度，并加強修枝等撫育管理措施，可以有效減少節疤和孔洞的生成。目前主要是采取修枝的方式來減少節疤孔洞的生成，從而提高旋切單板的質量。任世奇等對尾巨桉修枝后發現，一定程度的修枝可以增加樹體活節的數量，減少死節的數量，在不降低立木生長量的前提下提高單板的質量等級；這一結果在巨尾桉中也得到了相同的驗證。楊中寧等對不同徑級和高度的尾巨桉進行修枝處理，發現立木底部的單板質量總體高于上端，原因可能是高度對人工修枝結果產生影響。鑒于此，后續也需要對修枝工藝、工具進行一定的改進。另一方面，修枝也要掌握好時間、方法、頻率等一系列因素，過度修枝反而會適得其反，對桉樹造成不利影響，甚至引發桉樹腐爛等傷害。此外，延長桉樹的輪伐期，將采伐時間適當延長，也可降低節疤孔洞所占比例。

(2)開裂：羅建中等研究桉樹不同無性系單板價值時提出，減少原木應力釋放和提高旋切加工水平是減少原木開裂情況的兩大手段。如在鋸解木材時，使用鉆孔法先釋放立木中的生長應力；對原木進行預處理：包括汽蒸處理、微波加熱處理、浸泡處理等；在原木端頭用塑料盤密封、嵌入鐵環等方式來減少端裂；研發新型技術，申請專利，對桉木單板進行柔化和組坯處理，以有效減少單板的翹曲、變形等問題，緩解開裂情況。此外，速生豐產林的桉樹因為生長過快，較普通桉樹而言具有更大的生長應力，適當的延長林齡，可以在減少生長應力的同時，降低木材含水量，從而多方面減少開裂。

(3)皺縮：目前對于皺縮的處理主要有后期調濕處理、熱處理、加壓或拉伸處理、預凍處理四類。

①后期調濕處理：通過蒸汽調濕處理，讓已經皺縮的部分細胞恢復原狀或者接近原狀，使得木材的皺縮可以得到部分恢復。不同溫度和濕度條件下對皺縮恢復的程度也有一定的差別，即恢復程度會受干燥時的溫度影響，溫度越高，恢復程度越低。一般情況下，能恢復50%左右的皺縮。研究人員對王桉()使用汽蒸處理，發現不同含水率的木材皺縮均有明顯的恢復；任世奇等對鄧恩桉等干縮性進行研究時發現，調濕處理僅能緩解心材開裂，邊材開裂情況卻會加重。

②熱處理：在干燥過程中，溫度未達到皺縮臨界溫度時，細胞不會發生皺縮，所以可以使用低溫高濕的方法，避免溫度太高產生皺縮。陳太安等用熱水浸泡和蒸汽預處理對赤桉()進行研究發現，用80℃水溫對木材處理4 h能夠明顯改善其皺縮情況，或者在板材平均含水率18%時進行3 h的汽蒸處理，也能取得類似結果。采用氣干和室干的聯合方式也可較好的解決這一問題，如江澤慧等對桉木的研究取得了顯著的效果。

③加壓、拉伸處理：加壓后可減少皺縮現象的發生，但對皺縮恢復并無明顯作用，對木材的干燥特性也無顯著改善。拉伸是在外力作用下，使木材細胞得到恢復，從而減少皺縮。其原理主要是施加的外力作用阻止了木材細胞的收縮，從而減少總體皺縮情況。目前使用加壓拉伸處理方式的情況較少。

④預凍處理：預凍處理可以破壞細胞皺縮的形成條件：如在細胞腔內產生氣泡、使位于木材細胞壁的紋孔膜破裂等，以此降低木材皺縮和內部開裂,從而減少皺縮現象的發生。氣泡可以減小水分通過紋孔時產生的張力效應；紋孔膜破裂也會有助于水分傳導，從而減小毛細管張力，進而有效避免皺縮。也有研究結果表明預凍過程會增加細胞壁的彈性而減小皺縮。張耀麗等對尾巨桉進行預凍處理，發現其板材未見明顯皺縮，與對照組形成有效對比；楊琳等研究尾巨桉干燥特性時發現，預凍處理有利于木材在干燥時減少皺縮的產生。

1.2 加工過程的影響

原木需要經過砍伐、旋切、干燥等一系列加工流程才能成為用材單板。加工設備和工藝流程的選擇會顯著影響單板質量。不同的旋切條件，對單板的質量也會造成不同的影響。如旋切角度、研磨角度參數的調整：切削后角過大或過小均會影響刀尖，從而使得旋切過程出現問題，表現為單板厚度不均勻，加大單板厚度偏差，嚴重者還會導致木段彎曲甚至折斷；研磨角度過小會使得單板成波浪狀、不平整，角度過大也會導致背部裂隙的產生。加工設備的影響主要體現在單板厚度偏差和單板背面裂隙率兩方面。

(1)單板厚度偏差：單板厚度偏差是評價單板質量主要的指標之一，即單板實際厚度與機器設定厚度的偏離情況，可以用單板厚度變動系數來反映。實驗研究表明，木材密度越大、硬度越高、變異越大，旋切單板的厚度變動系數就越大，單板的質量也就越低。研究學者對尾葉桉()和尾巨桉進行不同厚度旋切對比發現，尾葉桉單板厚度變動系數小于尾巨桉，名義厚度為1.5 mm和2.5 mm時，尾葉桉單板厚度變動系數分別比尾巨桉小5.1%和10.1%，在適宜條件也能旋切出0.5 mm的薄型單板，且尾巨桉總體情況好于尾葉桉，但存在開裂情況嚴重、厚度不均勻等問題，從而降低了出材率。總體而言，使用1.5 mm的規格旋切尾葉桉是更為有利的選擇，而對不同桉樹木材旋切薄型單板的最佳厚度和質量分析等，還需進一步的分析和研究。

(2)單板背面裂隙率：背面裂隙是木段加工時在單板背面產生的細小裂縫。背面裂隙不僅是對木材表面的破壞，還會對單板及其復合板的整體力學性能產生不良影響。鮑甫成等指出，在木材材性上，單板背面裂隙率主要受木材的氣干密度和抗彎彈性模量影響，其中與抗彎彈性模量成正相關，相關系數為0.517 76，在0.01水平檢驗達到極顯著；與氣干密度亦成正相關，相關系數為0.403 89，在0.05水平上檢驗顯著。旋切板越厚，出現旋切板背面裂隙的概率也就越高。盧乾研究發現，木材厚度為1.7 mm時，尾葉桉單板背面裂隙發生概率比尾巨桉低18個百分點，而將厚度提升到2.2 mm后，尾葉桉背面裂隙發生的概率明顯提高，只比尾巨桉低5個百分點；葉忠華等的研究結果也佐證了單板背面裂隙率和單板厚度正相關這一結果。李偉光等人通過研究刨切單板發現，刨切單板時增加壓尺的壓縮量，可以在一定程度上減少背面裂隙的生成。

2 單板產量和質量

在實際生產加工的過程中，除了單板質量，單板產量也是各生產單位重點考量的因素。只有在保障單板產量的基礎上，提升單板的質量，對于木材加工行業才具有現實意義上的改良和提升。

單板產量通常用出材率來進行衡量，出材率越高，對應的木材產量也就越高。出材率的高低則主要受不同樹種生長情況的影響。

(1)樹種和徑級：桉木單板綜合出材率和原木徑級正相關，隨著原木徑級的增加而增加，最后趨于一個穩定的數值。因此，選用大徑級原木可以有效提高單板出材率。有學者對6類桉木單板進行研究發現，除尾巨桉以外，另外5類樹種的出材率都隨原木徑級增加而增加，徑級達到12 cm時即相對穩定，綜合出材率穩定在77%左右，其中粗皮桉最低，為72.12%，大花序桉最高，達到83.75%。而不同樹種之間出材率也有所差異，鄧恩桉和粗皮桉因為材質偏向脆和硬，在加工過程會產生一定程度的浪費，即產出質量等級偏低的廢板和碎板，從而對總體的出材率產生影響。

(2)彎曲度：原木彎曲度是影響出材率的重要因素，因為彎曲會對木材加工過程造成極大的影響，從而降低木材的出材率。羅建中等通過多維度對11個桉樹無性系進行研究分析，建立了對單板出材率影響因素的預測模型，式中表明，原木出材率受到木段彎曲度、尖削度、木材密度、應力波傳輸速度，以及端裂指數等多種因素影響。其中彎曲度是降低出材率的最主要因素，每增加1%彎曲度，出材率就會降低3.9%～10.5%。

(3)齡級：對4年生和6年生尾葉桉試驗林進行對比，發現不同齡級存在顯著差異，因為林齡較小，木材密度較低，加工過程中易被壓縮。4年生桉木木材在實際生產中，壓縮率相較6年生增加超過60%，從而降低出材率。

(4)加工設備的影響：不同加工設備對木材的出材率也存在一定的影響，有學者使用兩種不同規格的無卡軸旋切設備旋切尾巨桉，發現兩種設備的綜合出材率存在一定的差異。設備工作原理不同，對出材率的影響差別會更大，推廣新型數控無卡軸旋切設備對提高單板出材率有一定的幫助。

3 展望

如何進一步提高桉樹木材產量，提高單板質量和出材率，將是未來發展的一大重點。對此，提出以下幾點展望：

3.1 選育優良品種，改善單板缺陷

從研究現狀來看，樹種之間存在極大的差別，不同遺傳材料的單板質量存在顯著差異。對此，可從遺傳育種的角度出發，對桉木原材料進行研究，提高木材的質量，在基因層面上選育出質量優良的品種，改善單板的缺陷因子，使單板質量有所保證。

3.2 增強撫育管理，提高單板質量

現階段桉樹人工林的撫育管理總體較為粗放。加強撫育管理措施，做到及時修枝、適當延長齡級，保留大徑級木材等，在林木培育上注重管理，可以提高木材出材率和質量等級等。

3.3 優化加工工藝，革新裝備技術

目前桉木加工產業還不夠完善，許多生產車間還處于較為落后的狀態，存在設備老化、更新不及時等情況。對加工工藝進行優化，進行技術改造和升級，減少在加工流程中對原材料不必要的損耗，提高綜合利用率，進而提升對單板的利用。

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Research Status of Wood Quality of Rotary-peeledVeneer

LIU Luoxin, LUO Jianzhong, WANG Chubiao, LU Wanhong, LIN Yan, XING Xiaowen

()

At present, the domestic wood-based panel market is in the situation of a shortage of raw materials, with a large volume of wood needing to be imported every year. Veneer is the raw material for making plywood panels. Improving the quality of raw materials can give full play to the maximum value of wood and effectively reduce the demand for all resources.is an important species for providing wooden raw materials in China, and improving the quality of veneer obtained from such species will be beneficial to the whole industry. This paper to analyzes and studies the quality of rotary-peeledveneers. From the tree species level and considering different genetic material, this paper discusses factors affecting veneer quality so as to provide theoretical support for subsequent development of higher quality end-products. It also examine prospects for future improvement of eucalypt veneer quality through genetic improvement, strengthening silvicultural management and improving processing technology.

; veneer; veneer quality

S781.81

A

10.13987/j.cnki.askj.2021.03.012

廣東省林業科技創新項目“桉樹優良膠合板材雜交新品種選育與示范”(2021KJCX019)

劉羅新(1996— )，男，碩士，E-mail:295845662@qq.com

羅建中(1969— )，男，博士，研究員，主要從事林木遺傳育種研究，E-mail:969170789@qq.com