全 文 :第 33卷 第 2期 桉树科技 Vol.33 No.2
2016年 6月 EUCALYPT SCIENCE & TECHNOLOGY Jun.2016
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基金项目:广西林业科技项目(桂林科字[2013]第 1号);广西优良用材林资源培育重点实验室自主课题(14-A-02-03);广西林业科技项目(桂林
科字[2015]第 44号);基本科研业务费专项(林科 201414号) ;广西林业科技项目(桂林科字[2014]第 20号)
作者简介:刘媛(1981— ),女,硕士,工程师,从事木材科学与技术研究.E-mail:33168764@qq. com
*通讯作者:兰俊(1981— ),男,高级工程师,从事林木育种与栽培工作.E-mail:lanjun107@aliyun.com
大花序桉木材干燥特性研究
刘 媛 1,卢翠香 1,苏 勇 2,王建忠 2,兰 俊 2*,陈健波 1
(1. 广西林业科学研究院广西优良用材林资源培育重点实验室国家林业局中南速生材繁育实验室,广西南宁 530002;
2. 广西国有东门林场,广西扶绥 532108)
摘要:采用百度试验法研究 26 年生大花序桉木材的干燥特性。结果表明:大花序桉木材初期开裂严重,缺陷等
级达 4级;截面变形程度 2级;内部开裂程度中等,为 2级;干燥速度较慢,为 5级。根据木材干燥特性结果,
参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件,制定了 26年生大花序桉木材干燥基准。
关键词:百度试验法;大花序桉;干燥特性;干燥基准
中图分类号:S781.71 文献标识码:A
Drying Characteristics ofEucalyptuscloezianaWood
LIU Yuan1,LU Cui-xiang1, SU Yong2, WANG Jian-zhong2, LAN Jun2*,CHEN Jian-bo1
(1.Guangxi Forestry Research InstituteGuangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource
CultivationKey Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China,
Nanning 530002,Guangxi,China; 2.Guangxi Dongmen Forest Farm, Fusui532108, Guangxi, China)
Abstract: Drying characteristics of 26-year-old Eucalyptus cloezianawood were examined using the 100oC
test method. Results showed that in wood of E. cloeziana: initial checks were serious and categorized as
Grade 4; the degree of cross-section deformation was moderate and categorized as Grade 2; internal checks
were also moderate and categorized as Grade 2; drying was slow and categorized as Grade 1. Based on the
results obtained on the wood drying characteristics, a drying schedule for E. cloezianajuvenile wood
wasproposed based drying conditions necessary to minimize drying defects.
Key words:100oC test method; Eucalyptuscloeziana; drying characteristics; drying schedule
大花序桉(Eucalyptuscloeziana),即昆士兰桉,
为桃金娘科伞房属树种,自然分布于澳大利亚[1];
其木材呈黄褐色、结构均匀、纹理通直、硬度高、
耐久沉重、锯板性能优良,是重要的红木硬材树种,
广泛用于家具和建筑等[2]。我国1972年引种大花序
桉,其中广东、广西、四川、福建、海南等省区做
了引种试验[3]。中澳技术合作东门桉树示范林项目
(1982—1989),进行了树种/种源与施肥等试验,在
大花序桉的种源试验和种源、家系试验方面做了探
索性工作。广西林业科学研究院于2003年从澳大利
亚引进大花序桉种子,在钦州和玉林两地建立了100
多个家系的试验林[4-5]。大花序桉是广西引种栽培的
重要树种,被作为中大径材培育研究的对象。目前
国内对大花序桉木材加工利用方面的研究非常有
限,因此开展大花序桉干燥技术研究,已成为广西
发展桉树中大径材用材树种的当务之急。本文以大
花序桉木材为研究对象,对其干燥特性进行研究和
分析,初步预测了大花序桉木材的干燥基准,为桉
树中大径材的实木利用干燥工艺方面提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料采自广西东门林场 1989 年建立的大
花序桉种源试验林,该试验地位于东门林场雷卡分
场 9林班,共有 11个种源参试,其中 10个澳大利
亚种源,1个东门林场种源(卡特威尔 B47种批的驯
化种)。采集方法参照国家标准GB /T1927―2009《木
DOI:10.13987/j.cnki.askj.2016.02.008
40 桉 树 科 技 第 33卷
材物理力学试材采集方法》[6],挑选 5 株样木,样
木基本情况见表 1。
表 1样木基本情况
株号 胸径/cm 树高/m 树龄/a
1 30.5 30.2 26
2 25.5 21.2 26
3 29.7 25.8 26
4 24.7 22.0 26
5 24.6 19.2 26
平均值 23.7 27.0 26
参照百度试验法[7]加工试件,试验试材中选择
标准的弦切板,锯取长宽厚规格为 200mm×100
mm×20mm 标准试件,以试材中间部位截取试件,
四面刨光,取无可见缺陷、材色正常的中心板共计
10块。
1.2 方法
参照文献[7-8]的百度试验法进行。紧靠试件两
端截取两片顺纹厚度 10 ~ 12mm的初含水率试片,
烘干法测定试件初含水率。标准试件测量和称重,
沿木材纹理方向,横立于 100℃恒温干燥箱内烘干。
初期每隔 1h称量试件的变化,当标准试件表面的裂
纹不再增加并开始愈合,每隔 2 h观察;当裂纹不
再愈合,时隔 6 h观察;待前后两次称重的质量差
不超过 0.02 g,即试件达到绝干状态,停止干燥,
试验结束。根据百度试验法干燥特性分级标准(表
2),对干燥缺陷进行评定等。
表 2 百度试验干燥特性分级标准
等级 初期开裂/条 內裂/条 截面变形/mm 扭曲/mm 干燥时间/h
1 无或仅有端面裂纹 无 ≤0.5 ≤0.5 ≤10
2 短端表裂 细裂≤4;宽裂≤1 0.6~1.0 0.6~3.0 11~15
3 长端表裂或劈裂、或短细表裂≤10 宽裂2~4;或细裂5~9;
宽裂 1~2 且细裂 5~9
1.1~2.0 3.1~6.0 16~20
4 短端表裂>10;
长细表裂、宽表裂≤5
宽裂5~8;细裂10~15;
宽裂 2~4 且细裂 5~9
2.1~3.5 6.1~9.0 21~30
5 长细表裂>5;
宽表裂>5
宽裂≥8;细裂≥15;
宽裂 5~8 且细裂≥10
≥3.6 ≥9.1 ≥31
注:裂纹长度≤5 cm者为短,>5 cm者为长;宽度≤2 mm者为细,>2 mm者为宽;内裂同此规定。
2 结果与分析
2.1木材干燥特性分析
2.1.1初期开裂
木材干燥初期,由于木材表面水分蒸发速度远
大于木材内部的水分移动速度,因此木材表面先于
木材内部发生干缩,使木材表面承受应拉力,当应
拉力大于木材横纹抗拉强度时,木材表面发生开裂。
若裂纹不太严重,在干燥中后期可以闭合[9]。试验
结果表明,大花序桉木材初期开裂严重,表现为端
表裂、表裂和贯通裂。干燥初期0.5h时,试件均出
现端表裂和表裂,随着干燥时间的增加,含水率逐
渐降低,裂纹长度及宽度逐渐增大,裂纹数量逐渐
增多。6h左右,初期开裂达到最大值,紧随其后,
初期开裂程度趋于稳定,部分裂纹开始愈合。根据
干燥缺陷及干燥速度分级标准判定,其初期开裂等
级为4级。
2.1.2内部开裂
干燥过程中,木材表面硬化严重,木材内部所
受的拉应力大于木材的横纹抗拉强度,容易发生内
裂[9]。内裂是开裂缺陷中较为严重的一种,主要起
因于干燥引起的表明硬化和干燥应力,一般发生在
干燥后期[10]。内裂程度与末期湿度关系较小,与干
燥初期温、湿度及末期温度关系较大[7]。本试验干
燥时间为81h,弦切板内部开裂发生在干燥末期,将
试样从中间锯开观测,一半以上弦切板产生了内裂,
最严重的细裂达5条,根据百度试验法干燥缺陷及干
燥速度分级标准判定,综合其等级为2级。为了减少
内裂的产生,要控制好干燥末期的干燥温度和后期
的干燥条件,避免由严重的表裂向内部延伸而引起
的内裂。
2.1.3截面变形
在干燥过程中由于木材水分移动太快所产生
第 2期 (总第 97期) 刘媛,等:大花序桉木材干燥特性研究 41
的毛细管张力和干燥应力使细胞溃陷而引起木材收
缩,产生截面变形[10]。干燥结束后,从试样长度方
向的中央部位锯开后观测,标准试件的截面变形严
重,均出现皱缩现象,试样弦切板截面变形值为0.02
~ 2.10 mm,平均值为0.57 mm,综合评价其截面变
形等级为2级。截面变形与末期湿度关系较小,与干
燥初期温、湿度关系较大[7],因此在干燥过程中,
调整干燥初温、湿度,可以减少截面变形。
2.1.4翘曲变形
在干燥过程中,由于皱缩的不均匀性,试件产
生翘曲变形,包括顺弯、瓦弯和扭曲等[11]。百度试
验结果表明(表 3),大花序桉木材弯曲变形中无顺弯、
瓦弯变形,横弯、扭曲值均值分别为 2.07mm、
1.02mm,上述 4 种变形等级分别为 1 级、1 级、2
级、2级,其中横弯变形最严重。
2.1.5 等级评定
根据试验数据对试样干燥缺陷进行统计(表 3),
参照百度试验干燥特性分级标准,评定大花序桉木
材的初期开裂、截面变形、内部开裂的缺陷等级分
别为 4级、2级、2级(表 4)。
对试验数据进行整理和计算,大花序桉木材干
燥特性结果见表 4。
表 3大花序桉木材干燥特性
编号 初期开裂 内裂 截面变形/mm
顺弯
/mm
瓦弯
/mm
横弯
/mm
扭曲
/mm
1
短端表裂 3条,长细表裂 1条,短
细表裂 4条
细裂
4条 0.04
0.00 0.00
1.70 0.58
2 短端表裂 10条,短细表裂 39条 无 0.06 0.00 0.00 2.11 0.62
3
长端表裂 1条,短端表裂 4条,短
细表裂 14条
细裂
5条 0.66
0.00 0.00
2.24 0.59
4
短端表裂 8条,长细表裂 1条,短
细表裂 14条
细裂
2条 0.62
0.00 0.00
1.32 0.66
5
短端表裂 16条,长细表裂 1条,短
细表裂 20条 无 0.02
0.00 0.00
1.60 2.90
6
长端表裂 1条,短端表裂 17条,长
细表裂 1条,短细表裂 46条 无 0.04
0.00 0.00
2.25 1.90
7
短端表裂 5条,长细表裂 1条,短
细表裂 26条
细裂
1条 0.40
0.00 0.00
2.59 1.39
8
短端表裂 15条,长细表裂 1条,短
细表裂 38条 无 0.64
0.00 0.00
1.54 0.35
9 短端表裂 4条,短细表裂 14条 细裂
3条 2.10
0.00 0.00
2.47 0.56
10 短端表裂 5条,短细表裂 5条 细裂
4条 1.14
0.00 0.00
2.88 0.70
综合 0.57 0.00 0.00 2.07 1.02
表 4大花序桉木材干燥特性等级
编号 初期开裂等级 内裂等级 截面变形等级
1 3 2 1
2 4 1 1
3 4 3 2
4 4 2 2
5 4 1 1
6 4 1 1
7 4 2 1
8 4 1 2
9 4 2 4
10 3 2 3
综合 4 2 2
0
10
20
30
40
50
60
0 1 3 5 7 9 13 17 21 25 33 39 51 63 75
含
水
率
/%
时间/h
42 桉 树 科 技 第 33卷
图 1大花序桉木材干燥过程中含水率曲线
2.1.6干燥速度
图 1 为 26 年生大花序桉木材干燥过程中含水
率变化曲线。弦切板初始含水率平均值为 56.32%,
干燥结束时含水率平均值为 1.09%,全程干燥用时
81h,平均干燥速度 0.68%·h-1。试材含水率从初始
值干燥至约 30%时用时 5h,其平均干燥速度为
5.26%·h-1;含水率由 30%降至 5%时用时 46h,平均
干燥速度为 0.55%·h-1,随着含水率降低,干燥速度
减慢。干燥速度评定根据百度试验中试材含水率由
30%降至 5%时所需要的时间。依据百度试验法干燥
缺陷及干燥速度分级标准,大花序桉木材干燥速度
评定为 5级,干燥速度较慢,属难干类木材。
2.1.7干缩特性
大花序桉木材的干燥特性统计见表5。从表中
数据看出,大花序桉的体积、弦向和径向干缩率较
大,纵向干缩较小。大花序桉木材差异干缩值为
0.576,属于差异干缩小。统计结果显示大花序桉的
平均径向干缩率大于其弦向干缩率,这主要是由于
试件尺寸影响造成的[12]。
表 5大花序桉木材干缩特性
干缩率/% 差异
干缩
干缩系数/%
弦向 径向 纵向 体积 弦向 径向 纵向 体积
6.018 10.453 0.406 16.202 0.576 0.238 0.413 0.016 0.641
2.2木材干燥时间估算
木材干燥时间根据文献[8]估算,即根据初期干
湿球温度差和试件干燥过程中由初含水率降至 1%
所需的时间两个条件查询干燥时间,取两者平均值
所得。本试验初期干湿球温度差 2℃,含水率降至
1%用时 81 h,查得相对应的干燥时间分别为 20.5和
21 d。两者平均值为 20.75 d,即得厚度为 25~ 30 mm
的大花序桉板材窑干至含水率 10%所需时间,即
20.75 d。
2.3干燥基准的编制
通过 100℃试验获得了大花序桉木材 3 种缺陷
的等级程度(表 4),对照百度实验法所列预制对应的
干燥条件[7],获得 26年生大花序桉木材干燥基准的
基本条件(表 6),即:干燥初期温度为 50℃,干燥
初期干湿球温差为 2~ 3℃,干燥末期温度为 80℃。
经计算,试件初含水率为 56.32%,参照国家林业行
业标准 LY/T1068-92《锯材窑干工艺规程》[13]含水
率与干湿球温度差关系表,制定了 26年生大花序桉
木材的干燥基准(表 7)。
表 6大花序桉木材干燥基本条件 ℃
缺陷名称 等级 干燥初期温度
初期干湿
球温度差
干燥末期
温度
初期开裂 4 50 2~3 80
截面变形 2 70 4~7 90
内部开裂 2 70 4~7 85
表 7大花序桉木材干燥基准
干燥
阶段
含水率
/%
干球温
度/℃
干湿球温
度差/℃
干燥时
间/d
1 >50 50 2
20.75
2 50~35 52 2
3 35~30 55 3
4 30~25 60 5
5 25~20 65 8
6 20~15 75 18
7 15~10 80 25
8 <10 80 25
3 结论与讨论
大花序桉木材干燥初期开裂严重,缺陷等级达
4 级,为防止初期开裂严重,干燥初期初始温度不
能高,为 50℃,干湿球温度差不能太大,温差 2 ~ 3℃;
截面变形程度为 2级;内部开裂缺陷等级为 2级,
为避免扭曲变形,终期温度亦不能太高,为 80℃。
大花序桉木材干燥速度评定为 5级,干燥速度较
慢,属难干类木材。木材体积、弦向和径向干缩率较
大,纵向干缩较小,但弦向干缩与径向干缩的比值差
异干缩值为 0.576,属差异干缩小。卢翠香等[14]认为
22年生邓恩桉木材属难干类木材,刘元等[15]和王喜
第 2期 (总第 97期) 刘媛,等:大花序桉木材干燥特性研究 43
明等[16]研究表明桉树木材属难干燥类木材,与本研
究结论一致;但是刁海林等[17]认为 9年生巨尾桉木
材属易干燥木材,刘媛等[18]认为 5年生尾巨桉幼龄
材容易干燥,说明桉树木材的干燥特性在不同树种
和不同林龄间存在着较大的差异。
根据试验结果,初步预测了 25~ 30 mm厚 26
年生大花序桉木材的干燥基准。桉树在干燥过程中
容易发生皱缩和开裂,在生产过程中需根据实际情
况调整和优化干燥工艺。
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