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龙竹干燥特性初步研究



全 文 :西北林学院学报  2004, 19( 2): 107~ 111
Journal of No r thw est Fo r estry Univ e rsity

龙竹干燥特性初步研究
孙照斌 1, 2 , 顾炼百1
( 1. 南京林业大学木材工业学院 ,江苏 南京 210037; 2. 西南林学院 木质科学与装饰工程学院 ,云南昆明 650224)
摘要:对云南典型的材用丛生竹——龙竹 ( Dendrocalamus giganteus )的干燥特性进行研究。
比较了 100℃和 60℃温度下竹材干燥速度、干缩率、变形情况以及竹材在纵向、径向、弦向 3个
方向上干燥速度的大小。结果表明: 高温干燥较低温干燥干燥速度快 ,但竹材干缩率较大 ,变形
较大。 无节部位径向干缩率大于弦向干缩率 ;节子部位径向干缩率小于弦向干缩率 ;相同方向
上 ,节子部位干缩率小于无节部位干缩率。无节试件纵向干燥速度较弦向和径向快 ,而有节试
件径向干燥速度较纵向和弦向快。
关键词:龙竹 ;干燥特性 ;干燥速度 ;干缩率 ;变形
中图分类号: S781. 71    文献标识码: A    文章编号: 1001-7461( 2004) 02-0107-05
Preliminary Study on Drying Properties of Dendrocalamus giganteus
SUN Zhao-bin
1, 2 ,  GU Lian-bai1
( 1. Col lege of Wood Science and Technology , N anjing Forestr y Universi ty , Nanj ing , Jiang su 210037, Ch ina;
2. The Facu lty of Wood and Interior Decoration , Southwest Forest ry College, Kunm ing , Yunnan 650224,China )
Abstract: In this paper, the drying properties of Dendrocalamus giganteus , a typical sympodial bamboo in
Yunnan prov ince, were studied. The drying rate, sh rinkage ra te and defo rmation of bamboo timber at
100℃ and 60℃ with kno ts o r wi thout kno ts w ere compared respectiv ely. The result show ed that drying
ra te, shrinkage rate and deforma tion of bamboo timber at the higher tempera ture w ere bigg er than that at
the low er temperature. The sh rinkage rate of the kno tless section of bamboo timber w as bigg er in the radi-
al direction than those in the tangential direction. On the contrary , the sh rinkage ra te o f the knot section
w as smaller in the radial di rection than that in the tangential direction . In the same direction, the sh rink-
age rate of the knot section w as smaller than tha t of the kno t less section . The drying rate o f bamboo tim-
ber wi thout kno t was big ger in the longi tudinal di rection than that in tangential di rection and the radial di-
rection wi thin uni t time, how ever, The drying rate of bamboo timber wi th kno ts was bigg er in the radial di-
rection than tha t in longi tudinal di rection and tangential di rection.
Key words: Dendrocalamus giganteus; drying properties; drying ra te ; shrinkage rate; deforma tion
  竹材是我国重要的速生、可再生资源之一 ,具有
生长快、成材早、产量高 ,一次造林可长期使用的特
点。与木材相比 ,竹材具有强度高、弹性好、硬度大的
优点 ,长期以来一直是我国和世界其它产竹国及地
区重要的建筑材料、装饰材料和生活材料 [1 ]。
现有的竹地板、车厢底板等多种竹产品都是以
毛竹为原料 ,由于过度地依赖毛竹 ,使得毛竹原料的
价格居高不下 ,从而在一定程度上制约了竹产业的
发展。除了毛竹以外 ,全国各地仍有许多其他优良的
材用竹种没有得到很好的开发 ,特别是许多大径级
收稿日期: 2003-10-17
基金项目:云南省教育厅应用基础研究项目“竹材干燥工艺及干燥机理研究” ( 02ZD050)
作者简介:孙照斌 ( 1967-) ,男 ,安徽巢湖人 ,副教授 ,南京林业大学木材干燥方向博士生 ,主要从事木材干燥理论与工艺方面教学和科研
工作。
的 丛 生 竹 , 如 刺 竹 属 ( Bambusa ) 和 牡 竹 属
(Dendrocalamus )的竹种。丛生竹生物量和竹纤维
的质量、性状并不亚于毛竹 ,且它们成熟年限短 ,将
这些生长迅速、生物量大的丛生竹用于造纸或生产
人造板等有着十分良好的前景 [ 2]。
龙竹 (Dendrocalamus gigangteus )是产于我国
云南东南部的一种大型丛生竹种 ,秆高约 25 m,直
径 11~ 18 cm,节间长 40~ 50 cm。龙竹在云南省热
带地区栽培最为广泛 ,生长量较大 ,适合于建筑材料
和家具材料等 ,用其加工的竹地板性能优良 [3 ]。
竹材干燥是竹材工业化利用不可缺少的一个重
要环节。由于竹材本身各向异性的特点以及其固有
的节间组织 ,如干燥不好会造成皱缩等缺陷发生。近
年来对竹材干燥特征的研究不多 ,研究的焦点主要
集中于干燥方式的选用及干燥参数的确定 ,国内外
竹材干燥方面的研究报道目前较少 [ 4~ 8]。
为了制订竹材合理的干燥工艺参数和探讨竹材
干燥机理 ,首先必须对竹材干燥特性进行深入研究 ,
了解竹材干燥中可能出现的干燥缺陷 ,以此为依据 ,
初步制订出竹材的干燥基准 ,在反复试验和验证的
基础上 ,得到合理的干燥工艺 ,从而为生产实践服
务。
1 材料与方法
1. 1 材料
龙竹购自昆明市竹材市场 (产于云南思茅地
区 ) ,为新采伐鲜竹 ,长度 20 m以上 ,胸径 15 cm左
右 ,带竹青竹黄的竹壁厚 15~ 40 mm,选取从根部
0. 5~ 3. 0 m段竹子为试验用材。手工将竹筒劈为长
度为 0. 8 m,宽度 20~ 30 mm的竹片 ,竹片浸泡于
水池中贮存备用。
试验时将竹片从水池取出稍晾干 ,然后用平刨
除去竹青竹黄 ,用锯机把竹片加工成规格为 150
mm(长度 )× 25 mm(宽度 )× 10~ 15 mm(厚度 )的
试材。
1. 2 试验方法
试材放入烘箱前 ,先划线确定测量点 ,然后定点
测量竹片的长、宽、厚尺寸并用天平称重。 试材放入
烘箱进行干燥 ,每隔一定时间取出试材定点测量其
长、宽、厚尺寸并称重 ,详细记录数据 ,待试验完成后
处理数据。
1. 2. 1  100℃干燥特性试验  A组:竹片未处理 ; B
组:竹片经 100℃水煮 3 h; C组:竹片经 100℃汽蒸
3 h; D组: 未处理有青黄竹片未处理。
1. 2. 2 不同方向干燥速度试验 将某一方向 2个
面留出排水 ,用硅胶封涂其余面。
1. 2. 3 分阶段干燥特性试验 将未处理竹片从 60
℃开始干燥 2 d,然后升温至 80℃干燥 1 d,再升温
至 100℃干燥至绝干。
1. 2. 4  60℃干燥特性试验  A组: 竹片经 100℃
水煮 3 h; B组:竹片经 100℃汽蒸 3 h; C组: 竹片未
处理。
1. 2. 5 分阶段干燥特性试验 未处理竹片从 60℃
开始干燥 ,然后升温至 80℃ ,再升温至 100℃ ,考察
竹片的变形情况。
1. 3 试验仪器
烘箱、电子天平、电子卡尺 ( 0. 01 mm)、百分表
( 0. 01 mm)。
2 结果与分析
2. 1 竹材构造对干缩率的影响
从表 1和表 2中可以看出 , A组、 B组和 C组的
干缩率表现为 ,无节部位: 弦向干缩率 <径向干缩
率 ;节子部位: 弦向干缩率> 径向干缩率 (与无节部
位显著不同 ) ;节子部位弦向干缩率 <无节部位弦向
干缩率 ;节子部位径向干缩率 <无节部位径向干缩
率 (差异显著 ) ,此结论与王建和 [8 ]所做毛竹试验结
论不同 ,其结论为节子部位干缩率小于无节部位干
缩率 ;节子部位差异干缩值大于无节部位差异干缩
值。从竹材构造看 ,竹子节部的解剖构造比节间的秆
壁复杂得多 ,其最显著的不同是维管束在节部发生
弯曲、交叉、相互连接等 ,大多数秆壁中的纵向维管
束直接穿过节部 ,秆壁内层的维管束变粗 ,而且明显
向内弯曲 ,同样发生分叉进入节隔 ,最终与节隔另一
侧的维管束相连接 [3, 9 ]。
节部维管束周围的纤维组织的数量显著较少 ,
而且维管束内木质部与韧皮部的位置也由于维管束
的扭曲而发生各种变化。 节部的导管和纤维随维管
束的交叉发生分叉 ,且基本组织的细胞形态随之弯
曲和不规则。所以节部的干缩率小于节间干缩率 ,节
部径向干缩率小于弦向干缩率。
竹秆节间所有细胞如同其他单子叶植物—样 ,
都是纵向排列 ,不存在类似于双子叶植物和裸子植
物茎干那样的径向排列的射线细胞组织 ,因而节间
径向干缩率大于弦向干缩率。
表 1中 D组内试验结果表明 ,在弦向 ,竹青干
缩率 <竹黄干缩率 ,且径向和弦向干缩率差异较大。
从竹材构造看竹青是无维管束分布的细胞 ,而竹黄
108 西北林学院学报 19卷
亦无维管束分布 ,靠竹青侧的竹肉层维管束密集 ,而
竹黄侧的竹肉层维管束相对疏松、密度小 ,受其影
响 ,使竹青干缩率小于竹黄干缩率。
表 1  龙竹 100℃干燥特性
Table 1  Drying charac ter o f Dendrocalamus gig anteus a t 100℃
组别 试件 试件含水率 /% 无节部位干缩率 /%弦向 径向 差异干缩
有节部位干缩率 /%
弦向 径向 差异干缩
干燥速度 /%· h- 1
前 6 h 后 8 h
A
无青黄无节
无青黄有节
23. 99 12. 32 31. 04 0. 40
绝干时 (0) 14. 83 33. 53 0. 38
27. 75 9. 19 19. 9 0. 46 8. 25 5. 97 1. 38
绝干时 ( 0)平均 12. 54 29. 91 0. 42 10. 77 8. 26 1. 30
17. 48 2. 05
15. 31 1. 32
B
无青黄无节
无青黄有节
28. 88 12. 1 29. 7 0. 40
绝干时 (0) 14. 44 41. 78 0. 35
30. 15 7. 32 19. 82 0. 37 7. 62 3. 98 1. 91
绝干时 ( 0)平均 8. 23 30. 98 0. 72 12. 03 9. 22 1. 30
23. 71 3. 17
17. 31 2. 45
C
无青黄无节
无青黄有节
29. 43 10. 03 27. 99 0. 36
绝干时 (0) 16. 45 38. 71 0. 42
26. 29 8. 69 22. 84 0. 38 8. 11 5. 48 1. 48
绝干时 (0) 11. 06 29. 94 0. 37 10. 79 7. 23 1. 49
23. 27 2. 62
15. 7 1. 20
D
有青黄无节   31. 21 6. 13 21. 35 0. 29 12. 37 3. 86
有青黄有节   29. 08 7. 59 24. 67 0. 31 13. 32 4. 09
表 2  龙竹 60℃干燥特性
Table 2  Drying char acter o f Dendrocalamus g ig anteus a t 60℃
组别 试件 试件含水率 /% 无节部位干缩率 /%弦向 径向 差异干缩
有节部位干缩率 /%
弦向 径向 差异干缩
干燥速度 /%· h- 1
前 6 h 后 8 h
A
无青黄无节
无青黄有节
30. 43 16. 63 39. 62 0. 42
绝干时 (0) 17. 88 41. 79 0. 43
28. 62 8. 28 19. 71 0. 42 6. 74 1. 72 3. 92
绝干时 ( 0)平均 9. 97 23. 46 0. 42 9. 68 3. 96 2. 44
7. 72 1. 01
5. 67 0. 72
B
无青黄无节
无青黄有节
29. 71 12. 59 28. 21 0. 45
绝干时 (0) 15. 08 30. 97 0. 49
28. 23 4. 58 9. 67 0. 47 5. 68 0. 75 7. 57
绝干时 ( 0)平均 8. 96 17. 87 0. 60 10. 09 4. 00 2. 45
6. 08 0. 82
4. 85 0. 63
C
无青黄无节
无青黄有节
30. 35 9. 22 21. 34 0. 43
绝干时 (0) 10. 49 23. 35 0. 45
30. 69 6. 36 14. 89 0. 43 5. 62 2. 06 2. 73
绝干时 (0) 8. 91 18. 05 0. 49 8. 60 4. 96 1. 73
5. 22 0. 97
4. 99 0. 81
2. 2 竹材构造对干燥速度的影响
表 1中 , A组、 B组和 C组的有节竹片干燥速度
小于无节竹片 ; D组中有竹青和竹黄的竹片干燥速
度小于无竹青无竹黄的竹片。
从表 3中可以看出:
( 1)无节试件的干燥速度: 纵向> 弦向> 径向 ,
纵向干燥速度约为径向干燥速度的 1. 5倍 ;有节试
件的干燥速度:径向> 纵向> 弦向。
( 2)竹片前期 (含水率 40%以上 )干燥速度快 ,
后期 (含水率 40%以下 )干燥速度慢 ,前期干燥速度
约为后期干燥速度的 2倍以上。
( 3)在同一方向上留面排水 ,相同干燥时间内 ,
在纵向和弦向 ,有节试件平均干燥速度小于无节试
件干燥速度 ;而在径向 ,有节试件平均干燥速度大于
无节试件干燥速度。
从竹材构造看 ,竹青是无维管束分布的细胞 ,表
面附有蜡质 ,妨碍水分从内向外移动 ;而竹黄亦无维
管束分布 ,由数层至 10余层高度木质化的石细胞组
成 ,厚度约 0. 3~ 1. 0 cm ,细胞排列紧密 ,硬度大 ,因
而也不利于水分排除 [3 ]。 故含竹青竹黄的竹片干燥
速度慢。
竹子节部维管束的反复分叉和相连 ,以及筛管
侧壁上大量筛域的存在 ,使竹子体内物质 (水分 )的
横向运输能在节部进行 ,即在节子部位 ,横向移动通
道占多数 ,纵向移动通道占少数 ,所以相同干燥时间
内 ,在径向有节试件平均干燥速度大于无节试件干
109第 2期 孙照斌等 龙竹干燥特性初步研究
燥速度 ,而在纵向和弦向 ,有节试件平均干燥速度小 于无节试件干燥速度。
表 3  不同方向上 100℃时的干燥速度
Table 3  The drying ra te in different dir ection a t 100℃
历时 /h 含水率 /% 径向干燥速度 /%· h- 1无节试件 有节试件
弦向干燥速度 /%· h- 1
无节试件 有节试件
纵向干燥速度 /%· h- 1
无节试件 有节试件
0~ 4(前 4 h) 100以上~ 40 9. 93 15. 82 13. 79 11. 8 14. 14 13. 70
4~ 9(后 5 h) 40~ 10 3. 82 7. 73 4. 94 5. 31 5. 73 6. 12
2. 3 处理方式对干燥速度及干缩率的影响
表 1和表 2中 , 2种温度不同处理方式结果表
明 ,干燥速度:水煮试件> 汽蒸试件> 未处理试件 ;
干缩率:水煮试件> 汽蒸试件> 未处理试件 ;弦向 /
径向差异干缩较大 ,为 0. 40左右。
竹材的冷水抽提物 [ 3]主要成分是单糖、低聚糖
和少量单宁、氨基酸及水溶性色素、生物碱和无机
盐 ,是强极性、亲水性的低分子化合物。竹材冷水抽
提物含量多为 5%~ 8% ,约为针叶木材平均值的 3
倍、阔叶木材的 2倍 ,与草材相近 (稻草 6. 85% ,麦
草 5. 36% )。 竹材热水抽提物 [3 ]主要成分除包含冷
水抽出物 (且含量更多 )外 ,还含有淀粉、树胶等多糖
类 ,属亲水性物质。 竹材热水抽出物含量为 6%~
10% ,约为木材平均值的 2倍。
竹材经过水热处理 (水煮、汽蒸 )后 ,竹材的冷水
抽提物和热水抽提物大部分溶出 ,使纵横向水分渗
透性提高 ,竹材内部空隙增加 ,水分移动通路更畅
通 ,水分移动更容易 ,因而干燥速度加快 ;同时 ,竹材
经过水热处理后 ,淀粉、树胶等阻碍竹材收缩的内含
物大量排出 ,竹材收缩加剧 ,故竹材经过水热处理后
干缩率变大。水煮处理与汽蒸处理相比较 ,水煮处理
能使竹材内含物更容易溶出 ,所以经水煮处理后 ,干
燥速度较汽蒸处理的竹片快 ,干缩率较汽蒸处理的
竹片大。
2. 4 干燥温度对干燥速度和干缩率的影响
从表 1和表 2可以看出 ,相同处理方式的竹片 ,
在 100℃和 60℃干燥时 ,干燥速度和干缩率显著不
同。 未处理无节试件 (表 1中 A组 ,表 2中 C组 ) ,
100℃干燥时从初含水率 150%干燥至 30%含水率
需 6 h左右 ,而 60℃干燥时需 21 h;初含水率为
159%的竹片从 60℃开始干燥 , 2 d后其径向干缩率
和弦向干缩率分别为 7. 45%和 5. 90% , 80℃干燥 1
d后 ,其径向干缩率和弦向干缩率分别为 8. 10%和
4. 64% ,再升温至 100℃干燥 1 d,干燥结束后其径
向干缩率和弦向干缩率分别为 12. 07%和 5. 54%。
100℃干燥试验后期 ,大部分竹片在弦向竹青侧内凹
严重 ,个别竹片在弦向和径向 4个面都出现内凹 ,为
皱缩现象。而 60℃干燥时干燥变形较 100℃干燥变
形小 ,皱缩现象较轻微。 比较表 1和表 2,从中可以
看出 ,竹片经分阶段干燥后 ,其径向干缩率和弦向干
缩率较直接干燥后径向干缩率和弦向干缩率数值要
小 ,而且分阶段干燥后未发现竹片有皱缩变形现象。
竹材高温干燥 ( 100℃ )较低温 ( 60℃ )或分阶段
干燥 ,其干燥速度快、变形大 ,且易发生皱缩现象。原
因在于高温干燥时竹材内部水分移动太快 ,所产生
的毛细管张力使竹材细胞溃陷 ,引起竹材发生不正
常和不规则的收缩即皱缩。皱缩的原因通常认为是
干燥初期由于干燥温度高 ,自由水移动速度快而产
生的 ;而低温或分阶段从低温到高温干燥 ,竹材内部
水分缓慢排出 ,竹材逐步干缩 ,故不会发生皱缩现象
且变形较小。关于竹材高温下干燥皱缩的产生和发
展机理有待进一步研究。
2. 5 竹片差异干缩与开裂
木材干燥过程中 ,若木材弦向与径向间的差异
干缩差异较大 ,则木材易发生开裂现象 ,木材由于木
射线的径向抑制 ,一般是弦向干缩大于径向干缩。表
1和表 2表明 ,龙竹干燥过程中径向干缩大于弦向
干缩 ,且径向干缩一般比弦向干缩大 1倍以上 ,但竹
片发生未开裂现象。 由于竹秆节间所有细胞都是纵
向排列 ,不存在类似于木材那样的径向排列的射线
细胞组织 ,因而节间径向干缩率大于其弦向干缩率。
同时 ,竹片厚度小 (一般 10~ 15 mm) ,厚度方向上
的含水率梯度很小 ,加之竹片宽度较窄 ,所以尽管竹
片弦向与径向间的差异干缩较大 ,竹片在 100℃下
干燥亦不会发生开裂现象。
3 结论
( 1)高温干燥与低温干燥相比 ,干燥速度快 ,但
干缩率大 ,变形也较大 ;竹片分阶段干燥较 100℃直
接干燥的干缩率小 ,且无皱缩变形现象。
( 2)无竹青竹黄的竹片干燥速度大于有竹青竹
黄的竹片干燥速度 ;带节竹片干燥速度小于无节竹
片干燥速度。
( 3)无节部位弦向干缩率小于径向干缩率 ,而
弦向干缩率远大于节子部位的径向干缩率 ;节子部
位弦向和径向干缩率都小于无节部位的弦向和径向
110 西北林学院学报 19卷
干缩率。
( 4)竹材 3个方向干燥速度相比较 ,无节试件:
纵向大于弦向和径向 ;有节试件:径向大于纵向和弦
向。
( 5)水热处理竹片与未处理竹片相比较 ,水热
处理竹片干燥速度大于未处理竹片干燥速度 ,但干
缩率亦大于未处理竹片。
( 6)竹片径向干缩率和弦向干缩率差异较大 ,
但不会发生开裂现象。
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(上接第 17页 )
欠水年 ,在 1. 5、 1. 0和 0. 5倍供水处理时 ,油松、侧
柏、刺槐的水分利用效率分别提高 36. 8%、 35. 3%、
31. 0% , 35. 4% 、 32. 2% 、 22. 8%和 43. 6%、 26. 9%、
16. 5% 。
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