全 文 ：龙竹竹材的微波干燥特性研究
孙照斌 1, 袁 哲 2, 强明礼 2, 杨 燕 2
(1.河北农业大学林学院,河北 保定071000;2.西南林学院木质科学与装饰工程学院,云南 昆明 650224)
摘 要:对龙竹竹材在微波干燥下的干燥特性进行了研究。结果表明:微波功率和竹材构造对干燥特性有显著
影响;竹材径向干缩率大于弦向干缩率;纵向干燥速度大于弦向和径向;竹材水分排除主要沿纵向,其次为弦向;竹
材试件尺寸大小对竹材干缩率没有影响,试件长度对干燥速度有较显著影响。
关键词:龙竹;微波干燥;干燥特性
中图分类号:S782.31文献标识码:Ａ 文章编号:1001-4462(2006)04-0009-04
Study on Drying Properties of Dendrocalamus Giganteus Using
Microwave Drying
SUN Zhao-bin1, YUAN Zhe2, QIANG Ming-li2, YANG Yan2
(1. Forestry College, Agricultural University of Hebei, Hebei Baoding 071000, China;2. The Faculty of Wood Science and
Interior Decoration, Southwest ForestryCollege, Yunnan Kunming650224, China)
Abstract:In this paper, drying properties of dendrocalamus giganteus were studied using microwave drying. The
result shows: the power used and bamboostructure had distinct effect on drying properties; the shrinkage rate ofbamboo
timber is bigger in the radial direction than that in the tangential direction; the dryingrate ofbambootimber is bigger in
the longitudinal direction than that in tangential direction and the radial direction within unit time; that water was mainly
expelled from bamboo timber along the longitudinal direction, next along tangential direction; the dimension of sample
had noeffect on the shrinkage rate ofthe ofbambootimber, thus the length ofsample had important effect on the rate.
Key words:dendrocalamus giganteus;microwave drying; dryingproperties
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,如干燥不好势必造成皱缩等各种缺陷产生。近
年来对竹材干燥特征的研究不多,研究的焦点也主要
集中于干燥方式的选用及干燥参数的确定[1]。
早在20世纪30年代,许多国家已开始利用高频
进行木材干燥的研究,60年代以来,高频技术在木材与
塑料复合及木材材性的研究和应用方面已有进展。应
用微波干燥木材,比起高频干燥有许多优点。微波干燥
具有整体同时加热、加热均匀、速度快、对含水率较高
的木材或部位能选择性加热等特点,且可自动平衡含
水率,其干燥周期短、质量好、热效率高、对复杂形状的
木材也能均匀加热[2-3]。
龙竹(dendrocalamus gigangteus)是产于我国云南东
南部的一种大型丛生竹种,秆高通常25m,直径11~18cm,
节间长40~50cm。龙竹在云南省热区栽培最为广泛,生
长量较大,适用于建筑材料和家具材料等,用其加工的
竹地板性能优良[4]。
本文就竹材(龙竹)微波干燥进行一些探索性试验,
对竹材微波干燥特性和干燥效果进行初步的研究,目
的是探讨有关竹材微波干燥的机理,以期为生产应用
收稿日期:2005-12-02
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)
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林业机械与木工设备 试验研究
提供有益的参考。
1 材料与方法
1.1试验材料
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20m以上,胸径约15cm左右,竹壁
厚 15～40mm,选取从根部 0.5～3.0m段竹子为试验用
材。手工将竹筒劈为长0.8m、宽20～30mm的竹片,竹片
浸泡于实验室水池中贮存备用。
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150mm(长)×
25mm(宽)×t(厚)的试材。本试验用竹片厚度为15mm。
1.2试验方法
本实验采用家用微波炉(900W)进行试验,通过改
变火力及时间,考察竹材干缩率、干燥速度及变形情
况,了解竹材微波干燥的特性和工艺。
试材放入微波炉前,先划线确定测量点,然后定点
测量其尺寸并称重。试材放入微波炉进行干燥,每隔一
定时间取出试材定点测量试材尺寸并称重,详细记录
数据,待试验完成后处理数据。
对不同微波功率(即不同火力)的干燥效果进行对
比,实验采用连续加热,考察干燥的大体时间、干燥速
度及干燥后竹材所发生的形变等,以便为正式试验做
准备。
正式实验采用间歇加热干燥,以便测定不同含水
率阶段的干燥特性。干燥速度计算公式如下:
干燥速度=干燥前含水率-干燥后含水率
干燥时间
(%/min)
1.3试验方案
①小试件干燥特性试验:小试件规格为长15~20cm、
宽15～25mm、厚15mm。考察竹材弦向干缩率、径向干缩
率、干燥速度及变形情况等。
②竹材微波干燥三个方向(径向、弦向、纵向)干燥
速度比较试验:将某一方向两个面留出排水,用硅胶
封涂其余四个面。试件规格为长 15cm、宽 25mm、厚
15mm。
③试件尺寸对干燥速度和干缩率的影响:采用正交
试验L9(34) ,因素与水平安排如表1所示。
1.4试验仪器
鼓风式干燥箱、电子天平、电子卡尺、螺旋测微仪、
微波炉(型号WD900ASL2S-2)。
2 结果与分析
2.1微波功率对竹材干燥特性的影响
采用不同功率(即 900、540、360、180W)对竹材进
行微波干燥。结果发现用900、540、360W功率对竹材进
行微波干燥时,竹材在前10min高含水率干燥过程中
外观无明显变化,尺寸亦无明显变化;但干燥 10min后
竹材出现轻微爆裂声,竹材试件在宽、厚方向尺寸都不
同程度有所增加,竹材中心部分轻微膨胀,且颜色发
灰;再继续干燥,试件的宽、厚方向尺寸又略有收缩,但
其外观尺寸仍大于干燥前的数值较多,说明竹材试件
产生了膨胀而非干缩。
我们分析认为,高功率微波干燥时,竹材内部水分
突然剧烈受热,在干燥初期(前10min) ,由于竹材初始
含水率较高,竹材内部受热,液态水逐步加热,还没有
产生大量的水蒸汽和一定的蒸汽压,此时竹材外观尺
寸没有明显变化;而当竹材内部水分加热到一定程度,
产生大量水蒸汽和一定的蒸汽压时(干燥后期,即干燥
10min后) ,水蒸汽在蒸汽压作用下向外逸散,致使竹材
内部细胞腔产生膨胀或竹材纤维之间距离增大,宏观
上看,竹材在宽度、厚度方向产生尺寸变大,即竹材膨
胀现象。
而低功率(180W)干燥时,由于加热不剧烈,竹材内
部水分逐步扩散逸出,没有较高的蒸汽压力作用,因而
不会产生试件尺寸膨胀现象,不影响干燥后竹材尺寸和
外观。所以,正式试验用低功率(180W)进行微波干燥。
2.2竹材构造对干缩率的影响
竹材小试件微波干燥干缩率试验结果见表2。
从表2中可以看出,竹材弦向干缩率小于径向干
缩率,在弦向,竹青侧干缩率小于竹黄侧干缩率。从竹
材构造看,竹青和竹黄是无维管束分布的细胞,靠竹青
侧的竹肉层维管束密集、密度大,而竹黄侧的竹肉层维
表1 因素与水平
因素
A长度(mm)
B宽度(mm)
C厚度(mm)
20
10
6
水平
100
20
12
160
28
18
林业机械与木工设备试验研究
2006年 第4期 第34卷
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径向(厚)
干缩率
12.85
7.19
8.36
5.07
4.88
5.20
3.80
7.03
4.78
青长
干缩率
-0.34
0.04
-0.18
0.14
0.17
0.02
0.64
0.27
0.00
黄长
干缩率
-0.05
1.25
0.09
-0.75
-0.30
0.12
0.73
0.30
0.07
纵向(长
度)平均
-0.20
0.65
-0.05
-0.30
-0.06
0.07
0.69
0.28
0.04
表3 微波干燥不同方向干燥速度试验结果 (%/min)
管束相对疏松、密度小,受其影响,竹青干缩率小于竹
黄干缩率。
另外,从表2中还可看出,竹材试件微波干燥过程
中纵向产生膨胀现象,这可能是泊松现象,具体原因尚
待进一步试验和分析。
从试验测试结果看,竹材在微波作用下干燥速度
较快,小试件约1h可绝干,且无严重变形现象。原因是
竹材试件较小,且在各个方向都可以进行水分扩散,所
以干燥速度较快且变形较小。
2.3竹材构造对干燥速度的影响
竹材微波干燥时,试件不同方向干燥速度比较的
试验结果见表3。
从表3可以看出,单位面积、单位时间的干燥速度
是纵向大于弦向和径向,纵向(端面)干燥速度约为径
向(弦面)干燥速度的 8倍,说明竹材水分排除主要沿
纵向(端面方向) ,其次为弦向。竹材由各种细胞组成,
其主要细胞都是沿纵向排列,细胞壁组成中以次生壁
中层为最厚,其微纤丝的排列与主轴的倾角较小,竹材
纵向水分移动速度由含竹青的外层和含竹肉的内层共
同决定,可以认为内层和外层是并联结构,竹材纵向水
分移动主要由横截面上的空隙多少决定,而竹材横截
面上的空隙要远多于竹材径向截面和弦向截面上的空
隙,所以竹材纵向水分移动速度大于横向(弦向和径
向)水分移动速度。
在径向,竹材从竹黄到竹青,竹材维管束密度逐渐
增加,竹材靠竹青侧的外层,竹材维管束密度较大,空
隙较少,水分扩散性能较差;而占竹材材积较大的竹肉
部分,竹材维管束密度相对较稀疏,基本组织较多,该
层水分扩散性能相对含竹青的外层稍好,竹肉部分和
竹青部分为串联结构,竹材径向水分扩散性能主要由
含竹青的外层决定,而该层由于竹材维管束密度大,薄
壁组织细胞较少,渗透空隙相对较少,因而水分扩散性
能较差。
在弦向,竹肉部分和竹青部分为并联结构,竹材的
水分扩散性能主要由竹肉部分和竹青部分共同决定,
竹肉本身竹材维管束密度较小,薄壁组织较多,空隙较
多,水分移动性较好,再加之含竹青的外层部分所具有
的渗透性,两者共同作用致使竹材弦向水分移动性能
较径向好。
从表 3中还看出,竹片前期与后期干燥速度接近,
而中期干燥相对较快。原因可能是前期竹材试件含水
率较高,竹材内部水蒸汽压力较小,因而水分扩散速度
相对较慢;在中期,随竹材内部水蒸汽压力增大,水分
扩散速度加快,所以干燥速度加快;在后期,竹材内部
水分逐步减少,所产生的水蒸汽压力亦减小,水分扩散
速度随之减缓,干燥速度变慢。
另外,对长试件和短小试件进行了干燥速度比较,
短小试件可在 1h左右干燥至绝干,而长试件则需 2h
左右才能绝干,说明试件长度对干燥速度影响较大。
2.4试件尺寸对干燥速度和干缩率的影响
不同尺寸试件微波干燥试验结果见表4。
从表 4中数据及其直观方向和方差分析可以看
出,竹材试件尺寸大小对竹材干缩率没有影响,而试件
长度对干燥速度有较显著影响。在竹材试件不太长的情
况下(且不含竹节),竹材水分移动主要沿纵向,竹材试
表2 微波干燥小试件绝干干缩率试验结果 (%)
弦向竹青侧
干缩率
4.37
弦向竹黄侧
干缩率
5.43
弦向平均
干缩率
4.90
径向平均
干缩率
8.24
纵向平均
干缩率
-0.31
注:本文所指竹青侧、竹黄侧特指竹材去掉竹青和竹黄后,靠近竹青一
侧部位和靠近竹黄一侧部位,所测数据即指试件该部位尺寸,下同。
历时(min)
0～100
100～200
200～300
单位时间单位面积含水率
降低速度(10-4％/min·mm2)
含水率(％)
100～70
70～30
30～10
径向干燥速度
0.439
0.332
0.316
1.06
弦向干燥速度
0.377
0.485
0.354
3.13
纵向干燥速度
0.359
0.461
0.410
8.57
表4 不同尺寸试件微波干燥试验结果汇总 (%)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
微波干燥
前含水率
9.52
10.33
10.34
10.14
13.85
10.15
10.18
9.73
10.91
20min时干燥
速度(％/min)
0.36
0.35
0.32
0.28
0.45
0.27
0.32
0.27
0.39
竹青宽
干缩率
1.78
4.79
7.53
7.58
7.35
4.80
7.22
4.14
4.80
竹黄宽
干缩率
2.82
3.75
4.15
8.92
3.70
4.49
3.91
4.41
5.45
弦向(宽
度)平均
2.30
4.27
5.84
8.25
5.52
4.64
5.57
4.27
5.12
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林业机械与木工设备 试验研究
件长度短,纵向水分移动距离短,含水率下降较快,因而
干燥速度快。此结论与竹材液体渗透性结果相符[5]。
3 结论
龙竹竹材可以用微波进行干燥,微波功率和竹材
构造对干燥特性有显著影响。 竹材弦向干缩率小于径
向干缩率,竹材试件微波干燥后在纵向产生膨胀现象,
具体原因尚待进一步试验和分析。不同方向干燥速度
比较显示,纵向干燥速度大于弦向和径向,竹材水分排
除主要沿纵向(端面方向) ,其次为弦向;竹片前期与后
期干燥速度接近,而中期干燥相对较快。竹材试件尺寸
大小对竹材干缩率没有影响,试件长度对干燥速度有
较显著影响。
参考文献:
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第一作者简介:孙照斌(1967～) ,男,河北农业大学林学院
副教授,博士,主要从事木材干燥和木质复合材料方面的研
究。
灯光照明系统:其可从根本上影响人对系统的控
制方式,并获得更加舒适、与起居内容相关性更强的灯
光效果。根据用户的要求、户型结构以及室内景观设计
师对光线的要求进行功能设计、场景设计、灯具定时开
关功能的设计和事件联动功能设计。
电动门窗和窗帘系统:在智能家居系统中,对电动
门窗和电动窗帘的控制与灯光控制系统非常相似,但
要相对简单些。一般仅对门、窗或窗帘做全开、全关操
作。
家居空调系统控制功能的设计:对空调系统控制
功能设计的重点是定时开关机、远程遥控开关机、事件
联动开关机以及温度调节等几个方面。
家居供电电源控制功能的设计:现代家居要求主
人每天外出工作、学习时,能切断除电冰箱等需要永久
性供电的电源,并在主人希望开启某一电器时,系统又
会自动为其恢复供电。
电器插座回络电源的通断控制功能设计:作为对
家居供电电源控制功能的补充,对电器插座回络的智
能化控制可以使我们对一些电器的控制更灵活,从而
进一步提高生活的质量,降低能源消耗。
暖气、煤气、供水等管道阀门控制功能的设计:对
这些系统实施的控制必须符合相关的建筑规范和安全
规范。暖气系统有定时控制、远程控制(电话、互联网
等)和联动控制。在发生煤气泄漏或火灾时,联动关闭
煤气的管道阀门,以确保安全。供水系统的控制一般是
在主人离家时将阀门关闭,回家后开启,可以将其与安
全报警系统联动。
其他设备的控制功能设计:安装使用较为特殊的
家用电器设备,充分利用家居智能化系统灵活、多样的
控制手段和控制方式进行设计。
家居电器控制系统工程完工后,依据验收程序进
行验收。
6 智能家居未来畅想
将来所有的家电、住宅设施都是联网的,大大小小
的家电都是真正的信息家电。人工智能将被普遍应用,
神经元控制网络的应用将使智能家居组织更有效,管
理更方便。智能环境通过在一个物理空间中嵌入计算
机视觉、语音识别、墙面投影等多种模态的交互能力,
使隐藏在视线之外的电脑可以判断出人的意图并做出
合适的反馈或动作,以帮助人们更加有效地进行工作
或提高人们的生活质量。此外,虚拟现实技术将在家庭
中广泛应用。
参考文献:
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第一作者简介:陈长友,西北农林科技大学成教学院工
作,从事家具与室内设计方向的研究。
(上接第8页)
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