全 文 ：第 wu卷 第 v期
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林 业 科 学
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人工林杉木板材高温和常温组合干燥研究 3
马世春 杨文斌
k福建农林大学材料工程学院 福州 vxsssul
关键词 } 杉木 ~高温干燥 ~常温干燥 ~密度 ~尺寸稳定性
中图分类号 }≥z{t1zt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylsv p stux p sw
收稿日期 }ussx p sw p tu ∀
基金项目 }福建省教委项目资助k„svs{sl o国家基金资助kvsvzttvwl ∀
3 杨文斌为通讯作者 ∀
Στυδψ οφ Ηιγη Τεµ περατυρε ανδ Νορµαλ Τεµ περατυρε ∆ρψινγ οφ
Χηινεσε Φιρ Βοαρδ ιν Πλαντατιον
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k Χολλεγε οφ Ματεριαλ Ενγινεερινγ o Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηου vxsssul
Αβστραχτ} Œ±·«¬¶³¤³¨µo¤·¨¦«±¬´∏¨ º¬·«¦²°¥¬±¤·¬²± ²©±²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª¤±§«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª·¨¦«±²¯²ª¼
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Κεψ ωορδσ} Χυννινγηαµιαλανχεολατα~«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª~±²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª~§¨±¶¬·¼~§¬°¨ ±¶¬²±¤¯ ¶·¤¥¬¯¬·¼
杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταl因其速生丰产 o在我国南方广大的林区得到了大规模的发展k俞新妥 o
t||yl o这也是我国南方特有的人工速生林重要的用材树种k陈存及等 ousswl o其资源丰富 !价格适中 o广泛应
用于家具及室内装修等行业 o如 }杉木的地板 !豪华木门的框架 !细木工板的芯条等 ∀但是 o由于人工林杉木
的材质软 !密度小 !稳定性差 o在利用上受到一定的限制 ∀如何提高杉木的密度 o并提升其干缩或湿胀的尺寸
稳定性 o笔者运用高温和常温组合干燥技术k亦称木材蒸汽综合干燥法l o一年多来对杉木进行十几次的组合
干燥处理 o干燥后的杉木试验板又经过一年多的测定与研究 o初步认为 }此种干燥方法提高了杉木的密度与
尺寸稳定性 o是较为简单 !干燥成本较低 !行之有效的方法之一 ∀
1 试材与干燥设备
杉木试材产自福建闽北林区 o胸径约 t{s °°左右 o板材长 u ° o自然宽的毛边板 o厚度 vs °° o板材两端
用石蜡封住 o初含水率均在 tss h左右 ∀杉木材质轻软 !纹理直而均匀 !结构中等 !干燥性能良好 o气干密度
s1vzy ª#¦°pv o弦向干缩系数 s1u|t o径向干缩系数 s1tuvk梁世镇 ot|{t ~申宗圻 ot||vl ∀
干燥窑为周期式侧向通风 !铝内壁砖混结构窑 o大门采用钢框架内外铝板结构 o与门框接触处装有/ °0
型耐热橡胶圈 o以确保干燥窑的气密性 o窑的内部长 y1x ° !宽 v1x ° !高 v1v ° o内装有 x台 ≥•Œ型螺旋翅片蒸
汽加热器 o窑的顶部安装有左右 u支喷蒸管 o端墙上装有一组干 !湿球水银玻璃温度计 o侧向安装 u台 tu号
可逆旋转的轴流式风机 o流过材堆之间的气流速度约 u °#¶pt ∀材堆长 y ° !宽 u ° !高 u1{ ° ~采用轨道车装
卸板材 ~隔条规格 u sss °° ≅ ux °° ≅ ux °° ~一窑毛边板的容量约为 tt °v 左右 ∀
2 干燥工艺与基准
十几次的生产性试验均采用高温和常温组合干燥工艺k以下简称组合窑干l o即在整个干燥周期的初 !中
阶段采用常压过热蒸汽干燥工艺 ∀板材在干燥窑内首先升温预热 o逐渐将干球温度与湿球温度升到 tss ε o
使杉木板材在 tss ε 饱和蒸汽中充分预热k张璧光 ot|{{l o在此介质状态下 o板材既不蒸发水分 o又能在较短
的时间内由表及里充分热透 o使之在厚度上的温度梯度趋于零 ∀然后 o再经过 tss ε 以上常压过热蒸汽的高
温干燥阶段k•²¥¨µ·ot|zsl o由于杉木干燥特性良好 o在干燥过程中 o即有热量迁移 o也有水分物质的迁移k谢
拥群等 ousswl ∀因此 o采用了高温低湿的干燥工艺k如 }干球温度 tu{ ε o湿球温度 tss ε o相对湿度 ws h l ∀
从图 t的干缩曲线可以明显看到 }当含水率降到 us h左右时 o弦向与径向的干缩率比值才逐渐拉大 o弦向与
径向的干缩系数的比值也逐渐增大 ∀为了保证杉木板材的干燥质量 o在干燥后期应考虑到由于干燥应力转
向而引起的内裂缺陷k李大纲等 ousssl ∀当含水率降到 t{ h ∗ us h时 o采用常温干燥工艺k朱政贤 ot||u ~马
世春 ousswl o直至干燥过程结束 ∀干燥基准参见表 t ∀
图 t 人工林杉木边材干缩曲线
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表 1 干燥基准
Ταβ . 1 Τηε σχηεδυλε οφ δρψινγ
含水率阶段
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干球温度
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·¨°³¨µ¤·∏µ¨Πε
湿球温度
• ·¨¥¤¯¯
·¨°³¨µ¤·∏µ¨Πε
相对湿度
• ¨¯¤·¬√¨«∏°¬§¬·¼Πh
tss ∗ xs tu{ tss ws
xs ∗ u{ tuv || ∗ tss wz
u{ ∗ t{ ttx || ∗ tss ys
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3 结果与讨论
v1t 干燥质量 从第 x次生产性试
验至第 tu次生产性试验 o每次干燥质
量均很好 ∀第 tu次生产性试验结束
后 o观察 |块试验板k分布在整个材堆
的左 !中 !右 ~前 !中 !后 ~上 !中 !下l和
其余的板材无内裂 !表裂 !弯曲等可见
干燥缺陷 ~另外 o注重板材堆垛质量这
很关键 ∀但有一块试验板表面原先的细裂纹扩展了 ~有一些端头封腊不完整的 o有轻微端裂出现 ~材堆中一
小部分髓心材有轻微的凹陷现象 o这属正常现象 ∀以上参照 Š…Π× yw|t p t|||锯材干燥质量标准 o可达二级
干燥质量等级以上 ∀
v1u 密度的提高 杉木的密度依树龄与沿树干高度位置的变化而略有变化 o树龄大而树干位置离地面较近
的密度略大些 ∀天然林的杉木平均气干密度为 s1vzy ª#¦°pvk梁世镇 ot|{tl o而人工林杉木平均气干密度为
s1vty ª#¦°pv o试材的树龄约为 tx年左右 o试验板取之于杉木边材的中间位置 o而且是离地面第一段的杉木 ∀
测定方法按/直接量测法0k尹思慈 ot||zl ∀
人工林木材与天然林木材相比 o在解剖方面具有管胞短 !胞壁薄 !微纤丝角大 !晚材率低等特点k周永东
等 oussvl ∀组合窑干法在整个干燥阶段的初期和中期 o由于采用以常压过热蒸汽为介质的高温干燥工艺 o使
杉木细胞壁内的微胶粒和微细纤维在高温的作用下 o不仅由于吸着水的排出而相互靠拢 o还由于高温的作用
而塑化固定 o使细胞壁的结构更加紧密 o这也可能是人工林杉木在高温干燥的作用下密度提高的直接因素 ∀
因此人工林杉木密度相应提高了 o材质也相应变好了 ∀组合窑干的人工林杉木含水率在 ts h时 o其平均窑
干密度为 s1wsy ª#¦°pv o比人工林杉木的平均气干密度提高了 u{1w{ h o测定的方法及试验板与上述相同 ∀
此外 o人工林杉木经组合窑干后 o材色略变深些 o如 }原来浅白色的变为浅黄色 ∀板材表面略有变硬 o也
称为表面硬化 o因为人工林杉木属于软材 o板材表面略有变硬使密度提高 o根本不影响后工序的机加工 ∀关
于各种力学性质的比较 o以后再作详细的分析报道 ∀
v1v 尺寸稳定性的提升 提升木材的尺寸稳定性对木材的高效利用具有重要的意义 o因为木材属多孔性 !
yut 林 业 科 学 wu卷
各向异性材料k刘培义等 oussvl o在不同干燥工艺条件下所引发的木材尺寸稳定性也有所不同 ∀然而 o木材
尺寸稳定性的测试至少需要一年多的时间 o对不同干燥条件下的试材进行比较 o才可能得出相对正确的结
论 ∀选取组合窑干 !常温窑干和气干的杉木试验板各 |块 o组合窑干 !常温窑干试验板的含水率均在 ts h o
气干试验板的含水率均在 tu h o制成的试验板 y面刨光 o两端头封石蜡 o其规格为 vss °° ≅ txs °° ≅ ux °°∀
这 uz块试验板放置在自然环境的室内平衡 u周后k温度为 tt ∗ tv ε !湿度为 ys h左右l o在每 t块试验板的
固定测点上测量弦向 !径向的尺寸 o精确到 s1su °° o并分别记录下来 o每 t个月都分别测量 !记录一次 ∀这
样在一年四季的自然气候变化中 o可以观察到试验板干缩或湿胀的变化状态 ∀因记录的数据太多 o在表 u中
分别选取每相隔 v个月的测量数据 ∀
表 2 尺寸稳定性
Ταβ . 2 Τηε διµενσιοναλσταβιλιτψ °°
试验板
× ¶¨·¥²¤µ§
u月
ƒ ¥¨µ∏¤µ¼
x月
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{月
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tt月
‘²√¨ °¥¨µ
翌年 u月
‘¨¬·ƒ ¥¨µ∏¤µ¼
弦
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径
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弦
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径
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从表 u中可以看到 ou ) x月的湿胀率最大kw ) x月霉雨季节 o湿度最大时可达 |x h ∗ |{ h l o而 { ) tt月
的干缩率最大kts ) tt月秋高气爽 !晴天中午前后湿度在 vs h左右l ∀表 u中试验板 t ∗ |为组合窑干材 ots
∗ t{为常温窑干材 ot| ∗ uz为气干材 ∀因此 o可以计算出 |块组合窑干材弦向平均干缩率为 s1uu h o径向平
均干缩率为 s1ut h o弦向平均湿胀率为 s1us h o径向平均湿胀率为 s1t{ h ∀|块常温窑干材弦向平均干缩率
为 s1y{ h o径向平均干缩率为 s1zs h o弦向平均湿胀率为 s1z| h o径向平均湿胀率为 s1yx h ∀|块气干材弦
向平均干缩率为 u1ts h o径向平均干缩率为 u1sw h o弦向平均湿胀率为 t1yw h o径向平均湿胀率为 t1ux h ∀
从当年 u月到翌年的 u月 o组合窑干材弦向平均湿胀率为 s1sz h o径向平均湿胀率为 s1s{ h ~常温窑干
材弦向平均湿胀率为 s1yy h o径向平均湿胀率为 s1vv h ~常温窑干材弦向平均湿胀率为组合窑干材弦向平
均湿胀率的 |1w倍 ~径向平均湿胀率为组合窑干材的 w1t倍 ∀气干材弦向平均湿胀率为 t1st h o径向平均湿
胀率为 s1zv h ~气干材弦向平均湿胀率为组合窑干材的 tw1w倍 o径向平均湿胀率为组合窑干材的 |1t倍 ∀
这些均说明杉木经组合窑干后 o吸湿滞后值提高 o吸湿性降低了 o杉木组合窑干材一年来对气候变迁所引起
zut 第 v期 马世春等 }人工林杉木板材高温和常温组合干燥研究
的湿度变化有了一定的惰性 o因此 o尺寸稳定性也提升了 ∀
从表 u的试验测定数据和计算出的弦向 !径向平均湿胀率和平均干缩率的数据表明 }组合窑干杉木的尺
寸稳定性最佳 o常温窑干杉木的尺寸稳定性其次 o气干杉木的尺寸稳定性最差 ∀
4 结论
利用人工林杉木生产高档的家具 !实木地板 !细木工板等室内装修材料 o可以应用组合窑干的干燥工艺
技术 o使其密度和尺寸稳定性均显著提升 o从而让资源丰富的人工林杉木得到更大范围的利用 o同时 o使我国
广大南方地区人工速生杉木林的资源优势转化为经济优势 ∀
参 考 文 献
陈存及 o陈新芳 o刘金宝 o等 qussw q人工 p天然杉 !阔混交林种群生态位及竞争研究 q林业科学 owsktl }z{ p z|
李大纲 o顾炼百 qusss q木材高温干燥过程中的弹性应变 q木材工业 otwkul }tx p ty
梁世镇 qt|{t q木材干燥 q北京 }中国林业出版社 ouys
刘培义 o孟国忠 qussv q木材的尺寸稳定性处理 q木材工业 otzkul }uw p uy
马世春 qussw q荷木厚板材干燥工艺的探索 q林业科学 owsktl }t{| p t|u
申宗圻 qt||v q木材学 q北京 }中国林业出版社 ovtw
谢拥群 o陈瑞英 o杨庆贤 o等 qussw q木材干燥过程的热质迁移及耦合关系 q林业科学 owsktl }tw{ p txs
尹思慈 qt||z q木材学 q北京 }中国林业出版社 ottx
俞新妥 qt||y q杉木栽培学 q福州 }福建科学技术出版社
张璧光 qt|{{ q热工学 q北京 }中国林业出版社 ozs p zx ots{ p tts
周永东 o李晓玲 qussv q人工林杉木和杨木高温干燥工艺的研究 q第九次全国木材干燥学术讨论会论文集 ou{v p u{z
朱政贤 qt||u q木材干燥 q北京 }中国林业出版社 outt p utx
•²¥¨µ·‹ qt|zs qŽ¬¯± §µ¼¬±ª²©¶¤º±·¬°¥¨µq •¬¦«¤µ§≥¦«²µ±§²µ©¨µoŠ¨ µ°¤±¼ owu p wv ozw p zx
k责任编辑 石红青l
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