刁海林 白靈海 羅建舉 余天華 唐繼新 高偉

摘要：采用百度試驗法，在（１００±２）℃恒溫干燥條件下對馬尾松（Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ Ｌａｍｂ）試件進(jìn)行干燥試驗，根據(jù)干燥過程中馬尾松試件的初期開裂、內(nèi)裂、截面收縮等干燥缺陷制定出馬尾松木材的干燥基準(zhǔn)。結(jié)果表明，馬尾松試件的初期開裂等級為１等，內(nèi)裂等級為１等，截面變形為２等，干燥速度等級為１等，綜合特性等級為２等。馬尾松的干燥初期溫度為７０ ℃，干燥初期干濕球溫度差為４～７ ℃，干燥終期溫度為９０ ℃。厚度為２５ ｍｍ的馬尾松板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至含水率１０％所需的時間為６．７５（５）ｄ（括號內(nèi)為硬基準(zhǔn)條件下的干燥時間）。馬尾松木材的平均縱向收縮率為０．４８％，平均徑向收縮率為４．３５％，平均弦向收縮率為５．９７％。馬尾松試件主要缺陷是截面變形， 在實(shí)際生產(chǎn)過程中要盡量使用硬基準(zhǔn)，干燥中、后期適時進(jìn)行噴蒸處理。

關(guān)鍵詞：馬尾松（Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ Ｌａｍｂ）；干燥特性；百度試驗；干燥基準(zhǔn)

中圖分類號：Ｓ７９１．２４８；Ｓ７８２．３１文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）03－0537-04

Ｄｒｙｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ

ＤＩＡＯ Ｈａｉ－ｌｉｎ１， ＢＡＩ Ｌｉｎｇ－ｈａｉ２，ＬＵＯ Ｊｉａｎ－ｊｕ１，ＹＵ Ｔｉａｎ－ｈｕａ１，ＴＡＮＧ Ｊｉ－ｘｉｎ２，ＧＡＯ Ｗｅｉ１

（１．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ， ＣＡＦ， Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ ５３２６００，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｓｉｎｇ １００ ℃ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｌｕｍｂｅｒ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｄｒｙｉｎｇ ｏｖｅｎ ａｔ the ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ １００±２℃． Ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｏｆ Ｐ. ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｌｕｍｂｅｒ was ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｏｆ Ｐ. ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋ， ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｆｉｇｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｒｙｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ that ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋ， ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｆｉｇｕｒｅｍｅｎｔ， ｄｒｙｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｅｓｔ ｌｕｍｂｅｒ ｗｅｒｅ １，１，２， １ ａｎｄ ２， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｌｙ． Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ａｎｄ ｆｉｎａｌ ｄｒｙｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｒｅ ｏｆ ｔｅｓｔ ｌｕｍｂｅｒ was ７０ ａｎｄ ９０ ℃ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｄｒｙ－ｗｅｔ ｂｕｌｂ ａｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｒｙｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｗａｓ ４~７ ℃． Ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｄｒｙｉｎｇ ｔｉｍｅ for Ｐ. ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｐａｎｅｌ ｗｉｔｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ２５ ｍｍ ｄｒｉｅｄ ｔｏ １０％ ｉｎ ｆｏｒｃｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｒｙｉｎｇ ｏｖｅｎ ｗａｓ ６．７５ （５）ｄａｙｓ （in Ｂｒａｃｋｅｔｓ is ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ｔｉｍｅ ｕｎｄｅｒ ｈａｒｄ ｂｅｎｃｈｍａｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）． Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ， ｒａｄｉａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｅｓｔ ｌｕｍｂｅｒ ｗｅｒｅ ０．４８％，４．３５％ ａｎｄ ５．９７％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｌｙ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｏｆ Ｐ. ｍａｓｓｏｎｉａｎａ ｗａｓ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｆｉｇｕｒｅｍｅｎｔ， ｈａｒｄｅｒ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｓｔｅａｍ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｉｍｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ－ａｎｄ ｐｏｓｔ－ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ； １００ ℃ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ； ｄｒｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒ； ｄｒｙｉｎｇ ｓｃｈｅｄｕｌｅ

馬尾松（Ｐｉｎｕｓ ｍａｓｓｏｎｉａｎａ Ｌａｍｂ）又名青松、山松，為常綠喬木，分布于淮河流域和漢水流域以南，西至四川東部、貴州中部和云南東南部，是我國南方地區(qū)一種非常豐富的木材資源［１］。松木是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要原料，主要用于建筑、坑道木、枕木、制板、包裝箱及膠合板等［２］。近年來，隨著家具市場對實(shí)木家具需求量的持續(xù)攀升及傳統(tǒng)名貴家具木材資源的日漸匱乏，馬尾松也開始用于原實(shí)木家具制造。然而由于馬尾松具有材質(zhì)松軟、強(qiáng)度低、易翹曲、變形大等不良特性，使其在家具市場中的應(yīng)用受到了一定限制［３］。實(shí)踐證明，合理的干燥可以改善木材的加工性能，減少變形，延長使用年限。因此，進(jìn)行馬尾松干燥性能研究，對于改善馬尾松木材材質(zhì)、提高馬尾松木材利用價值、滿足市場對普通原實(shí)木家具的需求具有重要意義。試驗采用百度試驗法對馬尾松進(jìn)行干燥特性研究，并在此基礎(chǔ)上制定出與馬尾松干燥特性相應(yīng)的干燥基準(zhǔn)，可供生產(chǎn)實(shí)際中制定干燥工藝參考使用。

１材料與方法

１．１試驗材料

試材選自廣西憑祥市中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗中心伏波試驗場馬尾松種植示范基地。種源地海拔６５０ ｍ，年降雨量１ ２００～１ ５００ ｍｍ，樹齡３１年。

試驗樣木按照國家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》（ＧＢ/Ｔ １９２７－２００９）［４］在取樣林地內(nèi)根據(jù)整體林分的樹高、胸徑、長勢以及樹冠幅的生長情況選取長勢良好，樹干通直，結(jié)疤少，無病蟲害，胸徑中等的６株樣木并標(biāo)出北向。將樣木伐倒后，每株樣木沿樹高方向截?。常场担?ｍ、７．３～９．３ ｍ、１１．３～１３．３ ｍ共３段作為試驗?zāi)径尾⒆骱脴?biāo)記。采用四面下鋸法將木段制成大方木。以過髓心的南北直徑線為中心線沿平行方向鋸?。玻?ｍｍ厚的板材，刨成（２０±０．５）ｍｍ的光面板，然后在無缺陷部位依次截?。玻埃?ｍｍ×１００ ｍｍ×２０ ｍｍ（長×寬×厚）的試件。為進(jìn)行對比試驗，每株樹的試件分別選取弦切板８塊，徑切板４塊，中心板２塊，總計試件８４塊。試件平均初始含水率為１７１．６３％，均達(dá)４５％以上，滿足百度試驗法的要求［５］。

１．２試驗設(shè)備

１０１Ａ－３型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)驗儀器有限公司）、ＪＪ１０００型電子天平（精度為０．０１ ｇ）、游標(biāo)卡尺（精度為０．０２ ｍｍ）、０．０２～１．００ ｍｍ塞尺、位差度測量儀（精度為０．００１ ｍｍ）、鋼直尺、精密推臺鋸等。

１．３試驗方法

采用百度試驗法［６］進(jìn)行試驗。首先將所有試件畫出中線，用游標(biāo)卡尺測出各項尺寸（包括長、寬、厚），再用電子天平稱重，然后放入預(yù)熱到（１００±２）℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥。使每一塊試件均沿紋理方向豎立于干燥箱內(nèi)以利于試件受熱和通風(fēng)均勻。

觀察干燥過程中試件出現(xiàn)缺陷的情況，包括端裂、表裂、端表裂。初期每小時觀測１次，裂紋不再增加并開始愈合時改為每２ ｈ觀測１次，當(dāng)裂紋不再愈合時改為每４ ｈ觀測１次，每次觀測記錄裂縫種類及各類裂縫的數(shù)量和長寬，同時進(jìn)行稱重。試件干燥至絕干需要２４ ｈ，共觀測１５次。每次轉(zhuǎn)換干燥時間時還要測量記錄試件的長、寬、厚。

試件達(dá)到絕干后將其從干燥箱內(nèi)取出，測量其重量、尺寸（長、寬、厚）、扭曲度、順彎度、瓦彎度、橫彎度。然后從試件中部橫截取含水率試驗片（順紋長約１５ ｍｍ），并在截斷面上測定試件內(nèi)裂數(shù)據(jù)及斷面收縮率。將含水率試驗片在１０３ ℃的條件下干燥６ ｈ后取出稱重，此后每２ ｈ稱重１次，直至連續(xù)兩次重量不變時干燥結(jié)束。

２結(jié)果與分析

２．１馬尾松干燥特性曲線

根據(jù)馬尾松試件干燥過程中各干燥階段的當(dāng)時質(zhì)量以及絕干質(zhì)量，計算出馬尾松試件各干燥階段的當(dāng)時含水率，即可繪制出馬尾松干燥過程中的含水率與時間關(guān)系曲線（干燥特性曲線），如圖１所示。

２．２馬尾松三向線收縮特性

根據(jù)馬尾松試件各干燥階段的尺寸記錄，計算出馬尾松試件各階段的弦向、徑向和縱向線收縮率，繪制出其弦向、徑向和縱向三向線收縮率曲線如圖２所示。

２．３馬尾松干燥基準(zhǔn)

按弦切板統(tǒng)計馬尾松的干燥缺陷等級，參考文獻(xiàn)［７］中關(guān)于“１００ ℃干燥試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標(biāo)準(zhǔn)”，確定出馬尾松試件干燥缺陷等級如表１。

根據(jù)百度試驗得到的馬尾松初期開裂、內(nèi)裂、截面變形等級，參考文獻(xiàn)［８］可得出馬尾松的干燥初期條件如表２所示。

取表２中各溫度和干濕球溫度最低條件作為干燥基準(zhǔn)的基本條件，參考文獻(xiàn)［９］得馬尾松的干燥初期溫度為７０ ℃，初期干濕球溫差為４～７ ℃，終期溫度為９０ ℃。又根據(jù)“含水率與干濕球溫度差關(guān)系表”［９］，可以得出馬尾松鋸材的干燥基準(zhǔn)，如表３所示。

２．４馬尾松干燥時間估算

在百度試驗中，根據(jù)木材中水分移動的難易程度與干燥條件，利用圖３進(jìn)行干燥時間的估算［８］。由馬尾松含水率與干燥時間曲線（圖１）可知，當(dāng)含水率降至１％時所用的干燥時間是２４ ｈ，對應(yīng)圖３可知所需的干燥時間約為７．５ ｄ；馬尾松初期干濕球溫度差值４～７ ℃，對應(yīng)圖３可知所需的干燥時間約為６（２．５） ｄ，取其兩者的平均值６．７５（５）ｄ（括號內(nèi)為硬基準(zhǔn)條件下），即為厚度２５ ｍｍ的馬尾松板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至含水率１０％所需的時間。

２．５馬尾松干燥特性分析

２．５．１馬尾松干燥特性等級按弦切板、徑切板、中心板分別統(tǒng)計干燥缺陷等級，對照文獻(xiàn)［７］中“１００ ℃干燥試驗中干燥缺陷及干燥速度分級標(biāo)準(zhǔn)”，確定出馬尾松的干燥特性等級如表４。

２．５．２干燥速度分析干燥速度指木材百度干燥試驗過程中試件含水率自３０％降至５％時所需的時間，是反映木材中水分移動快慢的主要指標(biāo)。影響木材干燥速度的因素主要是木材內(nèi)水分的擴(kuò)散性， 一般認(rèn)為木材水分的擴(kuò)散是通過與細(xì)胞腔串聯(lián)與紋孔并聯(lián)的細(xì)胞壁進(jìn)行的。木材水分在纖維飽和點(diǎn)以上時，水分進(jìn)出木材的難易程度取決于大毛細(xì)管之間的紋孔膜上微孔的大小和數(shù)量，在纖維飽和點(diǎn)以下時吸著水和水蒸氣則是在含水率梯度和水蒸氣壓力梯度作用下移動［１０］。干燥過程初期自由水從大毛細(xì)管排出，阻力相當(dāng)小，而后期結(jié)合水從木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中脫離，阻力則大得多。因此制約木材干燥速度的主要是結(jié)合水的分離，自由水影響較?。郏保保荨＿@一點(diǎn)從馬尾松干燥特性曲線中也可以看出。

馬尾松的平均干燥速度等級為１級，說明馬尾松的干燥速度比較快，且各類板的干燥速度相差不大。同時其含水率從３０％降至絕干的過程中，速度明顯低于纖維飽和點(diǎn)以上時的干燥速度，干燥至１６ ｈ后干燥速率幾乎接近于零。在本試驗中，干燥初期馬尾松裂紋較少，只出現(xiàn)較少的端裂，干燥至絕干時沒有內(nèi)裂產(chǎn)生，這說明馬尾松的干燥質(zhì)量較好，在實(shí)際生產(chǎn)中為了提高干燥速度可適當(dāng)使用硬基準(zhǔn)，以縮短干燥周期。

２．５．３干縮性質(zhì)分析由馬尾松線干縮率曲線（圖２）可知，木材從濕材干燥到干材過程中，隨著含水率的降低，木材干縮量增加，至絕干時干縮程度達(dá)到最大。木材干燥開始時干縮不明顯，但是隨著干燥過程的進(jìn)行，木材干縮程度加劇，達(dá)到一定含水率水平后，木材干縮程度減緩并趨于穩(wěn)定。從圖２可看出馬尾松木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上時干縮程度較劇烈，而含水率降到纖維飽和點(diǎn)以下時逐漸減緩。一般來說木材縱向、徑向、弦向絕干時干縮率的范圍分別是０．１％～０．３％、３.0％～６.0％、６.0％～12.0％［７］。馬尾松絕干時縱向、徑向、弦向干縮率分別為０．４８％、４．３５％、５．９７％?？芍R尾松弦向和徑向收縮相對較小，而縱向干縮則較大。縱向收縮的大小主要取決于微纖絲角的大小，微纖絲角增大，縱向干縮變大［１２］。而馬尾松木材在所有高度上髓心處微纖絲角較大，均在２０°～３５°，向外微纖絲角緩慢減小，最后微纖絲角度基本保持穩(wěn)定［１３］。此外，木材的順紋干縮率與密度成反比［１２］，而馬尾松木材密度較小，因此其順紋（縱向）干縮較大。

２．５．４其他干燥特性分析截面變形是含有飽和含水率的木材在高溫急劇干燥下，水分迅速向外擴(kuò)散的瞬間，細(xì)胞腔出現(xiàn)減壓現(xiàn)象而出現(xiàn)的板面塌陷造成的［１２］。馬尾松干燥后的平均塌陷度為３．８７％，這是由于在干燥初期通常干燥溫度高，自由水移動速度快造成的。且在含水率很高時就有可能產(chǎn)生，并隨著含水率下降而加劇。對于同一木材，因在樹干中的部位不同，其塌陷程度也存在差異，其中心材較邊材容易發(fā)生塌陷［１４］。馬尾松干燥過程中，中心板的塌陷度為５．１１％，較弦切板和徑切板劇烈。

由于干縮的不均勻性，在百度試驗過程中，試件會產(chǎn)生翹曲變形（包括瓦彎、順彎及橫彎）。其中瓦彎是由于木材弦徑向干縮率不一致造成的［７］。馬尾松試件干燥時平均瓦彎度是２．１５％，說明它的弦徑向干縮差異較大。其平均順彎度和平均橫彎度分別為０．３９％和０．５４％，這說明馬尾松干燥時在縱切面上的變形較小。此外，扭曲主要是由木材縱向紋理不直引起的［１２］。馬尾松試件平均扭曲度較小，僅為１．３１％，這與馬尾松的縱向紋理較通直有關(guān)。此外，整個試驗過程馬尾松試件未出現(xiàn)內(nèi)裂缺陷。

３小結(jié)與討論

試驗結(jié)果顯示，馬尾松木材百度試驗初期開裂和內(nèi)裂等級均為１級，而截面變形等級為２級，由此可見馬尾松干燥過程中主要缺陷為截面變形。另外由于馬尾松干燥速度較快，干燥周期較短，故為易干燥的樹種。

制定了馬尾松干燥特性相應(yīng)的干燥基準(zhǔn)，但這一干燥基準(zhǔn)只是根據(jù)百度試驗法得出的理論基準(zhǔn)，對于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用則還需經(jīng)過小試對此基準(zhǔn)加以修正。由于馬尾松木材干燥速度較快，而且不易出現(xiàn)變形和開裂等缺陷，尺寸穩(wěn)定性較好，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中可考慮盡可能使用偏硬基準(zhǔn)，以縮短干燥周期。同時還要根據(jù)板厚等具體情況對干燥基準(zhǔn)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以獲得更好的干燥質(zhì)量。

含水率高于纖維飽和點(diǎn)時干燥過程的干燥曲線，在干燥時期內(nèi)分為等速干燥期和減速干燥期［７］。在等速干燥期內(nèi)，木材表面蒸發(fā)自由水，表層含水率保持在接近于纖維飽和點(diǎn)的水平，干燥速度不變。在減速干燥期內(nèi)，由內(nèi)層向表層移動的水分的數(shù)量小于表面的蒸發(fā)強(qiáng)度，干燥速度逐漸減慢。從圖１中可知，該試驗馬尾松木材干燥大致也分為等速干燥和減速干燥兩個過程。同時，由于試件初含水率較高，所以等速干燥期較減速干燥期長。

李梁等［１５］認(rèn)為干燥基準(zhǔn)應(yīng)該是個性化的參數(shù)，由木材材性決定。木材基本密度越大，干燥基準(zhǔn)應(yīng)該越軟。弦徑向干縮系數(shù)的大小也與干燥基準(zhǔn)系數(shù)有關(guān)。馬尾松木材基本密度和弦徑向干縮系數(shù)均較小，所以在實(shí)際干燥過程中，應(yīng)該盡量使用硬基準(zhǔn)。

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收稿日期：２０１１－０５－３１

基金項目：廣西林業(yè)重大招標(biāo)項目（桂林科字［２００９］第７號）

作者簡介：刁海林（１９５８－），男，河南鄲城人，副教授，從事木材性能及其加工利用研究，（電話）１３４８１０７７２８１（電子信箱）ｄｉａｏｈａｉｌｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。