周橋芳 古 今 王清文 李凱夫

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510640）

小徑巨尾桉干燥特性與干燥工藝*

周橋芳 古 今 王清文 李凱夫

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510640）

通過百度試驗(yàn)法研究小徑巨尾桉（Eucalyptus grandis×E. urophylla）的干燥特性，制定巨尾桉材干燥基準(zhǔn)，進(jìn)行干燥工藝優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)果表明：小徑巨尾桉材初期開裂等級(jí)為3級(jí)，內(nèi)裂等級(jí)為2級(jí)，截面變形等級(jí)為5級(jí)，屬中等難干材；采用制定的巨尾桉材干燥基準(zhǔn)，試件從初含水率115.13%降至8.50%的干燥周期為16.3 d，除瓦彎變形外，其他可見干燥缺陷指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6491—2012 《鋸材干燥質(zhì)量》規(guī)定的一級(jí)要求。

巨尾桉；干燥工藝；百度試驗(yàn)法；干燥特性

巨尾桉（Eucalyptus grandis×E. urophylla）是以巨桉（E. grandis）為母本、尾葉桉（E. urophylla）為父本的雜交樹種，生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量高，5 a生胸徑可達(dá)18 cm，是發(fā)展工業(yè)原料林的優(yōu)良闊葉樹種[1-3]。廣東省現(xiàn)有桉樹林160.40 hm2[4]，其中以巨尾桉為主的桉樹無(wú)性系造林面積逐年遞增。目前桉樹木材主要以膠合板、制漿造紙、物流托架等利用為主，實(shí)木化利用程度較低。在桉樹的利用上，從2000年開始，南美的巴西、阿根廷等國(guó)將過去僅用于造紙生產(chǎn)的桉樹木材生產(chǎn)部分轉(zhuǎn)向了實(shí)體木材加工。而在桉樹實(shí)體木材加工利用上，桉木的干燥技術(shù)是其加工利用的關(guān)鍵，也是最難攻克的一項(xiàng)技術(shù)[5-6]，這主要是因?yàn)榫尬茶袼偕斯ち稚L(zhǎng)周期短，容易出現(xiàn)木材密度不均勻、生長(zhǎng)應(yīng)力大、干縮變異大、尺寸不穩(wěn)定、耐腐耐候性差和物理力學(xué)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，干燥過程中也易霉變、皺縮、變形和開裂[7-9]。刁海林等[7]、甘雪菲等[9]對(duì)巨尾桉木材干燥特性進(jìn)行了初步研究，林興昌[10]、姚幸之等[11]采用不同方法對(duì)巨尾桉進(jìn)行預(yù)處理以改善巨尾桉干燥特性。然而，迄今為止巨尾桉小徑木材的干燥生產(chǎn)工藝研究的報(bào)道不多，因此本研究采用百度試驗(yàn)法確定巨尾桉木材的干燥特性，制定巨尾桉材的干燥基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行干燥工藝優(yōu)化試驗(yàn)，這對(duì)提高速生巨尾桉木材的干燥質(zhì)量和促進(jìn)其實(shí)木化利用具有深遠(yuǎn)的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

巨尾桉試材采自廣東省清遠(yuǎn)市英德沙口林場(chǎng)，試驗(yàn)樣木按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》（GB/T 1927—2009）[12]進(jìn)行采集，選長(zhǎng)勢(shì)良好、樹干通直、結(jié)疤少、無(wú)病蟲害、胸徑中等的樣木。共采集樣木6株，樹齡5 a，平均樹高16.3 m，平均胸徑 16.8 cm。

樣木伐倒后，每根樣木沿樹高方向1.3～3.3 m，5.3～7.3 m截取2段試驗(yàn)?zāi)径?，端口用瀝青密封，防止水分蒸發(fā)。樣木運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，用帶鋸開料制成弦切板，刨成厚度為（20±0.5） mm的光面板，在無(wú)缺陷部位依次截取200(L)×100(T)×20(R)mm3的試件，同時(shí)在緊靠試樣兩端鋸取寬10 mm的試片用于測(cè)試初含水率。每根1.3～3.3 m木段上截取弦切板2塊，共取試件12塊。試件平均含水率均在40%以上，滿足百度試驗(yàn)法對(duì)試件含水率的要求；其余樣木開料后刨成厚度為（25±0.5） mm的光面板，在無(wú)缺陷部位依次截取450(L) ×120(T)×25(R)mm3的試件，共取32塊，試件兩端涂覆玻璃膠，用保鮮膜封住試件以備干燥工藝試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)使用儀器設(shè)備主要有：101-3AB 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津賽得利斯實(shí)驗(yàn)分析儀器制造廠）、JHS-250型精密恒溫恒濕箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）、JM20002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、鋼直尺（精度為1 mm）、精密推臺(tái)鋸、平刨、壓刨等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 百度試驗(yàn) 采用百度試驗(yàn)法[13]研究巨尾桉木材的干燥特性。將12塊200(L)×100(T)×20(R) mm3弦切板分別稱重后，橫立于(100±3)℃電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥，測(cè)量試件在干燥過程產(chǎn)生的開裂程度，包括端裂、端表裂、表裂和貫通裂。干燥試驗(yàn)初期每隔1 h取出試件觀測(cè)1次，當(dāng)裂紋不再增加并開始愈合時(shí)改為2 h觀測(cè)1次，當(dāng)試件的干燥缺陷幾乎不發(fā)生變化時(shí)，每4 h觀測(cè)1次。每次觀測(cè)時(shí)首先稱量試件質(zhì)量，當(dāng)連續(xù)2次稱量試件的質(zhì)量差不超過試件質(zhì)量的0.5%時(shí)，干燥結(jié)束，將所有試件放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。將試件取出，順著試件的長(zhǎng)度方向，在試件中間截取寬10 mm的試片測(cè)定其含水率，同時(shí)在截?cái)嗝嬗^測(cè)試件內(nèi)裂及截面變形的程度。

1.3.2 干燥工藝試驗(yàn) 本研究干燥工藝試驗(yàn)在精密恒溫恒濕箱內(nèi)進(jìn)行，巨尾桉干燥基準(zhǔn)由1.3.1百度試驗(yàn)確定。選取3塊弦切板試件作為檢驗(yàn)板，在干燥過程中每隔12 h取出稱重，根據(jù)質(zhì)量的變化計(jì)算木材含水率，確定干燥階段。

干燥初期對(duì)巨尾桉試件進(jìn)行預(yù)熱，目的是使木材內(nèi)外溫度基本一致，在阻止木材表面水分蒸發(fā)前提下，使木材內(nèi)外溫度趨于一致，有助于干燥的順利進(jìn)行。預(yù)熱處理的溫度比干燥初期溫度高5 ℃，干、濕球溫差1 ℃，處理時(shí)間為6 h。預(yù)熱處理結(jié)束后立即進(jìn)入干燥基準(zhǔn)第一階段，干燥介質(zhì)溫度按1 ℃/h緩慢下降，干、濕球溫差保持不變，防止木材開裂。當(dāng)目標(biāo)溫度達(dá)到后，干、濕球溫差調(diào)整為2 ℃。干燥過程中由含水率檢驗(yàn)板檢測(cè)試件含水率，依據(jù)干燥基準(zhǔn)適時(shí)調(diào)整干燥介質(zhì)的溫、濕度，升溫速率為1 ℃/h。由于巨尾桉試件為厚25 mm，干燥過程中在含水率為30%時(shí)進(jìn)行了一次中間處理，目的是消除干燥初期表層拉應(yīng)力所造成的表面硬化，緩解試件厚度方向上的含水率梯度，防止試件開裂。中間處理的溫度比干燥溫度高4 ℃，干、濕球溫差3 ℃，處理時(shí)間為6 h。木材干燥到含水率為10%以下時(shí)停機(jī)，“悶窯”12 h后將所有試件取出。其中3塊含水率檢驗(yàn)板放入103 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘至絕干，稱絕干重，推算木材干燥過程的含水率。

1.3.3 干燥質(zhì)量分析 依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋸材干燥質(zhì)量》（GB/T 6491—2012）[14]測(cè)量試材的含水率偏差、皺縮、順彎、瓦彎、翹曲、扭曲和縱裂等指標(biāo)，評(píng)價(jià)干燥基準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 百度試驗(yàn)

2.1.1 巨尾桉干燥特性 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)照表1百度試驗(yàn)法中“100 ℃干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]”確定巨尾桉材的干燥缺陷等級(jí)如表2所示，其中每株試樣選取開裂和干燥缺陷最嚴(yán)重的試件為代表。巨尾桉材初期開裂等級(jí)為3級(jí)，內(nèi)裂等級(jí)為2級(jí)，截面變形等級(jí)為5級(jí)，屬中等難干材。

表1 100 ℃干燥試驗(yàn)中木材干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]

表2 巨尾桉試件干燥缺陷等級(jí)

2.1.2 巨尾桉干燥基準(zhǔn) 根據(jù)百度試驗(yàn)確定的巨尾桉材初期開裂、內(nèi)裂、截面變形等級(jí)，通過對(duì)照表3百度試驗(yàn)法中的與干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件[13]，得出巨尾桉材的干燥初步條件如表4所示。

取表4初期、后期的最低溫度和干濕球最小溫差作為干燥基準(zhǔn)的基本條件，確定巨尾桉材的干燥初期溫度為40 ℃，初期干濕球溫差為2 ℃，后期溫度為70 ℃。又由巨尾桉試件初含水率為115.13%，對(duì)照含水率與干濕球溫度差關(guān)系表（闊葉材）[15]，即可得到25 mm厚巨尾桉鋸材的干燥基準(zhǔn)，如表5所示。

表3 與木材干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件[13]℃

表4 巨尾桉材干燥初步條件℃

表5 25 mm厚巨尾桉材干燥基準(zhǔn)

2.2 干燥工藝試驗(yàn)

2.2.1 巨尾桉材干燥動(dòng)力曲線 本試驗(yàn)25 mm厚巨尾桉從初含水率115.13%干燥到終含水率8.50%共耗時(shí)16.3 d，如圖1所示。干燥前期巨尾桉試件由含水率115.13%降到30.12%耗時(shí)8.8 d，含水率平均下降速度為9.66 %/d；干燥中期，試件含水率繼續(xù)降到20.38%，耗時(shí)2.7 d，含水率平均下降速度為3.61 %/d，干燥速度明顯降低；干燥后期，試件含水率最終降到8.50%，耗時(shí)4.7 d，平均干燥速度進(jìn)一步降低至2.53 %/d。巨尾桉材初期干燥速度遠(yuǎn)快于中、后期，主要因?yàn)楦稍锍跗谀静膬?nèi)部含有大量的自由水，在毛細(xì)管力作用下，由木材內(nèi)部移動(dòng)至木材表面后蒸發(fā)；至干燥中期，木材內(nèi)部自由水減少，木材表面水分蒸發(fā)速度大于木材內(nèi)部自由水移動(dòng)速度，木材表面水分含量迅速減少，干燥速度降低；到干燥后期，木材內(nèi)部自由水蒸發(fā)殆盡，細(xì)胞壁內(nèi)吸著水蒸發(fā)需要的能量增大，加之木材表層干縮使紋孔通道縮小甚至堵塞，水分移動(dòng)通道減少，故干燥速度更慢。

圖1 巨尾桉材干燥動(dòng)力曲線

2.2.2 巨尾桉材干燥質(zhì)量 巨尾桉材干燥質(zhì)量如表6所示，試件平均終含水率為8.50%，含水率分布比較均勻。所測(cè)可見干燥缺陷質(zhì)量指標(biāo)中順彎、翹彎、扭曲、內(nèi)裂、縱裂和皺縮深度均能達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但瓦彎變形較大，主要原因是巨尾桉木材弦向干縮率幾乎是徑向干縮率的2倍[7]，在干燥過程中弦切板由于內(nèi)外干縮率差異較大而導(dǎo)致。在實(shí)際生產(chǎn)中可采取在材堆上方壓置重物的方式，抑制木材在厚度方向上的彎曲變形，可避免或減輕瓦彎現(xiàn)象。

表6 巨尾桉材干燥質(zhì)量

3 結(jié)論與討論

本研究通過百度試驗(yàn)確定小徑巨尾桉材的干燥特性，初期開裂等級(jí)為3級(jí)，內(nèi)裂等級(jí)為2級(jí)，截面變形為5級(jí)，屬中等難干材。刁海林等[7]對(duì)廣西壯族自治區(qū)高峰林場(chǎng)9 a生巨尾桉材的干燥等級(jí)確定為初期開裂1級(jí)，內(nèi)裂2級(jí)，截面變形3級(jí)，與本研究廣東巨尾桉材干燥等級(jí)有較大差異，這應(yīng)該是由于巨尾桉的產(chǎn)地和樹齡不同而導(dǎo)致的。文獻(xiàn)7試驗(yàn)巨尾桉樹齡為9 a，而本研究所用巨尾桉樹齡僅為5 a，木材樹齡越低，幼齡材成分越高，木材干縮差異越明顯，干燥過程中更容易產(chǎn)生皺縮和變形[16]。

蘇曉華等[17]采用低溫干燥廣東省江門市5 a生厚40 mm小徑尾巨桉鋸材，從初含水率92%干燥到終含水率11%共耗時(shí)16 d，平均干燥速度為5.06 %/d，本試驗(yàn)研究小徑巨尾桉的平均干燥速度為6.54 %/d，考慮到二者厚度上的巨大差異，小徑尾巨桉的干燥速度要高于本試驗(yàn)小徑巨尾桉。雖然尾巨桉和巨尾桉同為巨桉和尾葉桉的雜交樹種，但二者的干燥特性和干燥速度有明顯差異，為保證干燥質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)中宜將巨尾桉和尾巨桉木材分開干燥。

本研究確定巨尾桉材的干燥初期溫度為40 ℃，初期干、濕球溫差為2 ℃，后期溫度為70 ℃。采用本文制定的干燥工藝，25 mm小徑巨尾桉材從初含水率115.13%降至8.50%干燥周期為16.3 d，除瓦彎變形外，其他可見干燥缺陷指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6491—2012 《鋸材干燥質(zhì)量》規(guī)定的一級(jí)要求。研究制定的小徑巨尾桉材干燥基準(zhǔn)具有一定的可行性，可在企業(yè)進(jìn)行推廣，但需結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)，對(duì)基準(zhǔn)進(jìn)行必要的修正和完善。

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Study on Drying Characteristics and Drying Technology of Small DiameterEucalyptusgrandis×E. urophylla

ZHOU Qiaofang GU Jin WANG Qingwen LI Kaifu

(South China Agricultural University，Guangzhou，Guangdong 510640，China)

The wood drying characteristics of small diameterof Eucalyptusgrandis×E. urophylla were analyzed by using the 100℃ test method and its drying schedule was optimized, and the drying technology experiment was subsequently conducted. The results showed that the level of initial cracking, internal cracking and cross section deformation of E. grandis×E. urophylla were 3, 2 and 5, respectively, and the drying difficulty was in medium; the drying period was 16.3 days by using the optimized drying schedule when the moisture content decreased from 115.13% to 8.50%, and the quality of drying samples reached the first level of the national standard GB/T 6491—2012, except the cupping defect.

Eucalyptus grandis×E. urophylla；drying technology；100℃ test method；drying characteristics

S782.31

A

2096-2053（2017）05-0016-05

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)青年科技人才項(xiàng)目（2900-216260），華南農(nóng)業(yè)大學(xué)長(zhǎng)江團(tuán)隊(duì)科研啟動(dòng)資金項(xiàng)目（4900-K16009），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“竹粉表面修飾對(duì)高填充木塑結(jié)構(gòu)—性能的調(diào)控機(jī)理研究”（31600459）。

周橋芳（1984— ），男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事木質(zhì)材料功能性改良，生物質(zhì)復(fù)合材料制備，E-mail：330391005@qq.com。

古今（1986— ），女，副教授，主要從事生物質(zhì)資源高效利用，E-mail：gujin@scau.edu.cn。