羅朋朋　陳太安　胡志堅　和　杰

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

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9種西南鄉(xiāng)土楊樹干燥特性比較

羅朋朋陳太安胡志堅和杰

(西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

以9種西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹為對象，研究其與干燥有關(guān)的材性和百度法干燥特性。結(jié)果表明：9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，且含水率在樹種間存在較大差異，濕心材和邊材水分含量差異較大；9種楊樹均屬于低密度木材，徑向氣干干縮率和弦向干縮率與密度之間的相關(guān)性不明顯，濕心材與邊材的差異規(guī)律不明顯；濕心材和密度是影響西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹用材干燥的2個主要因素，皺縮是其易發(fā)的干燥缺陷。根據(jù)9種西南鄉(xiāng)土楊樹的材性和干燥特性，擬定了其預(yù)報干燥基準。

楊樹；材性；干燥特性；濕心材；干燥基準

楊樹(Populusspp.)生長快、適應(yīng)性強、繁殖容易、木材用途廣泛，被世界各國普遍關(guān)注，已成為世界中緯度平原地區(qū)栽培面積最大、木材產(chǎn)量最高的速生用材樹種之一[1]。我國西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹品種資源豐富，約28個種，特有種25個，變種22個，天然雜交種10個，是我國楊樹自然分布和變異的中心之一[2]。

目前，云南省楊樹種植多見于行道樹、四旁樹、防護林和風(fēng)景園林，作為工業(yè)用材的研究與開發(fā)利用明顯落后于三北和華東等楊樹主要栽培區(qū)。為充分挖掘利用楊樹這一寶貴資源，以9種典型西南鄉(xiāng)土楊樹樹種為對象，對其與干燥有關(guān)的材性和百度法干燥特性進行研究，以期為其品種選育提供基礎(chǔ)資料。

1　材料與方法

1.1試驗材料

9種楊樹試材分別采自云南和四川，參考GB/T1929—2009《木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法》采伐樣株，每個樹種采伐3株，基本信息見表1。在胸徑處鋸解5cm厚圓盤并標記方向，向上依次截取2m長原木。圓盤以塑料袋密封后立即運回實驗室，原木運回鋸解成板材后運回實驗室備用。

表1　試驗用楊樹樹種的基本信息

1.2試驗方法

圓盤刨光后，根據(jù)材色區(qū)分濕心材與正常邊材，以面積比作為濕心材比例。將圓盤沿南北方向分邊材和濕心材鋸解干縮性、密度與生材含水率試樣，試樣尺寸均為20mm×20mm×20mm，干縮性和密度數(shù)據(jù)于同一試樣上獲得，每組重復(fù)20個，而含水率試樣的重復(fù)試樣為5個。干縮性與密度試樣稱質(zhì)量并測量尺寸后置于室內(nèi)氣干干燥，待恒質(zhì)量后，再次稱質(zhì)量并測量尺寸，計算出氣干密度和徑弦向氣干干縮率[3]。含水率試樣分為正常邊材和濕心材2組，以烘干法測得生材含水率。

從長板材中挑選標準弦切板生材試樣，要求紋理通直，無結(jié)疤、夾皮等缺陷，四面刨光后制得長、寬、厚分別為200、100、20mm的百度干燥特性試樣，各樹種的試件數(shù)為8塊，按百度法進行干燥特性試驗[3]。

2　結(jié)果與分析

2.1與干燥有關(guān)的楊樹材性比較

9種鄉(xiāng)土楊樹與干燥有關(guān)山的基本材性見表2。

表2　9種楊樹與干燥有關(guān)的基本材性

9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，但不同樹種之間差異明顯。其中德欽楊的濕心材比例高達56.9%；其次是西南楊、大葉楊和三脈青楊，濕心材約45%；藏川楊和康定楊均超過30%；川楊和滇楊約為20%；鄉(xiāng)城楊的濕心材最低，只有8.2%。

楊樹含有較多的水分，生材含水率值均超過100%，但樹種間具有較大的差異。川楊和鄉(xiāng)城楊較高，約150%；大葉楊和西南楊較低，均低于120%。濕心材的水分含量明顯高于邊材，特別是德欽楊，其水分含量高達234.34%，而滇楊、藏川楊和康定楊較低，略高于150%。邊材含水率較高的是川楊和滇楊，而德欽楊、西南楊和大葉楊較低，為50%～60%。濕心材和邊材水分含量差異最大的是德欽楊，其濕心材含水率是正常材的4倍，差異最小的是滇楊，濕心材含水率比正常材高出約50%。

受材性影響，盡管9種西南鄉(xiāng)土楊樹的氣干含水率略有差異，但基本在10%～12%變異，因此,不同樹種氣干密度仍具有較強的可比性。9種楊樹均屬于低密度木材，按密度大致分為3類。高密度的是藏川楊，其氣干密度達0.55g/cm3；德欽楊、大葉楊、康定楊、川楊、滇楊等為中等密度，氣干密度為0.45g/cm3左右；而三脈青楊、西南楊和鄉(xiāng)城楊屬低密度，氣干密度在0.40g/cm3及其以下，其中以三脈青楊為最低，只有0.35g/cm3。德欽楊、滇楊邊材的氣干密度明顯高于心材，而藏川楊邊材的氣干密度明顯低于心材，其余樹種心邊材密度差異不明顯。

9種西南楊樹的徑向氣干干縮率在1.2%～2.0%，弦向干縮率在4.2%～5.6%，但與密度之間的相關(guān)性不明顯。具有明顯濕心材特征的8種楊樹中，徑向干縮率邊材與心材差異不大的只有大葉楊，其余樹種均是心材明顯高于邊材。而對于弦向干縮率，只有德欽楊、川楊和西南楊心材高于邊材，其余樹種差別不大。

2.2楊樹百度法干燥特性比較

百度法干燥特性包括體現(xiàn)干燥缺陷的3個指標：初期開裂、內(nèi)裂和截面變形，另外還有體現(xiàn)干燥速度的指標：含水率從30% ～ 5%的干燥時間，依據(jù)干燥缺陷標的等級可制定預(yù)報干燥基準，而干燥速度則是評價干燥難易程度的間接指標[3]。

9種楊樹的干燥特性見表3。德欽楊、大葉楊、三脈青楊、康定楊在干燥初期開裂較少，屬1級，其余5個樹種多為2級。內(nèi)裂最嚴重的是德欽楊，藏川楊、西南楊其次，但這3個樹種的內(nèi)裂等級均為2級，其余樹種基本未出現(xiàn)內(nèi)裂情況。截面變形是楊樹干燥特性的主要缺陷，德欽楊、西南楊和藏川楊的截面變形缺陷等級分別為5級、4級和3級，其余樹種的截面變形等級為2級。由表3分析可知，內(nèi)裂與截面變形的等級存在一定的相關(guān)性。

表3　9種楊樹干燥特性試驗結(jié)果

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為百度法的干燥特性等級。

含水率分階段下的干燥速度見表4。由表3～4可知，9種楊樹從生材干燥至含水率1%的總耗時為26～44h，干燥時間等級為1級或2級，其中2級的7種。9種楊樹中，三脈青楊與鄉(xiāng)城楊的干燥速度較快，德欽楊與藏川楊較慢。影響干燥速度的材性主要是密度和濕心材含量，其中德欽楊可能是濕心材的影響，而藏川楊則受密度的影響，西南楊雖密度較小，但其濕心材比例較高使其干燥較慢。在劇烈的外部干燥環(huán)境中，干燥速率取決于可供蒸發(fā)的水分量以及水分在木材內(nèi)部移動的難易程度，因此，干燥用時與初含水率存在一定的關(guān)聯(lián)性，但不完全一致，可能有與其他因素的共同作用。

表4　不同樹種的干燥時間與速率

注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為變異系數(shù)(%)。

2.3濕心材對楊樹干燥特性的影響

決定楊樹干燥特性的干燥缺陷是截面變形，其主要衡量木材能否正常干縮。對于多數(shù)樹種而言，截面變形主要是由干燥過程中表面硬化造成的，而對于楊樹、桉樹等樹種，主要是自由水排除過程中細胞腔過度變形所產(chǎn)生的皺縮[4]。

濕心材是一種不正常的木材，其特征是含水率高，有細菌存在(但不是木腐菌)，滲透性較正常材低，干燥特別緩慢。在干燥的早期階段，濕心材比正常邊材和心材更容易發(fā)生皺縮，蜂窩裂和皺縮的嚴重程度通常隨干燥早期和中期階段溫度提高而增大，出現(xiàn)這些缺陷的起始溫度隨樹種、立地條件和濕心材類型而異，在干燥初期階段采用溫和的條件有助于減少楊樹濕心材發(fā)生皺縮[4-5]。

表5　濕心材比例對楊樹干燥特性的影響

不同濕心材比例楊樹的百度法干燥特性見表5。由表5可見，濕心材比例70%以上的平均截面變形高達4.17mm，同時內(nèi)裂等級也較高；而濕心材比例小的楊樹，平均截面變形小，內(nèi)裂等級也下降。濕心材比例不同，干燥時間也有差異，比例最高的，總干燥時間最長。只有濕心材比例低于5%的試樣，才有較快的干燥速率，無論是在哪個干燥階段，濕心材的存在均阻礙了水分的遷移。

2.4預(yù)報干燥基準

根據(jù)9種西南鄉(xiāng)土楊樹的干燥缺陷等級(表3)，參照與之相對應(yīng)的干燥條件，以9種楊樹基本材性為主要參照，以此擬定的各樹種預(yù)報干燥基準，見表6。

表6　9種楊樹20～30mm材的預(yù)報干燥基準

9種楊樹均屬于軟闊葉材，相對于硬闊葉材來說較易干燥，但楊樹中的濕心材對干燥的影響必須予以重點考慮。9種楊樹的密度均相對較小，但仍存在一定差異，因此,在干燥時密度也是需要考慮的一個要素。

德欽楊濕心材比例較高，最難干燥，量較大時可以采用預(yù)分選的方法將正常邊材和濕心材分開干燥。濕心材板材在干燥中需重點預(yù)防皺縮干燥缺陷，前期干燥溫度應(yīng)較低，后期在適當時期可以采用汽蒸處理調(diào)控皺縮深度[6]。西南楊雖所含濕心材比例也較高，皺縮也是其主要干燥缺陷，但因其密度較低，水分移動相對容易，干燥溫度可適當提高。藏川楊不僅含有濕心材，而且密度較大，其干燥速度應(yīng)相對較慢；另一方面，藏川楊的含水率較西南楊高，因此,在制定干燥基準時其各階段的干濕球溫差較西南楊高，但單位時間內(nèi)的干燥基準相對較軟。其余6種鄉(xiāng)土楊樹屬于較易干燥的木材樹種，干燥特性類似，較少發(fā)生干燥缺陷，可采用相同干燥基準。

3　結(jié)　論

9種西南鄉(xiāng)土楊樹均具有較為明顯的濕心材，其中德欽楊的濕心材比例最高，其次是西南楊、大葉楊和三脈青楊；9種楊樹的含水率在樹種間存在較大差異，川楊和鄉(xiāng)城楊較高，滇楊、藏川楊和康定楊較低，楊樹中濕心材和邊材水分含量差異較大；9種楊樹均屬于低密度木材，其中藏川楊最高，三脈青楊最低；9種楊樹的徑向氣干干縮率為1.2% ～ 2.0%，弦向干縮率為4.2%～ 5.6%，與密度之間的相關(guān)性不明顯，濕心材與邊材的差異規(guī)律不明顯。

百度法干燥試驗表明，德欽楊、西南楊和藏川楊相對較難干燥，截面變形較大，也存在一定的內(nèi)裂，二者相關(guān)性明顯，表明皺縮將是西南鄉(xiāng)土楊樹材易發(fā)的干燥缺陷；其余6個樹種的干燥特性相近，干燥缺陷較少，屬于易干樹種，可按同類干燥。據(jù)此，擬定了西南鄉(xiāng)土楊樹的預(yù)報干燥基準，并就干燥工藝給出了建議。

[1]劉盛全.我國楊樹人工林材性與加工利用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].木材工業(yè)，1999，13(3):14-16．

[2]萬雪琴，張帆，鐘宇，等. 中國西南地區(qū)鄉(xiāng)土楊樹基因資源的保護與利用[J].林業(yè)科學(xué)，2009，45(4):139-144

[3]顧煉百. 木材加工工藝學(xué)[M].2版.北京：中國林業(yè)出版社，2011.

[4]王燁，薛振華.加拿大楊木皺縮特性研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003.24(4):83-86．

[5]祖勃蓀.國外對楊樹濕心材的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2000.23(5):85-91.

[6]陳太安，顧煉百.汽蒸處理回復(fù)赤桉干燥皺縮的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2004，28(3):34-36.

(責任編輯曹龍)

Comparison of Drying Characteristics of Nine NativePoplarsfromSouthwestenChina

Luo Pengpeng, Chen Taian, Hu ZhiJian, He Jie

(College of Materials Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224, China)

ToexploreandusethenativepoplarresourcesinsouthwestChina,the100 ℃dryingcharacteristicsandthedryingrelatedpropertiesof9nativepoplarswereinvestigated.Theresultsshowthattypicalwetheartwoodwithhighmoisturecontent(MC)isfoundinnativepoplars.AndthereisabigdifferenceofMCbetweenspeciesofpoplarthatissameasbetweenwetheartwoodandsapwood.Besides,ninenativepoplarsbelongtothelowdensitycategory.Thecorrelationbetweenairdriedshrinkagecoefficientinradialorintangentialandairdrieddensityisnotobvious.Thedifferenceinshrinkageofwetheartwoodandsapwoodisalsonotsignificant.Wetheartwoodanddensityarethemaintwofactorsaffectingthedryingbehaviorof9southwestnativepoplarwoodswhilecollapseisofcommonoccurrenceduringpoplarwooddrying.Basedontheaboveresults,thedryingscheduleandsomeadvicesondryingof9nativepoplarsweregiveninthepaper.

Populusspp.;woodproperty;dryingcharacteristic;wetheartwood;dryingschedule

2015-05-14

國家林業(yè)公益性行業(yè)專項項目(201104076)資助；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究重點項目(2011FA021)資助。

陳太安(1977—)，男，副教授。研究方向：木材干燥與木材改性。Email：nfucta@sina.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.01.021

S781.71

A

2095-1914(2016)01-0126-05

第1作者：羅朋朋(1989—)，男，碩士生。研究方向：木材干燥與木材改性。Email：lppbsj@sina.com