云朝光，黃騰華，韋鵬練，符韻林*

(1．廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園，南寧 530031；2．廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，南寧 530002；3．廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

廣東瓊楠(Beilschmiediafordii)為樟科瓊楠屬(Beilschmiedia) 常綠喬木，主要產(chǎn)地為廣西、廣東、湖南、四川及江西等地，適宜生長在濕潤的林地[1]。該樹種生長速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、主干圓滿通直、樹冠形美，其木材結(jié)構(gòu)細(xì)密、花紋漂亮、抗蟲耐腐，是優(yōu)良的用材樹種[2]。目前，有關(guān)瓊楠屬植物的研究主要集中在植物分類、木材解剖特性、群落結(jié)構(gòu)特征、植物生理和葉片精油含量等[3-7]，關(guān)于廣東瓊楠木材干燥的研究尚未見報(bào)道。

木材實(shí)木加工利用前期最重要的工序是對(duì)木材進(jìn)行干燥，干燥質(zhì)量直接影響木材的后期加工和利用[8]，因此本文采用百度試驗(yàn)法研究33年生廣東瓊楠人工林木材的干燥特性，并制定其預(yù)干燥基準(zhǔn)，廣東瓊楠木材的實(shí)木加工利用提供參考，對(duì)推動(dòng)瓊楠木材在實(shí)木家具、實(shí)木地板等領(lǐng)域的開發(fā)利用具有重要意義[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材采集于廣西南寧市樹木園瓊楠(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)種植示范基地。參照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1927—2009)《木材物理力學(xué)試材采集方法》[10]采集試驗(yàn)樣木，取非標(biāo)木段作為百度試驗(yàn)法試驗(yàn)樣木，采用毛板下鋸法將木段鋸解成25 mm厚的弦切板、徑切板和中心板，將試件四面刨光至厚度為(20±0.5) mm的光面板。在光面板上截取(長×寬×厚)200 mm×100 mm×20 mm沒有缺陷的標(biāo)準(zhǔn)試件，選取弦切板6塊，徑切板2塊及中心板2塊。其中弦切板用于評(píng)定瓊楠木材的干燥特性等級(jí)，徑切板和中心板作為對(duì)比試件。試件的平均初含水率為58.10%，均達(dá)50%以上，滿足百度試驗(yàn)法的要求[11]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及工具

本實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備及工具主要有：電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子天平(精度0.01 g)、萬能木工推臺(tái)鋸、游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)、塞尺(量程0.02～1.00 mm)、位差度測(cè)量儀(精度0.001 mm)、鋼直尺(精度0.1 mm)等。

1.3 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用百度試驗(yàn)法[6]。將試件放到已提前預(yù)熱至100 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)，側(cè)立擺放干燥。在干燥試驗(yàn)的初期階段，每1 h觀測(cè)1次，當(dāng)試件的裂紋不再增加且開始愈合時(shí)將觀測(cè)時(shí)間改為每2 h觀測(cè)1次，當(dāng)裂紋停止愈合且不再變化后改為每4 h觀測(cè)1次。觀測(cè)時(shí)對(duì)每一塊試件都稱重，并記錄每塊試件的裂紋(端裂、端表裂、貫通裂、表裂)的數(shù)量、寬度及長度，當(dāng)試件干燥至連續(xù)兩次稱重的質(zhì)量差小于0.5%時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)量試件的扭曲度、瓦彎度、順彎度及橫彎度。然后采用萬能木工推臺(tái)鋸在試件中間鋸取約20 mm寬的試驗(yàn)片，用于測(cè)定試件的終含水率，并及時(shí)稱重。測(cè)量試件截面的內(nèi)裂數(shù)量、長度和寬度數(shù)值及截面變形最大和最小值。最后將試驗(yàn)片放置于103 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥，6 h后將試驗(yàn)片取出并稱重，此后每2 h稱重1次，直至質(zhì)量幾乎沒有變化，干燥試驗(yàn)結(jié)束。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 確定廣東瓊楠木材初期干燥缺陷等級(jí) 根據(jù)100 ℃干燥試驗(yàn)中干燥缺陷和干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，確定瓊楠木材的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形及干燥速度缺陷等級(jí)。

1.4.2 繪制廣東瓊楠木材干燥過程含水率變化曲線，并統(tǒng)計(jì)其各項(xiàng)干燥速度特性

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)所稱量試驗(yàn)片的重量為試驗(yàn)片全干重G片干。試驗(yàn)片初含水率W片初按下式計(jì)算。

(2)試驗(yàn)片的初含水率W片初作為試件的最終含水率WZ，于是試件全干重G干按下式計(jì)算。

(3)根據(jù)百度干燥試驗(yàn)過程中每次開箱觀測(cè)時(shí)試件的當(dāng)時(shí)質(zhì)量G當(dāng)和試件全干重G干計(jì)算試件當(dāng)時(shí)含水率W當(dāng)

根據(jù)上述方法計(jì)算廣東瓊楠木材當(dāng)時(shí)含水率并繪制它與干燥時(shí)間曲線，了解其干燥速度特性。

1.4.3 編制廣東瓊楠木材干燥基準(zhǔn) 根據(jù)試件的干燥缺陷等級(jí)所對(duì)應(yīng)的干燥條件[11]最終確定廣東瓊楠木材的初步干燥條件，結(jié)合含水率與干濕球溫度差關(guān)系表(闊葉材)，確定廣東瓊楠木材的預(yù)干燥基準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 確定廣東瓊楠木材的干燥缺陷等級(jí)

從分析干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的廣東瓊楠試件初期開裂程度、內(nèi)裂和截面變形等缺陷等級(jí)情況來看，廣東瓊楠木材的綜合干燥缺陷等級(jí)為4級(jí)(表1)。

表1 廣東瓊楠木材試件缺陷等級(jí)

2.2 干燥特性分析

2.2.1 初期開裂 木材初期開裂產(chǎn)生的主要原因是木材內(nèi)層與表層收縮不均勻而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力[12]。百度試驗(yàn)表明：廣東瓊楠木材的初期開裂程度達(dá)到4級(jí)，主要表現(xiàn)為端裂、端表裂及貫通裂。將試件放入烘箱干燥0.5 h后取出來觀測(cè)，全部試件均未出現(xiàn)開裂情況；干燥1 h后，所有試件均出現(xiàn)端裂，大部分試件出現(xiàn)端表裂，各有一塊中心板和徑切板分別出現(xiàn)表裂和貫通裂情況；干燥至3 h，所有試件均產(chǎn)生了端表裂和端裂，端裂和端表裂的裂紋數(shù)量和長度、寬度快速發(fā)展，并且有3塊弦切板出現(xiàn)了貫通裂。初期開裂情況在干燥進(jìn)行到5 h時(shí)發(fā)展至最嚴(yán)重。當(dāng)干燥進(jìn)行到8 h后，大部分裂紋開始逐漸愈合。根據(jù)各干燥缺陷和其干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，廣東瓊楠木材的初期開裂等級(jí)為4級(jí)。

2.2.2 內(nèi)部開裂 干燥過程中，由于試件表層至內(nèi)層的溫度及含水率具有很大的差異，產(chǎn)生的表面硬化和干燥應(yīng)力是引起內(nèi)部開裂的主要原因[12]。干燥結(jié)束后，所有瓊楠木材試件均無內(nèi)裂，根據(jù)干燥缺陷和干燥速度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，評(píng)定廣東瓊楠木材的內(nèi)部開裂等級(jí)為1級(jí)。

2.2.3 截面變形 木材表層與內(nèi)層的水分在干燥過程中蒸發(fā)速率不同，容易引起試件的截面收縮差異而發(fā)生變形[13-15]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，廣東瓊楠木材截面變形情況較輕，弦切板的截面變形范圍為0.44～0.74 mm，平均值為0.56 mm；徑切板為0.81 mm；中心板則為0.70 mm，綜合評(píng)定其等級(jí)為2級(jí)。2.2.4 扭曲變形 由于木材各向異性，及干燥時(shí)不同方向的干縮差異性，在干燥過程中，木材容易產(chǎn)生扭曲變形，即順彎、瓦彎、橫彎等[16-17]。試驗(yàn)表明，廣東瓊楠木材的扭曲程度較輕，弦切板的扭曲程度最輕，范圍為0.25～5.02 mm，平均值為2.58 mm，評(píng)定為2級(jí)；徑切板為3.78 mm；中心板為3.22 mm。徑切板的瓦彎平均值為3.62 mm；弦切板瓦彎值介于2.53～3.02 mm之間，平均值為2.68 mm，為最??；中心板的瓦彎值為2.73 mm。

2.2.5 干燥速度 廣東瓊楠木材在百度試驗(yàn)干燥過程中含水率的變化曲線(圖1)。經(jīng)計(jì)算，6塊弦切板從含水率30%干燥至5%所需時(shí)間為28.97 h，平均干燥速度為0.86 %/h，等級(jí)為4級(jí)，干燥速率較慢；徑切板平均用時(shí)33.6 h，平均干燥速度為0.74 %/h ；中心板平均用時(shí)45.0 h，平均干燥速度為0.56 %/h (表2)。可知，弦切板的干燥速度較徑切板和中心板快，因此窯干時(shí)可將弦切板、徑切板和中心板分開進(jìn)行干燥。

圖1 含水率變化曲線

表2 百度試驗(yàn)干燥速度

2.3 編制廣東瓊楠木材干燥基準(zhǔn)

通過試驗(yàn)確定廣東瓊楠木材的初期開裂、截面變形和內(nèi)裂缺陷等級(jí)后，結(jié)合干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件[11]，獲得廣東瓊楠木材各缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的的干燥條件(表3)，從表3中選出最低條件作為該木材預(yù)干燥基準(zhǔn)的基本條件。

表3 試件初步干燥條件

根據(jù)表4確定瓊楠木材25～30 mm厚鋸材的干燥條件為：初期溫度50 ℃，初期干濕球溫差2～3 ℃，末期溫度80 ℃。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，廣東瓊楠木材的初期開裂缺陷最嚴(yán)重。因此，進(jìn)行廣東瓊楠木材干燥時(shí)，應(yīng)采用較低干燥初期溫度，同時(shí)降低干濕球溫度差，緩慢升溫，能有效減輕初期開裂缺陷，提高干燥質(zhì)量。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初期開裂大部分出現(xiàn)在試驗(yàn)進(jìn)行到第2～5 h以及含水率降至35%的時(shí)候，當(dāng)干燥至含水率約為30%時(shí)開裂情況趨于穩(wěn)定。經(jīng)計(jì)算，所有試件的平均初含水率為58.10%，查含水率與干濕球溫度差關(guān)系表[11]，編制得廣東瓊楠25～30 mm厚鋸材的預(yù)干燥基準(zhǔn)；一般家具用材多為鋸材，因此制定廣東瓊楠25～30 mm厚鋸材的預(yù)干燥基準(zhǔn)，再結(jié)合本干燥試驗(yàn)共用時(shí)74 h、初期干濕球溫度差為2～3 ℃，查干燥時(shí)間估算圖，可估算瓊楠25～30 mm厚鋸材的實(shí)際干燥時(shí)間為21 d(表4)。

表4 百度試驗(yàn)法確定的廣東瓊楠木材(25～30mm)干燥基準(zhǔn)

這一干燥基準(zhǔn)只是根據(jù)百度試驗(yàn)法得出的理論基準(zhǔn)，需經(jīng)過小試或中試對(duì)此基準(zhǔn)加以修正才能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

3 結(jié)論與討論

百度試驗(yàn)結(jié)果表明，廣東瓊楠木材較嚴(yán)重的干燥缺陷為初期開裂，主要表現(xiàn)為端裂、端表裂及貫通裂。根據(jù)木材干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，廣東瓊楠木材的初期開裂為4級(jí)，因此，進(jìn)行廣東瓊楠木材干燥時(shí)，應(yīng)采用較低干燥初期溫度，同時(shí)降低干濕球溫度差，緩慢升溫，以有效減輕初期開裂缺陷，提高干燥質(zhì)量；在干燥試驗(yàn)結(jié)束后，所有試件均未出現(xiàn)內(nèi)裂，內(nèi)裂等級(jí)為1級(jí)；而截面變形和扭曲程度較輕，評(píng)定等級(jí)均為2級(jí)，總體上，弦切板截面變形和扭曲程度最輕，徑切板較中心板扭曲變形嚴(yán)重；弦切板從含水率30%干燥至5%所需時(shí)間為28.97 h，徑切板平均用時(shí)33.6 h，中心板平均用時(shí)45.0 h，干燥速度較慢，綜合等級(jí)評(píng)定為4級(jí)?？芍仪邪宓母稍锼俣瓤煊趶角邪搴椭行陌?，因此窯干時(shí)可將弦切板、徑切板和中心板分開干燥。根據(jù)各干燥缺陷等級(jí)評(píng)定，制定25～30 mm厚瓊楠木材的預(yù)干燥基準(zhǔn)。