劉 鑫，劉 衡，劉明德，唐 慶，符韻林

（1.廣西壯族自治區(qū)國有東門林場，廣西崇左 532108；2.廣西大學 林學院，廣西南寧 530004）

桉樹（Eucalyptusspp.）生長速度快，適應(yīng)性強，是優(yōu)良的速生樹種[1-2]。目前桉樹木材的應(yīng)用以造紙和人造板生產(chǎn)為主[3]。桉樹生長應(yīng)力大，其木材易開裂、變形，尺寸穩(wěn)定性差，嚴重制約了桉樹木材的增值利用和高效加工[4-6]。利用高溫對桉樹木材進行處理可有效改良其性能，促進桉樹木材的高效利用。巫國富等[7]對桉樹人工林木材進行高溫熱處理，發(fā)現(xiàn)在165～210 ℃、1～4 h熱處理區(qū)間內(nèi)，隨處理時間延長，木材平衡含水率逐漸降低；在后續(xù)的研究中還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高溫熱處理后的木材尺寸穩(wěn)定性顯著提升[8]；高偉等[9]研究高溫熱處理對桉樹木材物理力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫熱處理的木材尺寸穩(wěn)定性明顯提升，但物理力學性能隨處理溫度提高和時間延長而逐漸降低。還有學者研究了高溫熱處理對桉樹木材密度、顏色和聲學振動等性能的影響[10-12]，但目前尚未見有關(guān)于高溫熱處理后桉樹木材機械加工性能變化的報道。本研究以8年生尾巨桉（Eucalyptusurophylla×E.grandis）木材為研究對象，探究高溫熱處理對尾巨桉木材機械加工性能的影響，以期為桉樹木材實木利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

桉樹木材采自廣西壯族自治區(qū)國有東門林場（107°46′E，22°19′N），采伐后取1.3～3.3 m 和5.3～7.3 m 木段加工成長200 cm、寬80 cm、厚3 cm 的鋸材。鋸材初始含水率為15.2%，將其置于干燥室內(nèi)，烘至含水率為10%后進行試驗。

試驗儀器為細木工帶鋸機（MJ346A，佛山市順德區(qū)新馬木工機械設(shè)備有限公司）、木工平刨床（MB504，佛山市順德區(qū)新馬木工機械設(shè)備有限公司）、寬帶砂光機（SRRP6300，四川省青城機械有限公司）、立式雙軸木工銑床（MX5317，順德市馬氏木工機械設(shè)備廠）、臺式鉆床（Z4013A，中山市翠山機械制造有限公司）和手持式表面粗糙度測定儀（HANDYSURFE-35A/B 型，東精精密設(shè)備（上海）有限公司）。

1.2 試樣高溫熱處理

在廣州綠澤木業(yè)有限公司對鋸材進行高溫熱處理，參考文獻[13]并結(jié)合實際生產(chǎn)進行高溫熱處理，反應(yīng)釜溫度為185 ℃，在0.1 MPa條件下保溫6 h。

1.3 木材機械加工性能的測定與評價

將經(jīng)過高溫熱處理的鋸材作為熱處理材，不經(jīng)過高溫熱處理的鋸材作為素材。依據(jù)《鋸材機械加工性能評價方法》（LY/T 2054—2012）[14]對鋸材的機械加工性能進行測定和評價。

1.3.1 刨削加工

試件尺寸為900 mm×100 mm×20 mm，試件數(shù)量為30 個。刨削深度為1.6 mm，主軸轉(zhuǎn)速為5 300 r/min，刀具數(shù)量為3，刨刀楔角為30°；直刀加工，一次刨削一個面，進料速度為6 m/min。

1.3.2 砂削加工

試件尺寸為900 mm×100 mm×20 mm，試件數(shù)量為30 個。砂帶目數(shù)為120 目，砂削深度為0.6 mm，進料速度為6 m/min，單面砂削。砂削后的試件隨機選取5 個，每個試件選取5 個點進行粗糙度測量，取平均值為表面粗糙度（Ra）。

1.3.3 銑削加工

試件尺寸為300 mm×80 mm×20 mm，試件數(shù)量為30個。順紋理方向一次銑削成型，主軸轉(zhuǎn)速為6 000 r/min，銑削深度為1.6 mm。

1.3.4 鉆削加工

試件尺寸為300 mm×80 mm×20 mm，試件數(shù)量為30 個。采用直徑25 mm 的麻花鉆，主軸轉(zhuǎn)速為500 r/min，每個試件加工2個孔。

1.3.5 機械加工性能評價

根據(jù)刨削缺陷的主要類型，將試件分為5 個級別；1 級為優(yōu)秀，不存在任何刨削缺陷；2 級為良好，存在輕微刨削缺陷，可通過120 目砂紙輕磨清除；3級為中等，存在較大的輕微刨削缺陷，仍可通過120目砂紙輕磨清除；4 級為較差，存在較大和較深的刨削缺陷，不能或很難通過砂紙清除；5 級為很差，存在嚴重刨削缺陷。1 級試件記為5 分，2 級試件記為4 分，3 級試件記為3 分，4 級試件記為2 分，5 級試件記為1 分；每個級別的分數(shù)和其級別所占百分比的乘積為試件的刨削質(zhì)量級別值。將刨削和砂削處理試件級別1的百分比記為刨削和砂削處理達標百分率，將銑削和鉆削處理試件的級別1 與級別2 百分比之和記為銑削和鉆削處理達標百分率，確定各處理的質(zhì)量級別（表1）；采用加權(quán)積分，刨削、砂削和銑削的加權(quán)數(shù)為2，鉆削加權(quán)數(shù)為1，每項處理的質(zhì)量級別乘以相應(yīng)加權(quán)數(shù)為該項得分，最后將4 項處理分數(shù)相加得到木材機械加工性能總分，滿分為30分。

2 結(jié)果與分析

2.1 刨削加工性能

素材經(jīng)刨削處理后沒有1 級試件，2、3 和4 級試件占比分別為43%、27%和30%，質(zhì)量等級值為3.13，達標百分率為0；熱處理材1、2和3級試件占比分別為30%、43%和27%，質(zhì)量等級值為4.03，達標百分率為30%（表2，圖1）。熱處理材1 級試件占比、1 + 2 級試件占比和試件達標百分率均高于素材，質(zhì)量等級值高出1.28 倍，說明熱處理可明顯提升尾巨桉木材的刨削性能。這是因為木材經(jīng)熱處理后，可較好避免因節(jié)子、早晚材差異和結(jié)構(gòu)不均勻等引起的毛刺、毛刺溝痕等缺陷[15]。

圖1 素材和熱處理材刨削加工（a：素材；b：熱處理材）Fig.1 Control woods and heat-treated woods after planing(a:Control wood;b:Heat-treated wood)

表2 素材和熱處理材刨削處理各級別占比Tab.2 Proportions of control woods and heat-treated woods with grade 1 to 5 after planning

尾巨桉素材的質(zhì)量等級值為3.13，刨削性能不理想，低于細葉桉（Eucalyptustereticornis，3.94）、巨桉（Eucalyptusgrandis，3.87）、尾葉桉（Eucalyptusurophylla，4.05）和粗皮桉（Eucalyptuspellita，4.26）[16]，這可能是因為尾巨桉木材易開裂變形。經(jīng)熱處理后，尾巨桉木材刨削質(zhì)量等級值為4.03，刨削等級為優(yōu)。

2.2 砂削加工性能

素材和熱處理材經(jīng)砂削處理后均只有1 級試件，達標百分率均為100%；素材砂削后表面粗糙度為2.90 μm，熱處理材為2.34 μm，略優(yōu)于素材（表3，圖2）。

圖2 素材和熱處理材砂削加工（a：素材；b：熱處理材）Fig.2 Control woods and heat-treated woods after sanding(a:Control wood;b:Heat-treated wood)

表3 素材和熱處理材砂削處理各級別占比Tab.3 Proportions of control woods and heat-treated woods with grade 1 to 5 after sanding

尾巨桉木材的砂削性能優(yōu)異，砂削達標百分率為100%，高于細葉桉（27.6%）、巨桉（63.4%）、尾葉桉（63.3%）和粗皮桉（18.8%）[16]。

2.3 銑削加工性能

素材經(jīng)銑削處理后沒有1 級試件，2、3 和4 級試件占比分別為50%、47%和3%，達標百分率為50%；熱處理材經(jīng)刨削處理后僅有2 級試件，達標百分率為100%（表4，圖3）。熱處理材的試件達標百分率高于素材，高出2.0 倍，說明熱處理可明顯提升尾巨桉木材的銑削性能。

圖3 素材和熱處理材銑削加工（a：素材；b：熱處理材）Fig.3 Control woods and heat-treated woods after milling(a:Control wood;b:Heat-treated wood)

表4 素材和熱處理材銑削處理各級別占比Tab.4 Proportions of control woods and heat-treated woods with grade 1 to 5 after milling

尾巨桉素材的銑削性能較一般，銑削達標百分率為50%，低于細葉桉（95.1%）、巨桉（100%）、尾葉桉（100%）和粗皮桉（58.2%）[16]。經(jīng)高溫熱處理后，尾巨桉木材的銑削達標百分率為100%，銑削性能優(yōu)異。

2.4 鉆削加工性能

素材經(jīng)鉆削處理后沒有1 級試件，2、3 和4 級試件占比分別為2%、75%和23%，達標百分率為2%；熱處理材經(jīng)鉆削處理后也沒有1 級試件，2、3 和4 級試件占比分別為53%、42%和5%，達標百分率為53%（表5，圖4）。熱處理材試件達標百分率高于素材，高出26.5 倍，說明熱處理可以明顯提升尾巨桉木材的鉆削性能。

圖4 素材和熱處理材鉆削加工（a：素材；b：熱處理材）Fig.4 Control woods and heat-treated woods after drilling(a:Control wood;b:Heat-treated wood)

表5 素材和熱處理材鉆削處理各級別占比Tab.5 Proportions of control woods and heat-treated woods with grade 1 to 5 after drilling

尾巨桉素材的鉆削性能不理想，達標百分率僅為2%，低于細葉桉（100%）、巨桉（90.0%）、尾葉桉（66.6%）和粗皮桉（88.4%）[16]；經(jīng)熱處理后，尾巨桉木材鉆削達標百分率提升至53%，但仍低于上述桉屬樹種，說明尾巨桉木材即使經(jīng)過高溫熱處理，其鉆削性能仍不夠理想。

2.5 綜合機械加工性能評價

素材和熱處理材的機械加工性能綜合得分分別為19 和27，熱處理材比素材高出42.11%（表6）。高溫熱處理可以提升尾巨桉木材的機械加工性能。經(jīng)高溫熱處理后，木材的半纖維素發(fā)生降解，其分子鏈的乙?；姿獬蔀榇姿?；纖維素分子鏈羥基之間發(fā)生“架橋”反應(yīng)，使木材內(nèi)部結(jié)晶度增加，這些變化促使木材物理性質(zhì)發(fā)生變化，可能是引起木材機械加工性能變化的原因[13,17-18]。

表6 木材機械加工性能綜合得分Tab.6 Comprehensive scores for machining performances of woods

與細葉桉（23）、巨桉（29）、尾葉桉（29）和粗皮桉（21）[16]相比，尾巨桉素材的機械加工性能綜合得分低，機械加工性能差；經(jīng)高溫熱處理后，尾巨桉木材的機械加工性能優(yōu)于細葉桉、粗皮桉，但仍低于巨桉、尾葉桉。

3 結(jié)論與討論

熱處理材的刨削質(zhì)量等級值比素材高出1.3倍；熱處理材的砂削達標百分率提升不明顯，表面粗糙度略微降低；熱處理材的銑削達標百分率比素材高出2.0 倍；熱處理材鉆削達標百分率比素材高出26.5 倍；熱處理材的機械加工性能綜合得分比素材高出42.11%。高溫熱處理可提升尾巨桉木材的機械加工性能，促進其實木利用。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：劉鑫負責試驗處理、數(shù)據(jù)分析和論文撰寫；劉衡負責試驗處理、論文修改；劉明德和唐慶負責試驗處理；符韻林負責研究計劃制定和論文修改。