檸檬桉和鄧恩桉木材干燥特性的初步探索

檸檬桉和鄧恩桉木材干燥特性的初步探索

木材干燥是木材加工的重要因素。合理的干燥標(biāo)準(zhǔn)是保證木材干燥質(zhì)量的先決條件。檸檬桉(E.Citriodora)和鄧恩桉(E.dunn)作為一重要的速生樹(shù)種,自從我國(guó)從澳大利亞引種以來(lái),到目前為止,在廣西得到了廣泛地栽培,資源較為豐富,但因鋸材易收縮、變形、較難干燥等諸多原因,致使這種木材未能得到有效的開(kāi)發(fā)利用。為了更好地利用這種木材,筆者采用百度試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn),首次摸清了這兩種桉樹(shù)的干燥特性,并提出了參考干燥基準(zhǔn),為生產(chǎn)實(shí)踐中實(shí)際干燥基準(zhǔn)的制訂提供了試驗(yàn)依據(jù)。1試驗(yàn)材料和方法1.1材料表面試驗(yàn)所用的試材采自于柳州廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)習(xí)林場(chǎng)。共采伐6株,檸檬桉和鄧恩桉各3株。1.2試驗(yàn)設(shè)備和工具DF204型鼓風(fēng)式電熱恒溫干燥箱;JA31002型電子天平;游標(biāo)卡尺及千分尺。1.3測(cè)試方法1.3.1試件內(nèi)容和缺陷試件四面刨光后的凈尺寸為200mm×100mm×20mm(長(zhǎng)×寬×厚)。每一樹(shù)種取弦鋸板4塊(編號(hào)1、2、3、4),徑鋸板和中心板試件各2塊。其中弦鋸板作為研究木材干燥特性的依據(jù),徑鋸板和中心板作對(duì)比實(shí)驗(yàn)。為了使試件能有較好的代表性,根據(jù)百度試驗(yàn)法的要求,弦鋸板從介于邊材和髓心中間部位的板材中鋸取,且試件無(wú)變色、節(jié)子、蟲(chóng)眼等可見(jiàn)缺陷。試件制好后用塑料袋包裝密封備用。1.3.2測(cè)量點(diǎn)位置設(shè)計(jì)試件制成后在干燥前測(cè)量實(shí)際尺寸,精確至0.1mm。長(zhǎng)度沿中心測(cè)量,寬度在兩端頭附近測(cè)量,厚度在四角附近測(cè)量,然后各取其平均值,并計(jì)算生材體積。在測(cè)量時(shí)標(biāo)明測(cè)點(diǎn)位置,確保后續(xù)各次測(cè)量在同一位置進(jìn)行。試件用天平稱重,精確至0.1g。1.3.3試件過(guò)程裂紋的觀察和記錄將測(cè)量和稱重后的試件豎直放入鼓風(fēng)式電熱恒溫干燥箱中,在(103±2)℃的溫度下進(jìn)行干燥。在干燥過(guò)程中定時(shí)取出試件觀察、稱重,并觀測(cè)、記錄試件的初期開(kāi)裂的發(fā)生和發(fā)展情況,把裂紋發(fā)展?fàn)顩r記在試件上,并做詳細(xì)記錄(每條裂紋的長(zhǎng)度、寬度及類型)。同時(shí)在干燥過(guò)程中將瓦彎、翹曲等缺陷記錄下來(lái)。開(kāi)始1次/h,待裂紋開(kāi)始愈合后1次/4h。待測(cè)得2次重量基本不變時(shí),停止烘干。1.3.4干縮性及含水率測(cè)定將干燥好的試件平放在玻璃板上,使三個(gè)角著板,量其另一角偏離平板的高度(精確至0.1mm),以確定扭曲等級(jí)。在原標(biāo)記的各測(cè)量點(diǎn)重新測(cè)量試件的長(zhǎng)、寬、厚,以此計(jì)算干縮程度。將試件稱重,并從中間鋸取15mm寬的含水率試片,用烘干法測(cè)定其含水率并計(jì)算出試件的全干重及基本密度。在已烘干試件新截?cái)嗝鏅z查內(nèi)裂情況及材面凹陷程度,材面凹陷的大小程度取側(cè)邊厚度與鄰邊下凹最大處厚度之差,精確至0.1mm。然后按照資料所提供的干燥缺陷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),確定干燥缺陷等級(jí)。再根據(jù)各干燥缺陷等級(jí)確定與之相應(yīng)的干燥條件(見(jiàn)表1),初步列出這兩種桉樹(shù)的干燥基準(zhǔn)。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1拉拔試驗(yàn)件的裂紋發(fā)育特點(diǎn)本試驗(yàn)中,由于干球溫度高達(dá)100℃,且相對(duì)濕度很低,在干燥剛開(kāi)始時(shí),木材表面水分蒸發(fā)很快,形成試件內(nèi)外很高的含水率差,因而極易產(chǎn)生初期開(kāi)裂。本試驗(yàn)的兩種桉樹(shù)試件在進(jìn)箱2h后,所有的弦鋸板上都出現(xiàn)了端裂、端表裂及表裂。隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行,木材表層含水率進(jìn)一步降低,內(nèi)外的含水率梯度逐漸加大,所有裂紋的長(zhǎng)度及寬度也逐漸變大,裂紋的數(shù)目也逐漸增多。當(dāng)含水率降至30%左右時(shí),所有的初期開(kāi)裂都不再發(fā)展。以后隨著干燥過(guò)程的延續(xù),木材內(nèi)部的結(jié)合水開(kāi)始向外擴(kuò)散移動(dòng),木材內(nèi)部也開(kāi)始收縮,試件內(nèi)的壓應(yīng)力逐漸減小。當(dāng)干燥到一定階段后,由于木材內(nèi)外發(fā)生殘余變形的原因,木材內(nèi)外的應(yīng)力分布呈現(xiàn)內(nèi)拉外壓的狀態(tài),從而使得木材的初期開(kāi)裂逐漸愈合。干燥結(jié)束后,兩種木材幾乎所有初期開(kāi)裂都基本閉合(除部分貫通裂外)。4塊徑鋸板在整個(gè)干燥過(guò)程中都未發(fā)現(xiàn)初期開(kāi)裂。中心板發(fā)現(xiàn)有初期開(kāi)裂,但其開(kāi)裂程度小于弦鋸板,且裂紋主要集中在髓心附近。其原因估計(jì)是因?yàn)槟静乃栊臑楸”诮M織束,強(qiáng)度非常低,在干燥過(guò)程中很容易開(kāi)裂。干燥過(guò)程結(jié)束后,統(tǒng)計(jì)出各種初期開(kāi)裂的數(shù)量、長(zhǎng)度及寬度(以干燥過(guò)程中的最大值計(jì)算),然后根據(jù)百度試驗(yàn)法所示的干燥特性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)。鄧恩桉為3級(jí),檸檬桉為3～4級(jí)。2.2內(nèi)裂的發(fā)生情況在木材干燥的后期,由于木材表面硬化及內(nèi)外層同時(shí)發(fā)生不同性質(zhì)的殘余變形會(huì)引起內(nèi)裂。在本試驗(yàn)中,兩種桉樹(shù)都發(fā)生了內(nèi)裂。其中弦鋸板和中心板的內(nèi)裂數(shù)量較多,而徑鋸板很少。4塊徑鋸板中僅發(fā)現(xiàn)了2條內(nèi)裂。經(jīng)評(píng)定,檸檬桉內(nèi)裂的特性等級(jí)為2～3級(jí),鄧恩桉的內(nèi)裂等級(jí)為3～4級(jí)。2.3截面變形的值試驗(yàn)結(jié)束后,將試件從中間鋸開(kāi),測(cè)量截面變形的值,再根據(jù)百度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明:檸檬桉弦鋸板截面變形的值介于1.00～3.50mm之間,平均值為2.11mm;徑鋸板和中心板的截面變形平均值分別為5.63mm和3.23mm;評(píng)定等級(jí)為3級(jí)。鄧恩桉弦鋸板截面變形的值介于4.90～6.40mm之間,平均值為5.72mm;徑鋸板和中心板的截面變形的平均值分別為6.20mm和6.86mm;評(píng)定等級(jí)為5級(jí)。2.4不同板面的扭曲情況由于在構(gòu)造上的各向異性,木材在不同方向上的干縮系數(shù)不同,造成了在干燥過(guò)程中試件會(huì)產(chǎn)生彎曲或翹曲變形。在百度試驗(yàn)中,由于所用試件為弦鋸板,故靠近樹(shù)皮的板面比靠近髓心的板面收縮率大,而形成與年輪方向相反的瓦彎。經(jīng)統(tǒng)計(jì),檸檬桉弦鋸板的扭曲值介于0.50～1.78mm之間,平均值為1.02mm;徑鋸板扭曲平均值為0.70mm,中心板的扭曲平均值為3.21mm;等級(jí)評(píng)定為2級(jí)。鄧恩桉弦鋸板的扭曲值介于2.00～5.30mm之間,平均值為4.01mm;徑鋸板扭曲平均值為3.35mm,中心板的扭曲平均值為2.82mm;等級(jí)評(píng)定為3級(jí)。2.5各弦鋸板干燥時(shí)間的確定為了了解這兩種桉樹(shù)的干燥速度,參照有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)它們的干燥速度進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,檸檬桉各弦鋸板從含水率30%干燥到5%左右所需時(shí)間介于24～29h間,均值約為26h,等級(jí)評(píng)定為4級(jí)。鄧恩桉所需時(shí)間介于25～29h,均值約為27h,等級(jí)評(píng)定亦為4級(jí)。由此可見(jiàn)這兩種桉樹(shù)的干燥速度均較慢。對(duì)應(yīng)的干燥過(guò)程曲線見(jiàn)圖1。檸檬桉及鄧恩桉的干燥綜合特性匯總于表2。2.6桉樹(shù)不同等級(jí)的木材尺寸在本試驗(yàn)中,運(yùn)用式1對(duì)兩種桉樹(shù)從生材狀態(tài)干燥至絕干狀態(tài)的徑向、弦向、體積平均干縮系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,其結(jié)果見(jiàn)表3。參考有關(guān)體積干縮系數(shù)和差異干縮分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),這兩種桉樹(shù)干縮性的特性等級(jí)均為5級(jí)。檸檬桉干縮不均勻性的特性等級(jí)為5級(jí),鄧恩桉的為4級(jí)。式中:K一木材徑向、弦向、體積干縮系數(shù)L0—木材初含水率(即生材含水率)時(shí)的尺寸(含徑向、弦向、體積)L1—木材絕干時(shí)的尺寸(含徑向、弦向、體積)由試驗(yàn)數(shù)據(jù)和表3可知,這兩種桉樹(shù)從生材狀態(tài)干至絕干時(shí)的尺寸收縮和干縮系數(shù)之大超乎預(yù)料。估計(jì)其原因是這兩種木材初含水率高,且因速生,一般強(qiáng)度較低,在干燥條件劇烈的情況下,容易發(fā)生皺縮現(xiàn)象,故收縮不僅僅發(fā)生在細(xì)胞壁,細(xì)胞腔也發(fā)生了塌陷收縮(試驗(yàn)中,板面出現(xiàn)較嚴(yán)重的皺縮)。所以這兩種桉樹(shù)在高含水率階段干燥時(shí),溫度不宜過(guò)高。引起皺縮的原因可能有3種:水分排除過(guò)快,細(xì)胞內(nèi)形成真空;巨大的毛細(xì)張力;表面因收縮而產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力。至于具體是怎樣形成的,還有待于進(jìn)一步研究。2.7桉樹(shù)木材的干燥條件和基準(zhǔn)根據(jù)百度試驗(yàn)所得的木材綜合干燥特性等級(jí)(見(jiàn)表2),參考與各干燥缺陷等級(jí)相對(duì)應(yīng)的干燥條件,可以初步確定這兩種桉樹(shù)木材(2cm厚)的干燥條件和干燥基準(zhǔn)。兩種桉樹(shù)木材的軟硬基準(zhǔn)見(jiàn)表4和表5。表中所列基準(zhǔn)只是試驗(yàn)參考基準(zhǔn),至于哪個(gè)基準(zhǔn)最為合適,還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐。3各桉樹(shù)木材的干縮特性3.1兩種桉樹(shù)木材的初期開(kāi)裂較為嚴(yán)重。檸檬桉對(duì)應(yīng)的特性等級(jí)為3～4級(jí),鄧恩桉的為3級(jí)。3.2兩種桉樹(shù)木材在干燥過(guò)程中都產(chǎn)生了不同程度的內(nèi)裂,鄧恩桉的內(nèi)裂比檸檬桉嚴(yán)重,分別評(píng)為3～4級(jí)和2～3級(jí)。3.3鄧恩桉的截面變形非常嚴(yán)重,特性等級(jí)為5級(jí)。檸檬桉為3級(jí)。3.4檸檬桉和鄧恩桉在干燥過(guò)程中扭曲變形較顯著,對(duì)應(yīng)的干燥特性等級(jí)分別為2級(jí)和3級(jí)。3.5兩種桉樹(shù)木材從含水率為30%降至5%的過(guò)程中,干燥速度都慢,干燥時(shí)間介于21～30h間,對(duì)應(yīng)的特性等級(jí)為4級(jí)。3