觀光木木材干燥特性研究

符韻林，邱炳發(fā)，韋鵬練，廖克波，劉曉玲，袁振雙

（1.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西良鳳江國家森公園，廣西 南寧 530031）

觀光木Tsoongiodendron odorum別名觀光木蘭、宿軸木蘭、香花木、香花楠，系木蘭科Magnoliaceae觀光木屬Tsoongiodendron常綠喬木，是中國特有的古老孑遺樹植物，木蘭科的單種屬植物，國家二級(jí)保護(hù)樹種［1－3］，主要分布于貴州、湖南、江西南部、福建、廣東、廣西、海南、云南東南部及臺(tái)灣等地，越南北部也有分布［4－5］。該樹種樹干通直，自然整枝良好，樹形優(yōu)美，高可達(dá)20 m以上，胸徑可達(dá)1 m以上［2］；生長迅速，20年生的觀光木年平均樹高年均生長量達(dá)0.83 m，年均胸徑生長達(dá)1.04 cm，是亞熱帶闊葉樹的佼佼者［4］。其木材紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，易加工，干燥后，少開裂，是建筑、家具、樂器和細(xì)木工等的優(yōu)良珍貴用材［6］。關(guān)于觀光木的培育、生長規(guī)律及生物學(xué)特性等已有相關(guān)報(bào)道，但尚未看到有關(guān)觀光木木材干燥特性的研究。觀光木材質(zhì)優(yōu)良，用途廣泛，要對(duì)其進(jìn)行加工利用首要解決的是木材的干燥問題。本研究主要研究觀光木的木材干燥特性，并擬定預(yù)測(cè)干燥基準(zhǔn)，為觀光木的開發(fā)利用做理論儲(chǔ)備。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)采用觀光木弦切板，取材于廣西南寧市良鳳江國家森林公園，共采伐6株，胸徑16～28 cm。從樹干胸高處向上鋸取2 m長的原木，鋸解成為200 mm×100 mm×20 mm（L×W×H）的標(biāo)準(zhǔn)弦切板和徑切板，四面刨光。取無可見缺陷的弦切板8塊，徑切板和中心板各2塊。其中弦切板用來評(píng)判木材干燥特性的等級(jí)，徑切板和中心板作對(duì)比試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照百度試驗(yàn)法進(jìn)行。具體步驟如下：①干燥開始前。在試件上標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量試件的實(shí)際尺寸，精確至0.1 mm；用電子天平稱量，精確至0.1 g。②干燥試驗(yàn)。將測(cè)量和稱量后的試件沿紋理方向水平豎立于干燥箱內(nèi)，在（100±2）℃的條件下進(jìn)行干燥。觀察干燥過程中試件初期端裂和表面開裂情況。試驗(yàn)開始隔0.5 h觀測(cè)1次，2次后轉(zhuǎn)入隔1 h觀測(cè)1次；6 h后隔2 h觀測(cè)1次；當(dāng)裂縫開始愈合時(shí)，隔6 h觀測(cè)1次。每次觀測(cè)的同時(shí)還稱量，記錄水分的變化情況。③干燥結(jié)束。待測(cè)得2次質(zhì)量基本不變時(shí)，停止烘干。將試件稱量，測(cè)量扭曲、順彎、瓦彎等后期變形情況。然后沿長度方向的中央鋸取15 mm寬的含水率試片，測(cè)定其含水率并推算出試件的全干質(zhì)量。在已烘干試樣的新截?cái)嗝鏅z查內(nèi)裂狀況及截面變形程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 確定觀光木木材干燥缺陷等級(jí)

根據(jù)干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照文獻(xiàn)［7－9］確定觀光木試件的缺陷等級(jí)。主要考察的指標(biāo)有初期開裂、內(nèi)裂、截面變形和扭曲變形，其對(duì)應(yīng)的缺陷等級(jí)分別為3級(jí)、1級(jí)、1級(jí)和3級(jí)。

2.2 干燥特性分析

2.2.1 初期開裂 觀光木的初期開裂主要為端裂和端表裂，有表裂、貫通裂出現(xiàn)，但數(shù)量較少。在第1次觀察中（進(jìn)烘箱0.5 h），未發(fā)現(xiàn)有任何裂紋；1 h后，除2號(hào)弦切板外，其余所有試件均產(chǎn)生了端裂，但裂紋的長度和寬度均較小，開裂等級(jí)為1級(jí)；此后，隨著干燥的進(jìn)行，裂紋的數(shù)量及長度迅速發(fā)展。大約在5～6 h時(shí)，初期開裂發(fā)展到最大值，此時(shí)的含水率為27%～34%，開裂等級(jí)達(dá)到3級(jí)。8～10 h后裂紋開始愈合，到結(jié)束干燥時(shí)，除中心板和徑切板尚有較為明顯的裂紋外，其余試件基本都愈合。根據(jù)試驗(yàn)觀察，初期開裂是觀光木的主要干燥缺陷，因此干燥時(shí)要注意干燥條件的控制，盡量避免初期開裂的產(chǎn)生，以確保干燥質(zhì)量。

2.2.2 內(nèi)部開裂 內(nèi)裂主要起因于干燥引起的表面硬化和干燥應(yīng)力，常發(fā)生在干燥后期，與干燥初期的干燥條件及末期溫度有關(guān)，特別是較為嚴(yán)重的表裂會(huì)向內(nèi)部延伸引起內(nèi)裂［8］。干燥試驗(yàn)結(jié)束后觀察，所有試件均未產(chǎn)生內(nèi)裂，其等級(jí)為1級(jí)。

2.2.3 截面變形 試驗(yàn)表明，觀光木的截面變形程度比較輕，弦切板截面變形值為0.32～0.74 mm，平均值為0.48 mm，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)。

2.2.4 扭曲和彎曲變形 試驗(yàn)結(jié)果表明，觀光木弦切板的扭曲值為2.00～6.00 mm，平均為3.50 mm，評(píng)定等級(jí)為3級(jí)。彎曲變形中瓦彎最為嚴(yán)重，弦切板為0.82～2.05 mm，平均為1.27mm；中心板和徑切板的瓦彎變形平均值分別為0.95 mm和1.52 mm。

2.2.5 干燥速度 觀光木干燥過程中含水率變化曲線見圖1。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，試件的含水率初始時(shí)平均為98.3%，干燥結(jié)束時(shí)平均為0.96%，全程用時(shí)52 h，其全程干燥速度平均為1.87%·h－1；含水率由初始值降至30%平均用時(shí)5.6 h，該過程的平均干燥速度為12.13%·h－1；各弦切板試材含水率從30%降至5%所需時(shí)間為 9.6～12.7 h，平均用時(shí) 10.1 h，平均干燥速度為 2.46%·h－1。據(jù)百度試驗(yàn)法干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［10－11］，觀光木木材干燥速度等級(jí)評(píng)定為2級(jí)，干燥速度較快。

2.2.6 干縮特性 根據(jù)試件干燥前后的尺寸變化計(jì)算得觀光木的線干縮率為弦向5.77%，徑向5.56%，對(duì)應(yīng)的干縮系數(shù)分別為0.199%和0.191%。弦向與徑向的干縮比值為1.04＜1.5［12］，說明觀光木在干燥過程中產(chǎn)生翹曲和開裂的趨勢(shì)相對(duì)較小。觀光木的體積干縮率為11.24%，干縮系數(shù)為0.389%＜0.450%［13］，根據(jù)材性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬小。

圖1 觀光木含水率變化曲線Figure 1 Curve of moisture change

2.3 編制觀光木木材干燥基準(zhǔn)

通過試驗(yàn)獲得了3種主要干燥缺陷的等級(jí)程度之后，參照與該項(xiàng)缺陷等級(jí)相對(duì)應(yīng)的干燥條件［7］確定觀光木木材干燥的初期溫度、初期干濕球溫度差及末期溫度見表1，從中選出各溫度和干濕球溫差最低條件作為確定觀光木木材干燥基準(zhǔn)的基本條件［7］。

表1 試件干燥初步條件Table 1 Preliminary drying conditions of samples

根據(jù)表1確定：初期溫度為60℃，干燥初期干濕球溫差為3～7℃，終期溫度為90℃。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初期開裂和扭曲變形是觀光木的主要干燥缺陷，因此在制定干燥基準(zhǔn)時(shí)要重點(diǎn)考慮針對(duì)這2項(xiàng)干燥缺陷，合理安排各含水率階段的溫濕度變化，以保證干燥質(zhì)量。

木材初期開裂程度一般與干燥初期干濕球溫度差關(guān)系最大，與初期溫度關(guān)系次之，與末期溫度和末期干濕球溫度差關(guān)系最小［7］。扭曲變形主要是由于交錯(cuò)紋理造成的，在制定工藝基準(zhǔn)時(shí)要考慮適當(dāng)調(diào)低后期溫度［11］。因而在對(duì)觀光木進(jìn)行干燥時(shí)，前期的干濕球溫度差不宜過大，升溫不宜過快，可有效避免初期開裂的出現(xiàn)；中期升溫幅度及干濕球溫度差可適當(dāng)加大，以提高干燥效率；同時(shí)為了防止扭曲變形的發(fā)生，對(duì)終期溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)低處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，初期開裂多集中在含水率64%左右出現(xiàn)，27%左右趨于穩(wěn)定。故含水率在64%以上時(shí)，干球溫度為60℃，干濕球溫度差為3℃；含水率在64%～27%時(shí)，各階段緩慢升溫，之后的升溫幅度可適當(dāng)加大，以提高干燥效率。查含水率與干濕球溫度差關(guān)系表［7］，可以得出鋸材的干燥基準(zhǔn)；一般成材干燥多為家具用材，故而制定25～30 mm厚觀光木木材干燥基準(zhǔn)。最終干燥基準(zhǔn)見表2。

表2 百度試驗(yàn)法確定的觀光木木材（25～30 mm）干燥基準(zhǔn)Table 2 Drying schedule determined by 100℃test for 25-30 mm Tsoongiodendron odorum wood

3 結(jié)論

百度試驗(yàn)結(jié)果表明，觀光木的干燥速度較快，含水率由30%降至5%所需時(shí)間為9.59～12.70 h，對(duì)應(yīng)的特性等級(jí)為2級(jí)。

干燥試驗(yàn)中觀光木試件的截面變形程度輕，無內(nèi)裂。2項(xiàng)缺陷的等級(jí)均為1級(jí)。

初期開裂和扭曲變形是觀光木的主要干燥缺陷，2項(xiàng)缺陷等級(jí)均達(dá)到3級(jí)。因此干燥初期干濕球溫度差不能太大，以避免初期開裂的產(chǎn)生；后期溫度亦不可過高，以減少扭曲變形。

觀光木體積干縮系數(shù)小，弦向與徑向干縮差異不大，干燥過程中產(chǎn)生翹曲和開裂的趨勢(shì)相對(duì)較小。制定了25～30 mm厚觀光木木材的干燥基準(zhǔn)。

［1］郭承則.珍稀瀕危樹種觀光木的引種研究［J］.湖南林業(yè)科技，1996，23（3）：67－68.GUO Chengze.Research on the introdution of the rare and endangered tree species Tsoongiodendron odorum［J］.J Hunan For Sci Technol，1996，23（3）：67－68.

［2］杜鈴，周菊珍，藍(lán)田，等.觀光木的采種育苗技術(shù)［J］.廣西林業(yè)科學(xué)，2001，30（2）：101.DU Ling，ZHOU Juzhen，LAN Tian，et al.Technique of seed collection and seeding cultivation of Tsoongiodendron odorum ［J］.Guangxi For Sci，2001，30（2）：101.

［3］馮祥麟，胡剛，宋慶明，等.觀光木引種栽培研究初報(bào)［J］.林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2008（增刊1）：38－40.FENG Xianglin，HU Gang，SONG Qingming，et al.Primary research on introduction and cultivation of Tsoongiodendron odorum ［J］.Pract For Technol，2008（supp 1）：38－40.

［4］邱德英，彭春良，康用權(quán)，等.優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種觀光木選育與栽培技術(shù)研究［J］.湖南林業(yè)科技，2009，36（2）：19－21.QIU Deying，PENG Chunliang，KANG Yongquan，et al.Research on the breeding and cultivation technique of Tsoongiodendron odorum ［J］.J Hunan For Sci Technol，2009，36（2）：19－21.

［5］葉書有.優(yōu)良觀賞樹種——觀光木生物學(xué)特性及栽培技術(shù)［J］.林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2009（1）：55－56.YE Shuyou.Biotic features and planting technology of the excellent ornamental trees Tsoongiodendron odorum［J］.Pract For Technol，2009（1）：55－56.

［6］池毓章.觀光木播種苗生長規(guī)律及育苗技術(shù)研究［J］.福建林業(yè)科技，2007，34（1）：122－125.CHI Yuzhang.The study on growth regularity and the technology of grow seedings of Tsoongiodendron odorum Chun［J］.J Fujian For Sci Technol，2007，34（1）：122－125.

［7］杜洪雙，唐朝發(fā)，李杉，等.百度試驗(yàn)確定干燥基準(zhǔn)在鐵木上的應(yīng)用［J］.木材加工機(jī)械，2003（4）：19－23.DU Hongshuang，TANG Chaofa，LI Shan，et al.Defining the drying schedule being used in hop-hornbeam with 100 ℃test method ［J］.Wood Proc Machin，2003（4）：19－23.

［8］劉元，吳義強(qiáng)，喬建政，等.桉樹人工林木材的干燥特性及干燥基準(zhǔn)研究［J］.中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22（4）：44－49.LIU Yuan，WU Yiqiang，QIAO Jianzheng，et al.A study of drying characteristics and drying schedules of eucalyptus plantation wood ［J］.J Central South For Univ，2002，22（4）：44－49.

［9］何清慧.木材干燥基準(zhǔn)簡易確定法——百度試驗(yàn)法［J］.木材工業(yè)，1998，12（6）：39－41.HE Qinghui.A simple determination method of wood drying schedule：100 ℃ drying test method ［J］.China Wood Ind，1998，12（6）：39－41.

［10］李賢軍,李延軍,張星光.檸檬桉和鄧恩桉木材干燥特性初探［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2004，31（2）：11－17.LI Xianjun，LI Yanjun，ZHANG Xingguang.Study on rying characters of E.citriodora and E.dunn ［J］.China For Prod Ind，2004，31（2）：11－17.

［11］李娜，何定華，滕通濂.5種福建闊葉樹材的干燥特性［J］.木材工業(yè)，1993，7（1）：30－33.LI Na，HE Dinghua，TEN Tonglian.Drying characters of five Fujian hardwoods［J］.China Wood Ind，1993，7（1）：30－33.

［12］徐有明.木材學(xué)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2006.

［13］劉一星.中國東北地區(qū)木材性質(zhì)與用途手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.