不同樹齡米老排木材干燥工藝研究

趙湘玉 鐘 楷 陳川富 涂登云 胡傳雙 楊錦昌 尹光天

( 1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510642；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520)

米老排（Mytilaria laosensis）別名山油桐、殼菜果、三角楓，天然分布于我國(guó)兩廣、云南等?。ㄗ灾螀^(qū)）海拔1500 m以下地區(qū)[1]，具有生長(zhǎng)速度快、結(jié)構(gòu)細(xì)密、顏色和花紋美觀、適應(yīng)性較廣、抗性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，是一種亞熱帶地區(qū)優(yōu)良闊葉鄉(xiāng)土樹種[5-6]。經(jīng)研究測(cè)試，米老排的綜合品質(zhì)系數(shù)為3909×105Pa，其生態(tài)價(jià)值和木材性能均優(yōu)于杉木（Cunninghamia lanceolata）和馬尾松（Pinus massoniana）[7-8]，具有良好的應(yīng)用前景[9-11]。目前，米老排木材多應(yīng)用于制漿造紙、刨花板、膠合板等領(lǐng)域[12]。但由于人工林米老排木材在實(shí)木加工利用過(guò)程中存在應(yīng)力較大、尺寸不穩(wěn)定、干燥過(guò)程容易開裂變形等問(wèn)題[13]，極大限制了其加工利用。為實(shí)現(xiàn)米老排木材的實(shí)木化高效應(yīng)用，其干燥技術(shù)是必須克服的關(guān)鍵難題。因此，本研究通過(guò)百度實(shí)驗(yàn)法探究樹齡及樹高對(duì)米老排木材干燥特性的影響，制定不同樹齡及樹高的米老排混合干燥基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行干燥工藝優(yōu)化試驗(yàn)，以減少其在干燥過(guò)程中變形開裂、翹曲變形等缺陷，提高出材率，為米老排木材實(shí)木化利用奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)米老排木材在實(shí)木家具等領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

米老排原木采自廣西憑祥，選擇北坡同一海拔位置，根據(jù)GB/T 1927—2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》進(jìn)行采集。樹齡分別為7、14、21、28 a，各樹齡基本數(shù)據(jù)見表1，每個(gè)樹齡取3株。在每一株樣木上截取樹高分別為1.3～3.3、5.3～7.3 m的原木段作為實(shí)驗(yàn)用材，并分別標(biāo)記為A、B。

表1 米老排原木基本數(shù)據(jù)Table 1 The basic data of M. laosensis timber

原木鋸解成規(guī)格為200 mm×100 mm×20 mm四面刨光弦切板，各樹齡各取12塊無(wú)節(jié)疤等缺陷的試件，其中A、B段各6塊，共計(jì)48塊；試件含水率為125.44%～143.32%，符合百度實(shí)驗(yàn)法對(duì)含水率的要求，用于干燥特性試驗(yàn)。選擇規(guī)格為1200 mm×自然寬×30 mm的原木鋸材用于干燥工藝試驗(yàn)，初含水率為71.52%～82.33%，總量共計(jì)4 m3。從各樹齡、樹高米老排中各抽取8塊隨機(jī)試樣用于含水率及干燥質(zhì)量的測(cè)定。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

101A-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱（溫度范圍50～300 ℃，上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；BPS-100CL恒溫恒濕箱；ZKY-JS2400干燥窯（容積8 m3，廣州能源所）；電子秤（精度0.5 g）；電子天平（精度0.01 g）；塞尺（0.02～1.00 mm）；游標(biāo)卡尺（精度0.02 mm）；GTS10J精密推臺(tái)鋸等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 干燥特性

干燥特性實(shí)驗(yàn)采用百度試驗(yàn)法進(jìn)行。

1.3.2 干燥工藝實(shí)驗(yàn)

根據(jù)百度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，編制30 mm米老排木材干燥基準(zhǔn)表，見表2。參照LY/T 1068—2012《鋸材窯干工藝規(guī)程》中關(guān)于選材、堆垛、含水率檢驗(yàn)板制作、試驗(yàn)要求進(jìn)行，目標(biāo)含水率10%。

表2 米老排干燥基準(zhǔn)Table 2 Drying schedules for M. laosensi timber

1.3.3 干燥質(zhì)量檢測(cè)

依照GB/T 6491—2012《鋸材干燥質(zhì)量》對(duì)鋸材的順彎、瓦彎、翹曲、扭曲和縱裂等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)定等級(jí)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡米老排木材干燥基準(zhǔn)和干燥曲線

經(jīng)過(guò)干燥，30 mm厚米老排木材平均含水率從76.78%降至6.02%，干燥周期為16.12 d。米老排木材干燥曲線見圖1。由圖1可知，不同樹齡米老排木材干燥過(guò)程中干燥曲線相近，各階段干燥速度差異不大。

圖1 米老排木材干燥曲線Fig. 1 Drying curve of M. laosensi timber

2.2 干燥特性

米老排干燥特性見表3。由表3可知，初期開裂是米老排木材的主要干燥缺陷，所有裂痕均為細(xì)裂，無(wú)寬裂、貫通裂，初期開裂綜合等級(jí)為5級(jí)。隨著樹齡的增長(zhǎng)，中短表裂數(shù)量逐漸增多，長(zhǎng)表裂長(zhǎng)度逐漸增大。同時(shí)，在同一樹齡、不同樹高方面也存在著一定的規(guī)律性，與下端木材相比，上端的木材在干燥過(guò)程中更容易出現(xiàn)開裂變形。利用SPSS軟件對(duì)表3進(jìn)行單因素方差分析可知（表4），樹齡及樹高對(duì)米老排木材的內(nèi)裂影響不顯著，內(nèi)部開裂均較少，內(nèi)部開裂等級(jí)為2級(jí)。

表3 米老排木材干燥缺陷等級(jí)Table 3 The drying defects and grades of M. laosensi timber

表4 米老排木材干燥缺陷等級(jí)方差分析Table 4 Variance analysis of drying defects and grades of M. laosensi timber

米老排木材截面變形屬中等水平，總體等級(jí)均為2～3級(jí)，所有試材均呈現(xiàn)兩邊厚中間薄的現(xiàn)象，但幼齡材的截面變形較大；隨著樹齡的增長(zhǎng)，米老排木材的截面變形程度有減小的趨勢(shì)。這是由于幼齡材木材細(xì)胞壁薄，干燥時(shí)容易產(chǎn)生塌陷。不同樹高也會(huì)影響截面變形，與下端相比，上端木材截面變形程度較為嚴(yán)重，但當(dāng)木材逐漸成熟后，整體的截面變形趨于穩(wěn)定，上下端木材無(wú)明顯區(qū)別。

米老排木材平均扭曲等級(jí)程度達(dá)到了4～5級(jí)，而同樹齡下端木材僅為2～4級(jí)。樹齡對(duì)米老排木材扭曲度影響顯著（A段：P=0.06；B段：P=0.025），隨樹齡的增長(zhǎng)，扭曲變形的程度越嚴(yán)重。同時(shí)，在同一樹齡中，上端木材的扭曲程度較下端木材嚴(yán)重，出現(xiàn)明顯的扭曲變形。翹曲變形綜合等級(jí)均為2級(jí)，樹齡對(duì)上端木材翹曲度影響顯著（P=0.006），各樹齡米老排中A段翹曲度略大于B段。

在干燥速度方面，7、14、21、28 a米老排木材從30%到5%的平均速度分別為：2.77%/h、2.89%/h、2.16%/h、1.46%/h。根據(jù)百度試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定的7、14、21、28 a米老排木材干燥速度等級(jí)分別為1級(jí)、1級(jí)、2級(jí)、2級(jí)，干燥速度綜合等級(jí)為2級(jí)，屬易干木材。

各樹齡米老排木材的初期開裂綜合等級(jí)為5級(jí)，內(nèi)部開裂為2級(jí)，截面變形為3級(jí)。根據(jù)各缺陷對(duì)應(yīng)的初步條件，綜合評(píng)定米老排干燥基準(zhǔn)的基本條件，同時(shí)為避免干燥缺陷，應(yīng)針對(duì)可能出現(xiàn)的各種缺陷合理調(diào)整各階段的干濕球溫度，最終將干燥初期溫度設(shè)定為40 ℃，初期干濕球溫度差設(shè)定為2 ℃，干燥末期溫度設(shè)定為70 ℃，以保證干燥質(zhì)量。

2.3 干燥質(zhì)量

參照GB/T 6491—2012《鋸材干燥質(zhì)量》的要求對(duì)米老排的可見干燥缺陷質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，見表5。

表5 米老排木材干燥質(zhì)量Table 5 Drying quality of M. laosensi timber

由表5可知，各樹齡米老排木材的順彎度、橫彎度差異較小，單項(xiàng)質(zhì)量等級(jí)均為1級(jí)。與干燥特性試驗(yàn)時(shí)有相同的規(guī)律，米老排木材的瓦彎度隨著樹齡的增長(zhǎng)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，單項(xiàng)等級(jí)均為2級(jí)；而扭曲度則隨著樹齡的增長(zhǎng)逐漸增大，單項(xiàng)等級(jí)為2級(jí)?？v裂度隨著樹齡的增長(zhǎng)略微增大，單項(xiàng)質(zhì)量等級(jí)為2級(jí)。所有樹齡的米老排木材均無(wú)內(nèi)裂情況，單項(xiàng)質(zhì)量等級(jí)為1級(jí)。各樹齡米老排木材的可見干燥缺陷綜合質(zhì)量等級(jí)為2級(jí)。各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以滿足實(shí)木加工質(zhì)量的要求。米老排木材在干燥過(guò)程中僅出現(xiàn)少部分縱裂，并無(wú)出現(xiàn)內(nèi)裂現(xiàn)象，說(shuō)明干燥基準(zhǔn)中所設(shè)置的溫濕度、預(yù)熱處理、中間處理及終了處理等參數(shù)較為合理。

3 結(jié)論

1）米老排木材的干燥初期開裂綜合等級(jí)為5級(jí)，內(nèi)部開裂為2級(jí)，截面變形為3級(jí)，扭曲為5級(jí)，翹曲變形為2級(jí)，干燥速度為2級(jí)。

2）米老排木材隨著樹齡的增長(zhǎng)，短表裂數(shù)量增多，長(zhǎng)表裂長(zhǎng)度增大，樹齡對(duì)內(nèi)裂及翹曲度影響不顯著。樹齡對(duì)米老排木材干燥變形影響顯著，截面變形程度隨樹齡增長(zhǎng)而減緩，扭曲度隨樹齡增加而變大。在同一樹齡中，上端木材的扭曲程度較下端木材更嚴(yán)重，下端木材的翹曲度較上段木材更嚴(yán)重。

3）采用本研究的干燥工藝，30 mm厚米老排木材從初含水率76.78%降至6.02%，干燥周期為16.12 d?？梢姼稍锶毕菥C合質(zhì)量等級(jí)為2級(jí)，可滿足實(shí)木制品質(zhì)量要求。