觀光木木材干燥特性研究

符韻林，邱炳發，韋鵬練，廖克波，劉曉玲，袁振雙

（1.廣西大學 林學院，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，國家二級保護樹種［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，樹形優美，高可達20 m以上，胸徑可達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0.83 m，年均胸徑生長達1.04 cm，是亞熱帶闊葉樹的佼佼者［4］。其木材紋理直，結構細，易加工，干燥后，少開裂，是建筑、家具、樂器和細木工等的優良珍貴用材［6］。關于觀光木的培育、生長規律及生物學特性等已有相關報道，但尚未看到有關觀光木木材干燥特性的研究。觀光木材質優良，用途廣泛，要對其進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，并擬定預測干燥基準，為觀光木的開發利用做理論儲備。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本實驗采用觀光木弦切板，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）的標準弦切板和徑切板，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。其中弦切板用來評判木材干燥特性的等級，徑切板和中心板作對比試驗。

1.2 試驗方法

試驗按照百度試驗法進行。具體步驟如下：①干燥開始前。在試件上標記測量點，測量試件的實際尺寸，精確至0.1 mm；用電子天平稱量，精確至0.1 g。②干燥試驗。將測量和稱量后的試件沿紋理方向水平豎立于干燥箱內，在（100±2）℃的條件下進行干燥。觀察干燥過程中試件初期端裂和表面開裂情況。試驗開始隔0.5 h觀測1次，2次后轉入隔1 h觀測1次；6 h后隔2 h觀測1次；當裂縫開始愈合時，隔6 h觀測1次。每次觀測的同時還稱量，記錄水分的變化情況。③干燥結束。待測得2次質量基本不變時，停止烘干。將試件稱量，測量扭曲、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，測定其含水率并推算出試件的全干質量。在已烘干試樣的新截斷面檢查內裂狀況及截面變形程度。

2 結果與分析

2.1 確定觀光木木材干燥缺陷等級

根據干燥試驗數據，參照文獻［7－9］確定觀光木試件的缺陷等級。主要考察的指標有初期開裂、內裂、截面變形和扭曲變形，其對應的缺陷等級分別為3級、1級、1級和3級。

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，但數量較少。在第1次觀察中（進烘箱0.5 h），未發現有任何裂紋；1 h后，除2號弦切板外，其余所有試件均產生了端裂，但裂紋的長度和寬度均較小，開裂等級為1級；此后，隨著干燥的進行，裂紋的數量及長度迅速發展。大約在5～6 h時，初期開裂發展到最大值，此時的含水率為27%～34%，開裂等級達到3級。8～10 h后裂紋開始愈合，到結束干燥時，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。根據試驗觀察，初期開裂是觀光木的主要干燥缺陷，因此干燥時要注意干燥條件的控制，盡量避免初期開裂的產生，以確保干燥質量。

2.2.2 內部開裂 內裂主要起因于干燥引起的表面硬化和干燥應力，常發生在干燥后期，與干燥初期的干燥條件及末期溫度有關，特別是較為嚴重的表裂會向內部延伸引起內裂［8］。干燥試驗結束后觀察，所有試件均未產生內裂，其等級為1級。

2.2.3 截面變形 試驗表明，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，評定等級為1級。

2.2.4 扭曲和彎曲變形 試驗結果表明，觀光木弦切板的扭曲值為2.00～6.00 mm，平均為3.50 mm，評定等級為3級。彎曲變形中瓦彎最為嚴重，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。經統計計算，試件的含水率初始時平均為98.3%，干燥結束時平均為0.96%，全程用時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%所需時間為 9.6～12.7 h，平均用時 10.1 h，平均干燥速度為 2.46%·h－1。據百度試驗法干燥速度分級標準［10－11］，觀光木木材干燥速度等級評定為2級，干燥速度較快。

2.2.6 干縮特性 根據試件干燥前后的尺寸變化計算得觀光木的線干縮率為弦向5.77%，徑向5.56%，對應的干縮系數分別為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生翹曲和開裂的趨勢相對較小。觀光木的體積干縮率為11.24%，干縮系數為0.389%＜0.450%［13］，根據材性分級標準屬小。

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

通過試驗獲得了3種主要干燥缺陷的等級程度之后，參照與該項缺陷等級相對應的干燥條件［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℃。根據試驗結果，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時要重點考慮針對這2項干燥缺陷，合理安排各含水率階段的溫濕度變化，以保證干燥質量。

木材初期開裂程度一般與干燥初期干濕球溫度差關系最大，與初期溫度關系次之，與末期溫度和末期干濕球溫度差關系最小［7］。扭曲變形主要是由于交錯紋理造成的，在制定工藝基準時要考慮適當調低后期溫度［11］。因而在對觀光木進行干燥時，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；中期升溫幅度及干濕球溫度差可適當加大，以提高干燥效率；同時為了防止扭曲變形的發生，對終期溫度進行適當調低處理。根據實驗記錄，初期開裂多集中在含水率64%左右出現，27%左右趨于穩定。故含水率在64%以上時，干球溫度為60℃，干濕球溫度差為3℃；含水率在64%～27%時，各階段緩慢升溫，之后的升溫幅度可適當加大，以提高干燥效率。查含水率與干濕球溫度差關系表［7］，可以得出鋸材的干燥基準；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。最終干燥基準見表2。

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

3 結論

百度試驗結果表明，觀光木的干燥速度較快，含水率由30%降至5%所需時間為9.59～12.70 h，對應的特性等級為2級。

干燥試驗中觀光木試件的截面變形程度輕，無內裂。2項缺陷的等級均為1級。

初期開裂和扭曲變形是觀光木的主要干燥缺陷，2項缺陷等級均達到3級。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小，弦向與徑向干縮差異不大，干燥過程中產生翹曲和開裂的趨勢相對較小。制定了25～30 mm厚觀光木木材的干燥基準。

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