米老排干燥特性研究

摘要：采用百度試驗(yàn)法，在（１００±２）℃恒溫干燥條件下對(duì)米老排（Ｍｙｔｉｌａｒｉａ ｌａｏｓｅｎｓｉｓ）試樣進(jìn)行干燥試驗(yàn)，根據(jù)干燥過程中米老排試樣的初期開裂、內(nèi)裂、截面收縮等干燥缺陷制定出米老排木材的干燥基準(zhǔn)。結(jié)果表明，米老排試樣的初期開裂等級(jí)為４等，內(nèi)裂等級(jí)為１等，截面變形為２等，干燥速度等級(jí)為２等，綜合特性等級(jí)為４等。米老排的干燥初期溫度為５０ ℃，干燥初期干濕球溫度差為２～３ ℃，干燥終期溫度為８０ ℃。厚度為２５ ｍｍ的米老排板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至１０％所需的時(shí)間為１６（１０）ｄ（括號(hào)內(nèi)為硬基準(zhǔn)條件下的干燥時(shí)間）。米老排木材的平均縱向收縮率為０．１４％，平均徑向收縮率為４．３７％，平均弦向收縮率為６．６７％。米老排試樣主要缺陷是初期開裂、干縮、扭曲，在實(shí)際生產(chǎn)過程中要盡量使用軟基準(zhǔn)，干燥中、后期適時(shí)進(jìn)行噴蒸處理。

關(guān)鍵詞：米老排（Ｍｙｔｉｌａｒｉａ ｌａｏｓｅｎｓｉｓ）；百度試驗(yàn)；干燥特性；干燥基準(zhǔn)；

中圖分類號(hào)：Ｓ７９２．９９；Ｓ７８２．３１ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０11）21－4415-04

Ｄｒｙｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｙｔｉｌａｒｉａ ｌａｏｓｅｎｓｉｓ

ＤＩＡＯ Ｈａｉ－ｌｉｎ１，ＣＡＩ Ｄａｏ－ｘｉｏｎｇ２，ＬＵＯ Ｊｉａｎ－ｊｕ１，ＭＯ Ｙｕ－ｃｈａｎ１，ＴＡＮＧ Ｊｉ－ｘｉｎ２，ＧＡＯ Ｗｅｉ１

（１．Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，ＣＡＦ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ ５３２６００， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｒｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｙｔｉｌａｒｉａ．ｌａｏｓｅｎｓｉｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋｉｎｇ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｚｅ， ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ， ａ ｄｒｙｉｎｇ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｔｈｅ １００℃ ｄｒｙｉｎｇ ｔｅｓｔ （ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｄｒｙｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ １００±２℃）． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈat ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋ ｃｌａｓｓ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｚｅ ｃｌａｓｓ， ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃｌａｓｓ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ Ｍ． ｌａｏｓｅｎｓｉｓ ｗａｓ ｇｒａｄｅ ４， ｇｒａｄｅ １， ｇｒａｄｅ ２ ａｎｄ ｇｒａｄｅ ２， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｇｒａｄｅ ４． Ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｎｅｅｄｅｄ ｆｏｒ ２５ ｍｍ ｌｕｍｂｅｒ ｄｒｉｅｄ ｔｏ １０％ ｉｎ ｆｏｒｃｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｒａｕｇｈｔ ｋｉｌｎ ｗａｓ １６（１０） ｄａｙｓ（ｔｈｅ ｈａｒｄ－ｄｒｙｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎ ｂｒａｃｋｅｔｓ ｗａｓ ｕｎｄｅｒ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）． Ｔｈｅ ｅｖｅｒａｇｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｅ， ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｒａｄｉａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｒａｔｅ ｗａｓ ０．１４％， ６．６７％ ａｎｄ ４．３７％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｍ． ｌａｏｓｅｎｓｉｓ ｗｅｒｅ ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋｉｎｇ， ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｄｒｙｉｎｇ． Ａｓ ｆｏｒ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａ ｓｏｆｔ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｉｓ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ， ａｎｄ ｓｔｅａｍ－ｊｅｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｉｎ ｍｉｄｄｌｅ ａｎｄ ｌａｔｅｒ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｍｙｔｉｌａｒｉａ ｌａｏｓｅｎｓｉｓ； １００℃ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ； ｄｒｙｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒ； ｄｒｙｉｎｇ ｓｃｈｅｄｕｌｅ

米老排（Ｍｙｔｉｌａｒｉａ ｌａｏｓｅｎｓｉｓ）別名殼菜果、三角楓、山桐油、米顯靈、馬蹄荷、朔潘［１］，為常綠喬木，分布于廣東、廣西南部、云南東南部，海拔１ ５００ ｍ以下。越南、老撾亦產(chǎn)［２］。米老排早期具有速生特性，且高速生長期持續(xù)較長［３］，是重要的速生材，被廣泛應(yīng)用于家具制造、膠合板、房屋建筑等領(lǐng)域。米老排紋理交錯(cuò)，結(jié)構(gòu)甚密，樹干端正、重量中等偏輕，但它同時(shí)具有含水率高、剛度強(qiáng)度差、尺寸變異大、存在應(yīng)力木、易變形開裂等特點(diǎn)，這在一定程度上制約了米老排的高端用途。研究米老排的干燥特性，對(duì)于改善米老排木材的干燥質(zhì)量，推進(jìn)米老排在木結(jié)構(gòu)及家具制造等領(lǐng)域中更廣泛的應(yīng)用具有重要意義。

１材料與方法

１．１試驗(yàn)材料

試材選自廣西憑祥市中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心伏波試驗(yàn)場米老排種植示范基地。種源地的海拔６００ ｍ，年降雨量１ ４００ ｍｍ，樹齡為２８年。試驗(yàn)樣木按照國家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》（ＧＢ/９２７－９１）進(jìn)行采集。根據(jù)整體林分的樹高、胸徑、長勢以及樹冠幅的生長情況，選擇長勢良好、樹干通直、節(jié)疤少、無病蟲害、胸徑中等的６株樣木。

樣木伐倒后，每株樹沿樹高方向按３．３～５．３ ｍ、７．３～９．３ ｍ、１１．３～１３．３ ｍ截取３段試驗(yàn)?zāi)径巍２扇∷拿嫦落彿ǎ瑢⒛径沃瞥纱蠓侥尽Ｒ赃^髓心的南北直徑線為對(duì)稱中心線鋸取徑切板和弦切板，刨成厚度為（２０.0±０．５）ｍｍ的光面板。在無缺陷部位依次截成２００ ｍｍ×１００ ｍｍ×２０ ｍｍ的試樣，其中弦切板試樣和徑切板試樣各４８塊。試樣的平均含水率為１１１．１３％，滿足百度試驗(yàn)法的要求［４］。

１．２試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)使用的儀器設(shè)備主要有：１０１Ａ-３型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）、ＪＪ１０００型電子天平（精度為０．０１ ｇ）、游標(biāo)卡尺（精度為０．０２ ｍｍ）、０．０２～１．００ ｍｍ塞尺、位差度測量儀（精度為０．００１ ｍｍ）、鋼直尺、精密推臺(tái)鋸等。

１．３試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用百度試驗(yàn)法進(jìn)行。將試樣放入預(yù)熱到（１００±２）℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥。干燥試驗(yàn)初期每小時(shí)觀測1次，待裂紋不再增加并開始愈合后改為每２小時(shí)觀測1次，裂紋停止愈合且無變化后改為每４ ｈ觀測1次，直至試樣連續(xù)兩次的重量差為０．５％時(shí)試驗(yàn)結(jié)束。每次觀測時(shí)記錄裂縫（區(qū)別端表裂、貫通裂、表裂、端裂）的數(shù)量、寬、長及試樣重量，轉(zhuǎn)換干燥時(shí)間時(shí)要加測試樣長、寬、厚的尺寸。最后一次觀測時(shí)還要加測試樣的扭曲度、順彎度、瓦彎度，然后將試樣從中間截?cái)啵⒔厝。保?ｍｍ厚含水率試驗(yàn)片。測定斷面內(nèi)裂長度、寬度及斷面收縮率。將試驗(yàn)片稱重后，在１０３ ℃的條件下對(duì)試驗(yàn)片連續(xù)干燥６ ｈ后取出稱重，此后每２ ｈ稱重1次，直至絕干，干燥試驗(yàn)結(jié)束。

２結(jié)果與分析

２．１米老排的干燥特性曲線

根據(jù)米老排試樣干燥過程中各干燥階段的當(dāng)時(shí)質(zhì)量以及絕干質(zhì)量，計(jì)算出米老排試樣各干燥階段的當(dāng)時(shí)含水率，即可繪制出米老排干燥過程中的含水率與時(shí)間關(guān)系曲線（干燥特性曲線），結(jié)果如圖１所示。

２．２米老排三向線收縮特性

根據(jù)米老排試樣各干燥階段的尺寸記錄，計(jì)算出米老排試樣各階段的弦向、徑向和縱向線收縮率，繪制出其弦向、徑向和縱向三向線收縮率曲線如圖２所示。

２．３米老排的干燥基準(zhǔn)

根據(jù)干燥試驗(yàn)過程中對(duì)試樣初期開裂、內(nèi)裂、截面變形的觀測記錄數(shù)據(jù)，對(duì)照文獻(xiàn)［５］“１００℃干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，即可確定出各株米老排樣木的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形等缺陷等級(jí)（表１）。

根據(jù)試驗(yàn)獲得的初期開裂、內(nèi)裂、截面變形等級(jí)，對(duì)照文獻(xiàn)［６］中“與干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件表”，即可獲得米老排與其初期開裂、截面變形、內(nèi)裂等級(jí)相應(yīng)的干燥初步條件（即干燥初期溫度、初期干濕球溫度差和干燥末期溫度）如表２所示。

取干燥初步條件中的最低條件作為確定米老排干燥基準(zhǔn)的基本條件。由表２可知，米老排干燥基準(zhǔn)的基本條件為：初期溫度５０ ℃，干燥初期干濕球溫差２～３ ℃，終期溫度８０ ℃。又由試樣平均初含水率１１１．１３％，查文獻(xiàn)［７］“含水率與干濕球溫度差關(guān)系表”，即可得出米老排鋸材的干燥基準(zhǔn)（表３）。

２．４米老排干燥時(shí)間估算

在百度試驗(yàn)中，根據(jù)木材中水分移動(dòng)的難易程度與干燥條件，利用圖３［６］進(jìn)行干燥時(shí)間的估算。由米老排含水率與干燥時(shí)間關(guān)系曲線（圖１）可知，當(dāng)含水率降至１％時(shí)所用的干燥時(shí)間是３３ ｈ，對(duì)應(yīng)圖３可知所需的干燥時(shí)間約為１０ ｄ；又由初期干濕球溫度差值２～３ ℃，對(duì)應(yīng)圖３可知所需的干燥時(shí)間約為２２（１０） ｄ，取其兩者的平均值１６（１０） ｄ，即為厚度２５ ｍｍ的米老排板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至１０％所需的時(shí)間。

２．５米老排干燥特性分析

２．５．１米老排干燥特性等級(jí)按邊材、界材、心材分別統(tǒng)計(jì)干燥缺陷等級(jí)，對(duì)照文獻(xiàn)［５］“１００ ℃干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，確定出米老排的干燥特性等級(jí)，如表４所示。

２．５．２干燥速度干燥速度是木材內(nèi)部水分移動(dòng)快慢的直接反應(yīng)。百度試驗(yàn)法中干燥速度是指干燥過程中木材含水率從３０％降到５％時(shí)所需的時(shí)間［５］。干燥初期自由水從大毛細(xì)管中排出，阻力相當(dāng)小，而后期結(jié)合水從木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中脫離的阻力則大得多，耗時(shí)耗能也更長更多。因此制約木材干燥速度的主要因素是結(jié)合水的分離，自由水則影響較小。這一點(diǎn)從圖１的米老排干燥特性曲線中可以看出。米老排的平均干燥速度為１２ ｈ，說明米老排的干燥速度較其他闊葉樹而言是比較快的，對(duì)應(yīng)的干燥時(shí)間差值較小。含水率從３０％降至絕干的階段，干燥速度明顯低于纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)的速度。干燥至２５ ｈ后干燥速率幾乎接近于零。

影響干燥速度的因子有內(nèi)因和外因。內(nèi)因有含水率、心邊材、紋理方向等，外因有干燥介質(zhì)的溫度、濕度和氣流速度等。介質(zhì)的溫度是促進(jìn)木材干燥的主要因子。木材溫度升高和水分溫度的升高均有利于加快水分向外擴(kuò)散。但對(duì)于硬闊葉樹濕材，如果干燥過快，會(huì)造成木材內(nèi)外含水率梯度過大，其結(jié)果最終是外層收縮嚴(yán)重，極易出現(xiàn)端裂、表裂等初期缺陷。故硬闊葉樹濕材應(yīng)采用７０～８０ ℃的飽和濕空氣來預(yù)熱處理［８］。在試驗(yàn)中干燥至１ ｈ的時(shí)候米老排就開始出現(xiàn)端裂，進(jìn)行到２ ｈ時(shí)就大面積的出現(xiàn)初期開裂，這說明米老排的干燥質(zhì)量較難控制，在干燥時(shí)極易出現(xiàn)初期開裂。

２．５．３干縮性質(zhì)木材干縮并不是發(fā)生在木材干燥的整個(gè)過程中的，而是水分降至纖維飽和點(diǎn)（２３％～３０％）以下時(shí)木材纖維之間的結(jié)合水失去，致使纖維之間相互靠近而引起收縮［９］。而實(shí)際上木材平均含水率還未達(dá)到纖維飽和點(diǎn)時(shí)就已經(jīng)發(fā)生收縮，只是收縮率較小。這是因?yàn)楦稍锍跗冢静谋砻嫠终舭l(fā)快，很快降至纖維飽和點(diǎn)以下，但是內(nèi)部的含水率還遠(yuǎn)高于纖維飽和點(diǎn)，內(nèi)壓外拉造成收縮。內(nèi)外收縮不均勻是出現(xiàn)翹曲的主要原因。

由米老排三向線收縮率曲線（圖２）可知，木材從濕材到全干材過程中，含水率較高時(shí)收縮率較小，而在含水率降低過程中收縮率隨之不斷增大。一般來說木材弦、徑、縱絕干時(shí)干縮率的范圍分別是８％～１２％、４．５％～８．０％、０．１％～０．３％［１０］，弦向＞徑向＞縱向。而米老排絕干時(shí)的弦、徑、縱各向干縮率則分別為６．６７％、４．３７％、０．１４％（圖２）。由此可知米老排收縮率除縱向稍大于一般值外，弦向及徑向干縮率均低于一般值，屬干縮變形較小的木材。

２．５．４翹曲及其他特性

１）米老排的翹曲變形。在百度試驗(yàn)過程中，由于干縮的不均勻性，試樣會(huì)產(chǎn)生翹曲變形（包括瓦彎、順彎及橫彎變形）。其中瓦彎主要是由于木材弦徑向干縮率不一致造成的［１０］。米老排干燥時(shí)，平均瓦彎度為２．８６％，說明它的弦、徑向干縮差異較大。米老排還有較大的順彎缺陷，其弦切板順彎度均超過０．８％，這主要是干燥時(shí)試樣發(fā)生表面硬化不均勻和兩個(gè)板面通風(fēng)速度不均造成的。而且米老排屬應(yīng)力木，干燥過程中應(yīng)力松弛的不均勻亦可能是造成其順彎的另一原因。

２）米老排的扭曲變形。如果木材存在螺旋紋理和交錯(cuò)紋理或存在應(yīng)壓木密度不均勻現(xiàn)象，還會(huì)使木材產(chǎn)生扭曲變形［１１］。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，米老排具有較大的扭曲變形：試樣平均扭曲量為６．８ ｍｍ，平均扭曲度達(dá)３．５４％，這是因?yàn)槊桌吓庞休^明顯的交錯(cuò)紋理所致。

３）米老排的塌陷與內(nèi)裂。具有飽和含水率的木材，在高溫急劇干燥下，水分迅速向外擴(kuò)散的瞬間，細(xì)胞腔出現(xiàn)減壓現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)板面塌陷［１２］。試驗(yàn)顯示，所有試樣均出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，平均塌陷度達(dá)３．１３％，這主要與試驗(yàn)采用１００ ℃的高溫以及試樣平均初含水率在１００％以上有關(guān)。此外，整個(gè)試驗(yàn)過程中米老排試樣未出現(xiàn)內(nèi)裂現(xiàn)象。

３小結(jié)與討論

米老排屬干燥速度較快而且尺寸穩(wěn)定性較好（三向線收縮率較小）的木材，但由于米老排干燥過程中伴隨著較大的翹曲、扭曲、塌陷等變形，因此其形狀穩(wěn)定性差，而且具有較大的初期開裂，使米老排屬于干燥質(zhì)量較難控制的木材。

試驗(yàn)為米老排制定的干燥基準(zhǔn)，可作為干燥小試及生產(chǎn)中制定米老排干燥工藝的理論依據(jù)。實(shí)際生產(chǎn)中為了獲得較好的干燥質(zhì)量，應(yīng)采用較軟的干燥基準(zhǔn)和較長的干燥時(shí)間。同時(shí)注意觀察試材缺陷狀況采取適當(dāng)?shù)膰娬籼幚恚€要根據(jù)鋸材板厚等具體情況對(duì)干燥基準(zhǔn)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整［１３，１４］，以便更好地實(shí)現(xiàn)干燥質(zhì)量控制。

何定華等［１１］對(duì)石梓和米老排做了對(duì)比研究，其中對(duì)米老排的研究結(jié)果是米老排除有嚴(yán)重翹曲外，尚有較嚴(yán)重的材面凹陷、內(nèi)裂和較嚴(yán)重的表裂。此結(jié)果與本試驗(yàn)研究結(jié)果相近，只是本試驗(yàn)的米老排試材內(nèi)裂等級(jí)為１等，屬不嚴(yán)重范疇。故得出的干燥基準(zhǔn)也很相近，同時(shí)得出米老排的扭轉(zhuǎn)紋較寬、斜度較大是引起其板材扭曲和側(cè)邊劈裂的基本原因的結(jié)論，并提出采用木材上部加壓的方法克服扭曲現(xiàn)象，采用緩慢干燥減輕側(cè)邊劈裂和端面扭曲現(xiàn)象的措施。

由于試驗(yàn)條件和水平有限，試驗(yàn)結(jié)果尚存在不完善之處。現(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)米老排的干燥特性研究試驗(yàn)提出一些建議：試樣每次置于烘箱中的位置和方向保持一致，保證試樣受熱風(fēng)的面不變，缺陷變化也呈現(xiàn)正常的規(guī)律；每次開箱動(dòng)作要緩慢，避免箱內(nèi)溫度的瞬間變化引起試樣的缺陷在非正常干燥情況下加劇；每次開箱后的測定時(shí)間要盡量短，以避免環(huán)境變化試樣干燥缺陷也變化。

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