菲律賓桃花芯木鋸材干燥工藝初探

趙 庚，褚 俊，孟 楊，陳廣元

(東北林業大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040)

菲律賓桃花芯木因易加工、油漆和膠合性能好、易拋光和著色等特性廣泛用于家具、建筑、膠合板、細木工、裝飾板、地板等。本研究通過百度試驗法探索菲律賓桃花芯木的干燥特性并計算其參考干縮系數，通過密度測定實驗探索該樹種的氣干密度、全干密度和基本密度。在以上實驗結果基礎上參考《鋸材窯干工藝規程》制定三種干燥基準，并進行相應的常規窯干工藝實驗。綜合分析不同干燥基準下的實驗結果，得出本研究中的最佳干燥基準，為實際生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 百度試驗法材料

試樣取自某企業提供的平均含水率在71.5%的弦切板材，用細木工帶鋸機于板材中部截取并四面刨光，未涮涂料，試件無變色、腐朽、節子、蟲眼等缺缺陷。試件數量為4塊，試件尺寸為200 mm×100 mm×20 mm。

1.1.2 密度測定實驗材料

試件尺寸為50 mm×50 mm×50 mm，(菲律賓桃花心木的平均年輪寬度大于4 mm)，試件數量48塊。其中16塊用于氣干密度測定，16塊用于全干密度測定，16塊用于基本密度測定。

1.1.3 常規窯干工藝試驗材料

試材尺寸為350 mm×(190～200 mm)×30 mm，試材數量15塊。

1.2 試驗設備

細木工帶鋸機，壓刨機，電熱恒溫鼓風干燥箱(DGH-9070A型)，恒溫恒濕箱，游標卡尺(0.01 mm)，電子天平(1、0.01、0.001 g)和玻璃干燥器(內置干燥劑)等。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗思路

從探索菲律賓桃花心木的干燥特性和菲律賓桃花心木氣干密度、基本密度、絕干密度和干縮系數等性質入手，依據《鋸材窯干工藝規程》初步制定菲律賓桃花心木的干燥基準，并進行第一次試干，同時通過改變同一含水率階段的干球溫度和干濕球溫差制定出第二次和第三次工藝實驗的干燥基準，并進行相應的工藝試驗。綜合分析不同基準下的試驗結果，從而得出30 mm菲律賓桃花心木優化的干燥基準。

1.3.2 試驗方法

百度試驗方案依《木材干燥基準簡易確定法——百度試驗法》[1]制定。

密度測定試驗方案依《木材密度測定方法》[2]制定。

工藝試驗時，按準備階段、預熱階段、干燥階段、平衡處理和終了處理完成并進行干燥前初含水率檢測，干燥過程中檢測及干燥后檢測。

2 結果與分析

2.1 百度試驗結果與分析

百度試驗所測的菲律賓桃花心木干燥缺陷見表1，對照干燥等級及干燥速度分級標準表可以判定菲律賓桃花心木的干燥特性等級，見表2。參照干燥特性等級與干燥條件(℃)對應表推斷菲律賓桃花芯木的干燥條件，見表3。通過計算得菲律賓桃花芯木參考干縮特性，見表4，對徑向干縮系數和弦向干縮系數的各組數值求平均值，得到菲律賓桃花芯木的徑向干縮系數為0.120%、弦向干縮系數為0.208%。

表1 百度實驗法各試件實驗結果統計表

表2 菲律賓桃花芯木干燥特性

表3 百度實驗法確定的菲律賓桃花芯木干燥條件

表4 菲律賓桃花芯木干縮性質統計結果

2.2 密度測定試驗結果

計算試驗結果，將菲律賓桃花芯木的氣干密度、全干密度和基本密度列于表5中。

表5 菲律賓桃花芯木密度統計表

2.3 預制干燥基準

根據試驗菲律賓桃花芯木的干燥特性及其參考干縮系數和氣干密度、全干密度、基本密度，考慮百度試驗4個試件中內裂僅一塊試件是3級，其他為2級，扭曲值中有兩塊試件雖達到3級但所超數值不大，參照《鋸材窯干工藝規程》[3]中的《闊葉樹鋸材基準表的選用》及《闊葉樹鋸材窯干基準表》制定菲律賓桃花芯木的初步干燥基準，見表6。

將此基準定為第一次干燥工藝實驗基準。在預熱階段完成后(預熱時間減小1 h)，將各含水率階段的干球溫度提高2℃，干濕球溫差加1℃，即為第二次干燥工藝實驗基準。在預熱階段完成后(預熱時間增加1 h)，在各含水率階段將干球溫度降低2℃，干濕球溫差減1℃，即為第三次干燥工藝實驗基準。

表6 第一次工藝實驗基準表

2.4 工藝試驗結果及分析

在工藝實驗過程中，實際所用執行基準及所用時間列于表7。

表7 工藝實驗實際執行基準表

2.4.1 干燥過程中的數據分析

干燥速度。如圖1所示，三種基準下，含水率在纖維飽和點以上時，第二次工藝實驗干燥速度最快，第三次工藝實驗干燥速度最慢，第一次工藝實驗干燥速度介于二者之間；含水率介于30%～15%時干燥速度仍是第二次>第一次>第三次；而從整體干燥過程上講，干燥速度就變為第一次>第二次>第三次。

厚度含水率偏差。如圖2所示，含水率在纖維飽和點以下時，板材厚度含水率偏差隨含水率的降低而降低；三種干燥條件下最終厚度含水率偏差介于±1之間，且三者偏差的絕對值大小為第三次<第一次<第二次。

干燥過程中應力隨含水率變化。如圖3可所示，當板材含水率在纖維飽和點以上時，應力主要表現為負值，即叉齒外張。這段過程中，木材表面水分蒸發速度大于木材內部水分向木材表面的移動速度，表現為外拉內壓；當含水率低于纖維飽和點后逐漸表現為正值，即叉齒內彎。這段過程中，水分從內部向表面移動速度大于表面蒸發速度，表現為內拉外壓。

圖1 干燥過程中含水率變化曲線

圖2 干燥過程中含水率厚度偏差變化曲線

圖3 干燥過程中應力變化曲線

2.4.2 干燥結束后的數據分析

含水率及應力指標。三次工藝試驗結束后，經過統計分析，將含水率及應力指標計算結果列于表8。

參照《鋸材干燥質量》中規定的含水率及應力質量指標表(見表8)可知：除第三次工藝實驗的平均最終含水率為二級外，三次工藝實驗的其他各項指標均滿足干燥質量一級的要求。

2.4.2.2 可見干燥缺陷

本研究中，菲律賓桃花芯木的可見干燥缺陷主要表現為彎曲和端部開裂，無表裂和內裂。其中造成彎曲變形的可能原因：首先，實驗板材的紋理不直；其次，實驗板材的徑向弦向存在干縮差異；再者，在整個干燥過程中，三次實驗材堆上方所壓重物重量不同。其中造成端部開裂的原因可能為制材前原木的生長應力，制材時所選板材已出現嚴重的端裂情況，并且在鋸掉開裂端頭后再鋸制仍會有端裂產生，即在制材時就存在嚴重的端裂隱患。在三次實驗中，第一次實驗所選板材不存在端裂問題，第二、三次均存在，且較為嚴重。實驗結果表明，第一次不存在開裂現象，第二、三次均存在。

計算可見干燥缺陷整理后列于表9中，對照《鋸材干燥質量》[4]中規定的可見干燥缺陷質量指標表可知三次實驗結果除翹曲度偏大外均滿足一級材可見干燥缺陷指標。

由表9可知：翹曲度第三次>第一次>第二次；扭曲度第一次>第三次>第二次；縱裂度第三次>第二次>第一次 。

表8 干燥結束后含水率及應力指標結果統計表

表9 可見干燥缺陷實驗結果統計表

綜上所述，三次工藝實驗所用執行基準均能滿足2級干燥指標

干燥過程中，干燥速度第一次>第二次>第三次；厚度含水率偏差第三次<第一次<第二次；干燥過程中應力的控制以第三次實驗條件控制的最為平緩，第一次次之，第二次波動較大，但第三次實驗過程中，應力一直處于負值，這與第三次實驗的干燥介質的濕度較大有關，則生產中所需蒸汽耗量要大于其他兩種干燥條件，故第一次干燥條件為佳，但其殘余應力指標有待提高[5]。

干燥結束后，干燥均勻度，第一次實驗條件為最小，第二次次之，第三次最大，即對整個材堆含水率的控制上以第一次實驗條件為佳；厚度含水率偏差第三次<第一次<第二次，即木材橫斷面上含水率控制以第三次實驗條件為佳。

從整體上看，對于30 mm厚菲律賓桃花芯木的干燥條件以第一次為佳。

3 結 論

菲律賓桃花芯木的干燥特性為初期開裂為3級，內裂為2～3級，截面變形為1級，扭曲值為2～3級，干燥速度為2～3級；菲律賓桃花芯木的氣干密度為0.562 g/cm3，絕干密度為0.517 g/cm3，基本密度為0.465 g/cm3；從木材干燥質量及干燥速度上比較三次工藝試驗，以第一次工藝試驗所用執行基準為最佳。但此基準僅為本次研究中三次工藝實驗中最佳基準，如應用于實際生產中，尚需根據生產實際條件進行相應調整。

【參 考 文 獻】

[1]何清慧.木材干燥基準簡易確定法-百度試驗法[J].木材工業，1998，12(6)：39-41.

[2]GB/T1933-2009，木材密度測定測定方法[S].北京：中國標準出版社，2002.

[3]LY/T1068-92，鋸材窯干工藝規程[S].北京：中國標準出版社，1992.

[4]GB/T6491-1999，鋸材干燥質量[S].北京：中國標準出版社，1999.

[5]李建榮，馮立寧，陳廣元，等.木材干燥室框架熱損失研究[J].森林工程，2012，28(2)：42-43.