菲律宾桃花芯木锯材干燥工艺初探

赵 庚，褚 俊，孟 杨，陈广元

(东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

菲律宾桃花芯木因易加工、油漆和胶合性能好、易抛光和着色等特性广泛用于家具、建筑、胶合板、细木工、装饰板、地板等。本研究通过百度试验法探索菲律宾桃花芯木的干燥特性并计算其参考干缩系数，通过密度测定实验探索该树种的气干密度、全干密度和基本密度。在以上实验结果基础上参考《锯材窑干工艺规程》制定三种干燥基准，并进行相应的常规窑干工艺实验。综合分析不同干燥基准下的实验结果，得出本研究中的最佳干燥基准，为实际生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 百度试验法材料

试样取自某企业提供的平均含水率在71.5%的弦切板材，用细木工带锯机于板材中部截取并四面刨光，未涮涂料，试件无变色、腐朽、节子、虫眼等缺缺陷。试件数量为4块，试件尺寸为200 mm×100 mm×20 mm。

1.1.2 密度测定实验材料

试件尺寸为50 mm×50 mm×50 mm，(菲律宾桃花心木的平均年轮宽度大于4 mm)，试件数量48块。其中16块用于气干密度测定，16块用于全干密度测定，16块用于基本密度测定。

1.1.3 常规窑干工艺试验材料

试材尺寸为350 mm×(190～200 mm)×30 mm，试材数量15块。

1.2 试验设备

细木工带锯机，压刨机，电热恒温鼓风干燥箱(DGH-9070A型)，恒温恒湿箱，游标卡尺(0.01 mm)，电子天平(1、0.01、0.001 g)和玻璃干燥器(内置干燥剂)等。

1.3 试验方法

1.3.1 试验思路

从探索菲律宾桃花心木的干燥特性和菲律宾桃花心木气干密度、基本密度、绝干密度和干缩系数等性质入手，依据《锯材窑干工艺规程》初步制定菲律宾桃花心木的干燥基准，并进行第一次试干，同时通过改变同一含水率阶段的干球温度和干湿球温差制定出第二次和第三次工艺实验的干燥基准，并进行相应的工艺试验。综合分析不同基准下的试验结果，从而得出30 mm菲律宾桃花心木优化的干燥基准。

1.3.2 试验方法

百度试验方案依《木材干燥基准简易确定法——百度试验法》[1]制定。

密度测定试验方案依《木材密度测定方法》[2]制定。

工艺试验时，按准备阶段、预热阶段、干燥阶段、平衡处理和终了处理完成并进行干燥前初含水率检测，干燥过程中检测及干燥后检测。

2 结果与分析

2.1 百度试验结果与分析

百度试验所测的菲律宾桃花心木干燥缺陷见表1，对照干燥等级及干燥速度分级标准表可以判定菲律宾桃花心木的干燥特性等级，见表2。参照干燥特性等级与干燥条件(℃)对应表推断菲律宾桃花芯木的干燥条件，见表3。通过计算得菲律宾桃花芯木参考干缩特性，见表4，对径向干缩系数和弦向干缩系数的各组数值求平均值，得到菲律宾桃花芯木的径向干缩系数为0.120%、弦向干缩系数为0.208%。

表1 百度实验法各试件实验结果统计表

表2 菲律宾桃花芯木干燥特性

表3 百度实验法确定的菲律宾桃花芯木干燥条件

表4 菲律宾桃花芯木干缩性质统计结果

2.2 密度测定试验结果

计算试验结果，将菲律宾桃花芯木的气干密度、全干密度和基本密度列于表5中。

表5 菲律宾桃花芯木密度统计表

2.3 预制干燥基准

根据试验菲律宾桃花芯木的干燥特性及其参考干缩系数和气干密度、全干密度、基本密度，考虑百度试验4个试件中内裂仅一块试件是3级，其他为2级，扭曲值中有两块试件虽达到3级但所超数值不大，参照《锯材窑干工艺规程》[3]中的《阔叶树锯材基准表的选用》及《阔叶树锯材窑干基准表》制定菲律宾桃花芯木的初步干燥基准，见表6。

将此基准定为第一次干燥工艺实验基准。在预热阶段完成后(预热时间减小1 h)，将各含水率阶段的干球温度提高2℃，干湿球温差加1℃，即为第二次干燥工艺实验基准。在预热阶段完成后(预热时间增加1 h)，在各含水率阶段将干球温度降低2℃，干湿球温差减1℃，即为第三次干燥工艺实验基准。

表6 第一次工艺实验基准表

2.4 工艺试验结果及分析

在工艺实验过程中，实际所用执行基准及所用时间列于表7。

表7 工艺实验实际执行基准表

2.4.1 干燥过程中的数据分析

干燥速度。如图1所示，三种基准下，含水率在纤维饱和点以上时，第二次工艺实验干燥速度最快，第三次工艺实验干燥速度最慢，第一次工艺实验干燥速度介于二者之间；含水率介于30%～15%时干燥速度仍是第二次>第一次>第三次；而从整体干燥过程上讲，干燥速度就变为第一次>第二次>第三次。

厚度含水率偏差。如图2所示，含水率在纤维饱和点以下时，板材厚度含水率偏差随含水率的降低而降低；三种干燥条件下最终厚度含水率偏差介于±1之间，且三者偏差的绝对值大小为第三次<第一次<第二次。

干燥过程中应力随含水率变化。如图3可所示，当板材含水率在纤维饱和点以上时，应力主要表现为负值，即叉齿外张。这段过程中，木材表面水分蒸发速度大于木材内部水分向木材表面的移动速度，表现为外拉内压；当含水率低于纤维饱和点后逐渐表现为正值，即叉齿内弯。这段过程中，水分从内部向表面移动速度大于表面蒸发速度，表现为内拉外压。

图1 干燥过程中含水率变化曲线

图2 干燥过程中含水率厚度偏差变化曲线

图3 干燥过程中应力变化曲线

2.4.2 干燥结束后的数据分析

含水率及应力指标。三次工艺试验结束后，经过统计分析，将含水率及应力指标计算结果列于表8。

参照《锯材干燥质量》中规定的含水率及应力质量指标表(见表8)可知：除第三次工艺实验的平均最终含水率为二级外，三次工艺实验的其他各项指标均满足干燥质量一级的要求。

2.4.2.2 可见干燥缺陷

本研究中，菲律宾桃花芯木的可见干燥缺陷主要表现为弯曲和端部开裂，无表裂和内裂。其中造成弯曲变形的可能原因：首先，实验板材的纹理不直；其次，实验板材的径向弦向存在干缩差异；再者，在整个干燥过程中，三次实验材堆上方所压重物重量不同。其中造成端部开裂的原因可能为制材前原木的生长应力，制材时所选板材已出现严重的端裂情况，并且在锯掉开裂端头后再锯制仍会有端裂产生，即在制材时就存在严重的端裂隐患。在三次实验中，第一次实验所选板材不存在端裂问题，第二、三次均存在，且较为严重。实验结果表明，第一次不存在开裂现象，第二、三次均存在。

计算可见干燥缺陷整理后列于表9中，对照《锯材干燥质量》[4]中规定的可见干燥缺陷质量指标表可知三次实验结果除翘曲度偏大外均满足一级材可见干燥缺陷指标。

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

表8 干燥结束后含水率及应力指标结果统计表

表9 可见干燥缺陷实验结果统计表

综上所述，三次工艺实验所用执行基准均能满足2级干燥指标

干燥过程中，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；干燥过程中应力的控制以第三次实验条件控制的最为平缓，第一次次之，第二次波动较大，但第三次实验过程中，应力一直处于负值，这与第三次实验的干燥介质的湿度较大有关，则生产中所需蒸汽耗量要大于其他两种干燥条件，故第一次干燥条件为佳，但其残余应力指标有待提高[5]。

干燥结束后，干燥均匀度，第一次实验条件为最小，第二次次之，第三次最大，即对整个材堆含水率的控制上以第一次实验条件为佳；厚度含水率偏差第三次<第一次<第二次，即木材横断面上含水率控制以第三次实验条件为佳。

从整体上看，对于30 mm厚菲律宾桃花芯木的干燥条件以第一次为佳。

3 结 论

菲律宾桃花芯木的干燥特性为初期开裂为3级，内裂为2～3级，截面变形为1级，扭曲值为2～3级，干燥速度为2～3级；菲律宾桃花芯木的气干密度为0.562 g/cm3，绝干密度为0.517 g/cm3，基本密度为0.465 g/cm3；从木材干燥质量及干燥速度上比较三次工艺试验，以第一次工艺试验所用执行基准为最佳。但此基准仅为本次研究中三次工艺实验中最佳基准，如应用于实际生产中，尚需根据生产实际条件进行相应调整。

【参 考 文 献】

[1]何清慧.木材干燥基准简易确定法-百度试验法[J].木材工业，1998，12(6)：39-41.

[2]GB/T1933-2009，木材密度测定测定方法[S].北京：中国标准出版社，2002.

[3]LY/T1068-92，锯材窑干工艺规程[S].北京：中国标准出版社，1992.

[4]GB/T6491-1999，锯材干燥质量[S].北京：中国标准出版社，1999.

[5]李建荣，冯立宁，陈广元，等.木材干燥室框架热损失研究[J].森林工程，2012，28(2)：42-43.