土贡松木材干燥特性研究

严壮洧，陈柏旭，李 炎，符韵林，聂海泉

(1.国营苍梧县天洪岭林场，广西 苍梧 543100；2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

土贡松木材干燥特性研究

严壮洧1，陈柏旭2，李 炎1，符韵林2，聂海泉1

(1.国营苍梧县天洪岭林场，广西 苍梧 543100；2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

本文利用百度试验法对土贡松木材的干燥特性进行研究，制定厚度为25 mm的土贡松木材的干燥基准。研究结果表明，依据百度干燥试验中干燥缺陷及干燥速度分级标准，土贡松试件无内裂现象，截面变形程度小，干燥速度快，其特性等级均为1级；初期开裂和扭曲变形是土贡松试件的主要干燥缺陷，其特性等级均为2级；综合特性等级为2级。本实验为实际生产过程中土贡松干燥工艺提供理论依据。

土贡松；百度试验法；干燥特性

土贡松是由马尾松的种子培育出来的优良种源，其木材材性与马尾松较为相近，其名称根据地方而命名。目前，土贡松的木材应用较为广泛，常应用于建筑、桥梁、造纸及家具等行业中。土贡松的木材有光泽，与马尾松一样具有浓厚松脂气味，但其结构粗，不均匀，容易产生变形、开裂现象，在一定程度上限制了土贡松在各方面的应用，阻碍了土贡松在市场上的经济效益。本试验主要是利用百度试验法对土贡松的干燥特性进行研究，制定出合理的干燥基准，为土贡松的干燥工艺提供理论基础，改善土贡松木材的性质，减少木材的变形与开裂的现象，提高木材的利用价值，使土贡松木材的应用更为广泛。

目前，针对马尾松各方面的性能已有深入的研究，其中主要有宋光喃等人对黄山马尾松的顺纹剪切性能进行研究[1]，研究结果表明其材料剪切强度性能良好，符合GB50005-2003《木结构设计规范》中的标准，可供其为结构用材；张秀标等人对马尾松胶合木顺纹植筋抗拔性能进行研究[2]，研究结果表明马尾松胶合木的顺纹植筋连接强度较好，在抗拔破坏实验中主要出现3种破坏模式—筋杆拨出、木材开裂植和植筋杆屈服；还有马尾松优良种源的培育[3]、原木品质应力波法试验及其缺陷等方面的研究[4]。在干燥特性方面，有刁海林等人对马尾松的干燥特性进行研究[5]，卢伟东等人对马尾松木材微波真空干燥特性进行研究[13]，研究结果表明马尾松的干燥综合特性等级为2级。

土贡松试材采集于天洪岭林场，天洪岭林场位于广西梧州市苍梧县，该县地属低丘，土壤主要是砂页岩发育的红壤。苍梧县属于亚热带气候，气候温和，雨量充沛，年均气温为21.2 ℃，年均降雨量约为1 500 mm，其降雨量主要集中在4-9月份，约占全年降雨量的80%。试验样木按照国家标准《木材物理力学试材采集方法》(GB/T 1927-2009)[6]进行采集， 共采伐2株，其胸径分别为54.7、56.7，其树高分别为37.7、25.7 m，树龄为49年。待样木伐倒后，沿着样木树高的方向截取1.3～3.3，5.3～7.3，9.3～11.3，13.3～15.3，17.3～19.3 m共5段作为试验木段。

1 材料与方法

1.1 试验材料(表1)

表1 土贡松试件

1.2 试验器材

101A-2型电热鼓风恒温干燥箱(上海东星建材试验设备有限公司)、电子天平(精度0.01 g)、刻度尺(精度1 mm)、塞尺(0.02～1.00 mm)、数显游标卡尺(精度0.01 mm)、游标卡尺(精度0.02 mm)

1.3 试验方法

本试验采用百度试验法进行试验，具体方法如下：

(1)干燥前。对试件进行标记测量点，测量试件的实际尺寸(包括长、宽、高)，精确到0.01 mm；用电子天平称重，精确到0.01 g。

(2) 干燥过程。将试件沿着纹理方向水平侧立于100±2 ℃的恒温干燥箱内干燥，观测试件在干燥过程中产生干燥缺陷情况(包括端裂、端表裂、表裂和贯通裂)，试验初期每隔0.5 h观测1次，1 h后每隔1 h观测1次，当裂缝开始愈合时，每隔2 h观测1次，裂缝几乎愈合完全时，每4 h观测1次。每次观测还需对试件进行称重，记录重量变化情况。

(3)干燥结束。待称量试件2次的重量基本不变时，停止烘干。并将试件称重，测量试件实际尺寸(包括长、宽、厚)以及试件的順弯度、扭曲度、瓦弯度、横弯度。沿试件的长度方向的中央锯取15 mm宽的试验片，用做含水率的测定并推算出试件的全干重。在被锯切试件的新截断面观测内裂及截面变形的情况。

2 结果与分析

弦切板和径切板的初含水率介于95.31%～123.03%之间，均高于50%，符合百度试验法的要求。中心板试件的含水率仅为33%，这是由于边材形成心材的过程中，生活细胞死亡，细胞腔出现单宁、色素、树胶、树脂以及碳酸钙等沉积物，水分输导系统阻塞，渗透性降低，土贡松发展成为成熟材的过程中，心材的含水率逐渐降低，而试验样木为树龄49年的老树，心材细胞的细胞腔已充满沉积物，导致心材含水率较低。由于中心板的含水率仅为33%，低于50%，不符合百度试验法的试验要求，因此，本次试验不对中心板进行分析。本试验评定木材干燥特性等级的依据为弦切板，径切板和中心板仅作为对比试验。

2.1 土贡松木材干燥缺陷等级的确定

分析百度试验法的试验数据，参考相关文献[7-8]确定土贡松的干燥缺陷等级如表2。

表2 土贡松试件干燥缺陷等级

2.2 干燥特性分析

(1)初期开裂。在干燥初期，木材表面的水分蒸发较快，其含水率低于纤维饱和点，而木材内部的水分缓慢的往表面移动，其含水率仍高于纤维饱和点，导致木材内外含水率差异过大，当木材表面形成的拉应力大于细胞间的的结合力时，木材出现初期开裂[9-10]。

试验开始0.5 h后进行第1次观测，弦切板和径切板无任何裂纹出现；1 h后，7号径切板出现端裂，最长的裂纹长、宽分别8 mm、0.1 mm；2 h后，6号径切板出现端裂；3 h后，1～4号弦切板出现端表裂，其中2号同时出现端裂，5号弦切板无任何缺陷，最长的端表裂长、宽分别为12 mm、0.2 mm，最长的端裂长、宽分别为5 mm、0.15 mm，初期开裂等级达到2级。随着干燥的进行，试件的裂纹数量不断增加，且裂纹的长度和宽度也在不断发展，直到第8 h左右，初期开裂发展到最大值，所有的试件均出现端裂、端表裂和表裂，其中2号和4号弦切板各出现1条贯通裂，最长的贯通裂长、宽分别为90 mm、0.5 mm。继续随着干燥的进行，裂纹开始愈合，干燥结束时，2～5号弦切板各有1条端裂未愈合，1号弦切板有1条表裂未愈合。根据试验观测可知，初期开裂是土贡松木材的主要干燥缺陷，因此，在干燥初期时，应当控制干湿球温度差不宜过大，且初期温度不宜过高，以保证木材干燥质量。

(2)内裂。内裂主要发生在干燥后期，与干燥初期的干湿球温度差、初期温度及末期温度关系较大[11]。干燥结束后，观测试件的新截断面，全部试件均无内裂现象，评定等级为1级。

(3)截面变形。截面变形与木材皱缩特性有关[12]。试验表明，土贡松的截面变形程度比较轻，弦切板的截面变形值介于0.18～0.42 mm，平均值为0.29 mm，评定等级为1级；径切板的截面变形平均值为0.55 mm。径切板的截面变形程度较弦切板严重。

(4)扭曲。木材自身构造不正常容易导致木材在干燥后产生扭曲的现象。试验表明，土贡松弦切板的扭曲值介于0～5 mm，平均值为1.75 mm，评定等级为2级；径切板的扭曲平均值为0.75 mm。弦切板的扭曲程度较径切板严重。

(5)干燥速度。在百度试验法中，干燥速度是指木材含水率从30%降至5%所需要的时间。土贡松木材干燥过程中含水率变化曲线如图1。本试验中土贡松试件的干燥过程总用时46 h，弦切板和径切板的初含水率平均值分别为119.93%和100.81%，干燥结束时弦切板和径切板的含水率平均值都为0.01%，弦切板和径切板全程平均干燥速度分别为2.61%·h-1和2.19%·h-1；弦切板和径切板含水率由初始值降至30%平均用时分别为6.66 h和6.55 h，该过程平均干燥速度分别为13.50%·h-1和10.81%·h-1；各弦切板试件含水率从30%降至5%用时介于7.31～7.98 h，平均用时为7.70 h，平均干燥速度为3.25%·h-1，评定等级为1级；径切板试件含水率从30%降至5%平均用时为10.35 h，平均干燥速度为2.41%·h-1。从结果分析可知，土贡松的干燥速度较快，属于易干类木材。

图1 土贡松含水率变化曲线

(6)順弯、瓦弯和横弯。板材在干燥过程中，倘若干燥基准制定得不够合理，干燥不均匀，就会导致板材的长度方向产生弯曲。试验表明，土贡松弦切板的順弯、瓦弯和横弯值分别为0.25～0.4、0.5～1.2 mm和0～0.5 mm，其平均值分别为0.29、0.84和0.35 mm；径切板的順弯、瓦弯和横弯平均值分别为0.33、0.58和0.28 mm。整体上，土贡松的变形水平均较低。为了降低板材的变形程度，使干燥后的板材质量更加高，必须要制定出较为合理而准确地干燥基准。

2.3 干燥基准

根据试验结果，评定出土贡松的三种主要干燥缺陷等级后，参考相关文献[7]中“与干燥缺陷等级对应的干燥条件”，确定土贡松试件干燥初期温度、初期干湿球温度差及末期温度，如表3所示，选出各温度和干湿球温度差最低条件作为确定土贡松木材干燥基准的基本条件。

根据表2确定：初期温度为70 ℃，干燥初期干湿球温差为4 ℃，终期温度为95 ℃。由分析结果可知，初期开裂和扭曲变形是土贡松的主要干燥缺陷。木材初期开裂程度与干燥初期干湿球温度差关系最大，与初期温度关系次之，与末期温度和末期干湿球温度差关系最小。木材的扭曲变形主要是由于木材自身构造不正常，如螺旋纹理或是交错纹理的板材在干缩后会发生扭弯。因此，对土贡松进行干燥时，干燥初期控制干湿球温度差不宜过大，且适当控制初期温度使其缓慢上升，尽量减少初期开裂的出现，保证土贡松的干燥质量；中后期可适当增大升温幅度，以提高干燥效率；后期可适当调低温度，避免扭曲变形的发生。

表3 土贡松干燥初步条件

土贡松为针叶材，弦切板的初含水率平均值为119.93%，参考相关文献[7]中表“含水率与干湿球温度的关系(针叶树材)”，制定出25 mm厚土贡松木材的干燥基准，如表4所示。

表4 土贡松木材(25 mm)干燥基准

通过百度试验法，参考相关文献[5]中的“干燥时间的估算图”估算出土贡松的干燥时间。由土贡松含水率变化曲线(图1)可知，试件含水率降至1%所需的时间为24 h，可得干燥时间约为7.5 d；初期干湿球温度差为4 ℃，可得干燥时间约为6 d；计算得两者的平均值为6.75 d，即得土贡松板材(厚度为25 mm)在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间。

3 结论

百度试验结果表明，土贡松的主要干燥缺陷主要是初期开裂和扭曲变形，其评定的等级均为2级。土贡松为易干类木材，干燥速度快，周期短，弦切板含水率从30%降至5%平均用时仅为7.70 h，平均干燥速度为2.41%·h-1；土贡松在干燥过程中截面变形程度较小，且无内裂现象。土贡松干燥速度、截面变形和内裂评定的特性等级均为1级。

通过百度试验法，分析试验结果，制定出了制定出25 mm厚土贡松木材的干燥基准，土贡松的初期温度为70 ℃，干燥初期干湿球温差为4 ℃，终期温度为95 ℃，土贡松板材(厚度为25 mm)在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间为6.75 d。为在实际生产过程中的干燥工艺提供理论基础，提高经济效益。

与马尾松的干燥特性相比，土贡松的前期开裂程度较马尾松的严重，但其截面变形程度比马尾松低，两者的综合特性等级均为2级，厚度为25 mm的板材在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间均为6.75 d[5]，说明两者的木材材性较为相近。所以，土贡松与马尾松一样能广泛应用于建筑业、工业、农业等领域。

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Wood Drying Properties ofPinusmassonianaLamb

YAN Zhuang-wei1,CHEN Bo-xu2,LI Yan1,FU Yun-lin2,NIE Hai-quan1

(1.TianhonglinForestFarm,CangwuCounty,Guangxi543100; 2.CollegeofForestry,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi530004)

The drying properties ofPinusmassonianaLamb wood were studied by test at the temperature of 100 ℃ and a drying schedule of 25 mm thick Pinus massoniana Lamb wood was formulated. The results show thatPinusmassonianaLamb specimens have no internal crack through the test,the cross section deformation degree is small,drying speed is fast and the drying property is at grade 1 according to the drying test standards. The initial cracking and distortion is the main drying defects ofPinusmassonianaLamb specimen,the property concerned is grade 2. The comprehensive property of wood drying is grade 2.

PinusmassonianaLamb; 100 ℃ test method; drying characteristics

2015-02-10

严壮洧(1964-),男,广西苍梧县人,林业工程师,研究方向:森林培育与林业技术经济。E-mail：yanzw06@126.com。

S782.31

A 文章编号:1001-2117(2015)03-0004-04