格木干燥特性及其干燥基准初探

林　凡，黄腾华，刘　俊，陈柏旭，潘　锋

(1.广西苍梧县国营白南林场，广西 梧州 543116；2.广西壮族自治区林业科学研究院，南宁 530002; 3.广西大学林学院，南宁 530004)



格木干燥特性及其干燥基准初探

林凡1，黄腾华2，刘俊1，陈柏旭3，潘锋1

(1.广西苍梧县国营白南林场，广西 梧州 543116；2.广西壮族自治区林业科学研究院，南宁 530002; 3.广西大学林学院，南宁 530004)

摘要：采用百度试验法研究了格木木材干燥特性，拟定了25～30 mm厚格木木材的干燥基准。结果表明：格木木材初期开裂初期开裂等级为3级，主要为端裂和端表裂，干燥结束后，未出现内裂，等级为1级；截面变形值弦切板平均0.608 mm，径切板平均0.618 mm，等级为2级；扭曲值弦切板平均2.7 mm，等级为2级，径切板平均1.92 mm，低于弦切板；格木干燥质量好，初期开裂是其主要干燥缺陷；弦切板从含水率30%降至5%平均用时26 h，平均干燥速度0.96 %·h-1，径切板平均用时38 h，平均干燥速度为0.66%·h-1，等级为4级，弦切板干燥速度快于径切板；干燥时可参考本研究制定的25～30 mm厚木材干燥基准执行操作，将板材分类摆放，干燥初期干湿球温度差不应太大，升温不宜过快。

关键词：格木；干燥特性；干燥基准；百度试验法

格木(Erythrophleum fordii)又名赤叶木、斗登风、孤坟柴，属苏木科 Caesalpiniaceae 格木属常绿乔木，是我国南亚热带地区的乡土阔叶珍贵树种，被列入中国植物红皮书第一册国家二级重点保护珍稀濒危植物[1-2]，主要天然分布于广西、广东、福建和台湾等省区，越南和老挝亦有分布[3-5]。作为珍贵用材树种，心材与边材区分明显，边材黄褐色稍暗，心材大，褐黑色，有光泽，纹理通直，结构细密坚实，干燥后收缩或变形小，耐腐耐湿，有“铁木”之称，用途广泛，具有非常高的经济价值[5-7]。目前格木迁地保护和引种栽培等恢复措施研究主要集中在光合作用、地理分布、传粉方式、育苗技术、群落生态学、林地碳储量及其分配、物理力学性质等方面[5-13]，加工、利用研究较少，干燥特性还未见研究报道。为此我们进行了格木木材干燥特性和干燥基准研究。

1材料与方法

1.1试验材料

试材选自广西梧州市苍梧县石桥镇白南林场格木种植示范基地(北纬N23°50′13″～N23°50′20″；东经E111°33′17″～E111°33′22″)，该地亚热带季风气候明显，自然条件十分优越，海拨高度200～400 m，坡度30～35°，光热充足，雨量充沛，年均气温21.2℃，年均降水量1 506.9 mm，年均无霜期331d，土壤以红壤为主，土层较厚、较肥沃。

试材格木种植于20世纪80年代初期，树龄33 a。按国家标准《木材物理力学试材采集方法》(GB/T1927—2009)选择和采伐生长良好、均匀的样木5株。对伐倒样木沿树高方向按1.3～3.3、5.3～7.3、9.3～11.3、13.3～15.3、17.3～19.3 m截取5段试验木段(表1)，每试验木段按(20±0.5)mm厚度锯取、刨光制成光面板，并在无损位置依次截成200 mm×100 mm×20 mm试件，选取优良无缺陷的弦切板5块、径切板5块、中心板1块。以弦切板评判木材干燥特性等级，径切板和中心板作对比试验。试件平均含水率为72.99%，均达50%以上，符合百度试验法条件要求[14]。

注：每段试材长2 m。

1.2试验方法

试验仪器设备与参考文献[15]相同。采用百度试验法，将试件放入事先已预热到100±3℃的恒温干燥箱内干燥。干燥初期每间隔1 h观测1次，当试件不再继续开裂并且其裂纹开始愈合时，每间隔2 h观测1次，裂纹愈合停止时，每间隔4 h观测1次，当试件前后两次重量差不超过0.5%时，实验结束。每次观测时记录试件干燥缺陷情况(端表裂、贯通裂、表裂、端裂)及试件重量。干燥结束后试件称重，测量扭曲度、顺弯度、弓弯度、横弯度、断面收缩率及内裂长度、宽度等，之后从试件中间截取15 mm宽试验片，测定其含水率并推算试件干重[16]。

2结果与分析

2.1格木木材干燥缺陷等级及其标准

根据有关参考文献[17-19]制定的格木木材干燥缺陷等级标准如表2，根据该标准及干燥试验数据，确定格木木材干燥缺陷等级为4级(表3)。

表2　100℃干燥试验中干燥缺陷及干燥速度分级标准

注：干燥速度等级按含水率30%降至5%所需时间划分；裂纹长度≤5 cm者为短、>5 cm者为长，宽度≤2 mm者为细、>2 mm者为宽，内裂也同此规定。

表3　格木试件缺陷等级

2.2格木木材干燥特性2.2.1初期开裂百度试验表明，格木木材初期开裂程度属于中等，主要为端裂和端表裂，只有个别试件出现表裂。在第1次观察 (进烘箱0.5 h)和第2次观察中(进烘箱1 h)所有试件均没有出现开裂情况；在第3次观察 (进烘箱2 h)时，只有两块试件产生了端裂，裂纹细小且少；3 h后，大部分试件产生了端裂和端表裂，1块弦切板出现了1条表裂；此后，端裂和端表裂裂纹数量及长度迅速发展。3 h时，所有弦切板试件都产生了端裂和端表裂，大部分径切版没有出现任何裂纹，中心板没有出现裂纹；初期开裂在2～3 h内发展到最大值。表裂最多时达到4条，长度最长达到71 mm，最大宽度0.6 mm。干燥8 h后，裂纹开始慢慢愈合，到结束干燥时，只有一块弦切板和一块径切板有较为明显的端表裂纹，一块径切板有较为明显的表裂纹，其余试件基本都愈合完全。根据干燥缺陷及干燥速度分级标准判定，其初期开裂等级为3级。根据试验观察，初期开裂是格木的主要干燥缺陷，因此在干燥加工时，初期温度差不应太大，以确保干燥质量。

2.2.2内部开裂全部格木试件干燥试验结束后均没有出现内裂情况，根据干燥缺陷及干燥速度分级标准判定，其等级为1级。

2.2.3截面变形实验表明，格木截面变形程度比较轻，弦切板的截面变形值介于0.26～0.98 mm之间，平均值为0.608 mm；径切板的截面变形平均值分别为0.618 mm；中心板为0.66 mm，综合评定其等级为2级。

2.2.4扭曲及弯曲变形试验结果表明，格木木材扭曲程度中等，弦切板扭曲值介于0.5～5.5 mm之间，平均值为2.7 mm，评定等级为2级；径切板的扭曲平均值为1.92 mm。总体上，弦切板试件扭曲程度高于径切板。径切板平均瓦弯值0.57 mm，中心板的瓦弯值为0.8 mm，弦切板瓦弯值介于0.85～2.65 mm，平均1.56 mm，是径切板2.7倍，较为严重；弦切板、径切板和中心板的顺弯平均值分别为0.56 mm、0.57 mm和0.7 mm，相差不大；弦切板、径切板和中心板的横弯平均值分别为0.8 mm、0.54 mm和0.75 mm。

2.2.5干燥速度格木木材干燥过程中含水率变化曲线如图1所示，可以看出其干燥过程中木材含水率变化趋势与土贡松、顶果木等一致[15-16]，即呈快、慢、更慢趋势。根据图1及文献方法[20-21]计算得知，格木不同类别板从70%～80%上下将至30%需12～21 h；试材从含水率30%降至5%所需时间弦切板11.0～29.8 h，平均26 h，平均干燥速度为0.96 %·h-1，弦切板干燥等级评定为4级、干燥速度较慢；径切板含水率30%降至5%平均所需38 h，平均干燥速度为0.66 %·h-1；径切板干燥速度慢于弦切板，因此窑干时为保证干燥质量，应该将板材分类调整摆放进行干燥。

图1　含水率变化曲线

W初/%干燥时间/h全程W初%～30%30%～5%干燥速度/(%·h-1)全程W初%～30%30%～5%干燥速度等级72.998914260.963.070.664

2.3格木木材干燥基准

通过试验获得格木木材3种主要干燥缺陷的等级程度后，按照参考文献[19]方法确定格木木材干燥的初期温度、初期干湿球温度差以及干燥末期温度(表5)及格木木材干燥基准基本条件(表6)。

表5　与干燥缺陷等级对应的干燥条件

表6　试件干燥初步条件

根据表6确定：初期温度为60℃，干燥初期干湿球温差3～4℃，末期温度为90℃。由于干燥初期干湿球温度差、初期温度、末期的温度和干湿球温度差对木材初期开裂程度影响依次由强到弱[22]，为最大限度降低干燥缺陷出现率，提高干燥质量及生产效率，制定格木木材的干燥基准时，要根据其主要干燥缺陷，制定各阶段温度变化及干湿温度差。

格木木材干燥初期开裂等级较高，截面变形较小，不出现内裂。因此干燥格木时为有效控制初期开裂，前期干湿球温度差要适当缩小并控制升温速度；干燥中后期为提高干燥效率，可适当加大升温幅度及干湿球温度差。实验结果显示，初期开裂主要集中在试验前2 h、含水率约为57.8%时，当含水率降到约40%时趋于稳定，因此含水率在75%～50%时，干湿球温度差为3℃，干球温度为60℃；含水率在50%～40%时，干湿球温度差为3℃，干球温度为63℃。计算得知，格木试件初含水率为72.99%，根据含水率与干湿球温度差关系[19]，制定格木锯材的干燥基准；根据本实验试件含水率降至1%时所用的时间为44 h,干燥时间约为13 d；初期干湿球温度差为3℃，干燥时间约为10 d；综上所述，干燥时间平均值为11.5 d，可得出锯材实际干燥时间为11.5 d。制定25～30 mm厚格木木材干燥基准如表7。

表7　格木木材(25～30 mm)干燥基准

3结论与讨论

(1)格木木材初期开裂程度属于中等(3级)，主要为端裂和端表裂，只有个别试件出现少数表裂；干燥试验结束后，格木试件均没有出现内裂情况，等级为1级；弦切板截面变形值0.26～0.98 mm、平均0.608 mm，径切板截面变形平均值0.618 mm、评定等级为2级，截面变形程度比较轻；弦切板扭曲值0.5～5.5 mm，平均2.7 mm，评定等级为2级，属中等程度；径切板扭曲平均值1.92 mm，低于弦切板；表明格木干燥质量好，初期开裂是其主要干燥缺陷，干燥初期干湿球温度差不应太大，升温不宜过快，以确保干燥质量。

(2)格木干燥速度较慢，弦切板从含水率30%降至5%需时11.0～29.8 h，平均26 h，平均干燥速度0.96 %·h-1；径切板平均用时38 h，平均干燥速度为0.66 %·h-1，等级为4级，弦切板干燥速度快于径切板，为保证干燥质量，窑干时应将板材分类摆放、干燥。格木木材干燥时，可参考本研究制定的25～30 mm厚木材干燥基准执行操作。

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收稿日期：2016-02-15

基金项目：广西林业科技项目“珍贵树种格木人工林综合效益研究”。

作者简介：林凡(1971-)，男，工程师，从事森林培育、木材加工生产与科研管理工作。

中图分类号:S781

文献标识码:A

文章编号:1001-2117(2016)04-0057-05

Wood Drying Characteristics of Erythrophleum fordii

LIN Fan1, HUANG Teng-hua2, LIU Jun1, CHEN Bai-xu3, PAN Feng1

(1.Bainan Forest Farm, Cangwu ,Guangxi 543116; 2.Forestry Institute of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning, Guangxi 530002; 3.Forestry College, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004)

Abstract:In order to know well about the drying characteristics of Erythrophleum fordii, benchmark on wood drying of 20 mm～30 mm thick wood was drawn up.The initial cracking is grade 3, with surface cracking or end surface cracking.After drying, no internal cracking occurred, which is grade 1.Cross-section deformity of plain-sawed lumber and quarter-sawn lumber are 0.608 mm and 0.618 mm respectively, cracking grade is 2.Deformity of plain-sawn lumber is 2.7 mm ,with cracking grade at 2 and deformity of quarter-sawn timber is 1.92 mm.The dry wood of Erythrophleum fordii is of good quality and initial cracking is the main disadvantage of drying .Moisture dropped from 30% to 5% for plain-sawn lumber within 26 h, the drying speed at 0.96%·h-1;while within 38 h for quarter-sawn lumber, with speed at 0.66 %·h-1, to be grade 4.The wood drying would refer to the benchmarking of 25～30 mm wood drying to separate the lumber and increase the temperature slowly.

Key words:Erythrophleum fordii; drying characteristics; drying schedule; 100℃ drying test method