不同林龄巨尾桉广林9号木材干燥特性

陈松武，廖满秀，刘晓玲，陈桂丹，陈 艳，林家纯

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西木材资源培育质量控制工程技术研究中心，广西南宁 530002；2.广西国有高峰林场，广西南宁 530001）

桉树是我国三大速生用材树种之一[1]。巨尾桉（Eucalyptus grandis×E.urophylla）广林9 号是由广西国有东门林场通过人工控制授粉培育的巨桉（E.grandis）和尾叶桉（E.urophylla）杂交优良品种，具有适应性强、生长迅速、出材率高和遗传性状稳定等优点[2-3]。目前，巨尾桉广林9 号已在我国大面积推广种植，也是马来西亚、柬埔寨、越南和老挝等东南亚国家大量引种的桉树品种之一。桉树生长应力大，渗透性差，其木材在加工利用过程中，容易出现严重的开裂、变形、内裂和皱缩等缺陷，影响木材的高效利用。为了提高桉树木材的加工利用率及附加值，研究人员对桉树木材的干燥特性进行了相关研究，唐日俊等[4]对15年生巨尾桉木材的干燥特性进行研究，并制定干燥基准；陈松武等[5]对4、6 和8年生尾巨桉（E.urophylla×E.grandis）无性系DH32-26 号木材的干燥特性进行研究，并制定干燥基准；刘媛等[6]研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，并制定尾巨桉幼龄材的干燥基准。本研究采用百度试验法对不同林龄巨尾桉广林9号木材的干燥特性进行研究，分别制定不同林龄巨尾桉广林9 号木材的干燥基准，为其干燥工艺提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材采自广西国有高峰林场，根据GB/T 1927-2009[7]，采伐二代林4、6和8年生的样木各5株，平均胸径分别为15.7、17.4 和18.6 cm。样木采集后，选取树干通直且无病虫害的1.3 ～3.3 m 处木段，采用木工带锯机将试材锯解成厚度为25 mm 的毛边锯材，并刨光至厚度为20 mm 的板材。在刨光后的板材中选取无节子、无开裂等缺陷的部位制取弦切板试件（表1）。弦切板试件的初含水率为102.39% ～171.29%，符合百度试验法的要求。

表1 巨尾桉广林9号试件Tab.1 E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

1.2 试验设备

电热鼓风干燥箱（德国Memmert UF260 型）、电子天平（JJ1000 型，精确至0.01 g）、刻度尺（精确至1 mm）、电子千分尺（精确至0.001 mm）、数显卡尺（精确至0.01 mm）和塞尺（0.02 ～1.00 mm）等。

1.3 试验方法

根据百度试验法，对试样进行检量后，利用干燥箱进行试验[8-13]。干燥前，采用电子千分尺和数显卡尺测量试件的长、宽和厚，电子天平测量质量。将试件放入温度（103 ± 2）℃的干燥箱内干燥。干燥过程中，采用刻度尺和塞尺测量试件的端表裂、表裂、贯通裂和端裂情况，测量并记录裂纹的数量及最长裂纹的长和宽，同时称量并记录试件重量。每0.5 h 测量1 次；待含水率下降速率稍缓后，间隔1 h 测量；裂纹不再增加后，间隔2 h 测量；裂纹无变化后，间隔4 h 测量。当连续两次称量的质量差小于5%时，试件达到绝干，再次测量并记录试件的长、宽和厚及弯曲变形等缺陷情况。在绝干试件长度方向锯取约15 mm 宽的试片，通过截断面观测內裂及截面变形情况。

1.4 数据处理

在试件长度方向锯取约15 mm 宽的含水率试片，将试片烘至绝干，计算试片初含水率（W，%），并计算试件的绝干重（G干，g）及含水率变化情况。计算公式如下：

式中，G0为试片初重（g），G1为试片绝干重（g），GZ为试件最终重量（g），WZ为试件最终含水率（%），WS为试件当时含水率（%），GS为试件当时重量（g）。

2 结果与分析

2.1 不同林龄巨尾桉广林9号木材的干燥特性

2.1.1 初期开裂

根据百度试验法干燥缺陷及干燥速度分级标准[10]，划分不同林龄巨尾桉广林9 号木材的干燥缺陷等级（表2）。干燥初期，木材的含水率比木材纤维饱和点高，表面的水分快速蒸发时形成内外含水率梯度差，当其表面形成的拉伸应力超过拉伸强度时，产生端裂、端表裂、表裂和贯通裂等缺陷[14-15]。干燥1 h 时，试件均无裂纹；干燥2 h 时，大部分试件出现裂纹，主要表现为端表裂和表裂；随着干燥的继续进行，各试件的裂纹数量和长、宽不断增加，4和6年生试件出现的裂纹较明显；干燥至8 h 左右，试件的开裂情况达到稳定状态，其长、宽和数量基本达到最大值；随着干燥的继续进行，部分裂纹逐渐愈合。4和6年生试件的初期开裂较严重，其中端表裂和表裂数量较多，等级均为3 级；8年生试件中,只有2块各出现1条短、细端裂，等级为1级，这可能是由于8年生巨尾桉的生长年限较长，生长应力在生长过程中得到部分释放。

2.1.2 内裂

内裂是指木材内部沿木射线产生的裂纹，干燥后期温度较高，当木材内部张应力过大时，表面发生硬化，产生内裂[16]。所有试件均有不同程度的内裂，大部分试件的内裂情况较严重，大部分6 和8年生试件的宽内裂（≥2 mm）有5 ～10条，4年生试件一般为1 ～2 条，宽内裂的宽度为2 ～4 cm。内裂是广林9 号木材的主要干燥缺陷，且树龄越大的木材内裂越严重。4、6 和8年生试件的内裂等级分别为3、4和4级（表2）。

表2 巨尾桉广林9号试件干燥缺陷等级Tab.2 Defect grades of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.3 截面变形

截面变形主要是由干燥温度偏高，自由水移动过快产生的干燥应力及毛细管张力大于横纹抗压强度造成的[17]。4、6 和8年生试件的截面变形值分别为1.0 ～2.3、0.8 ～5.8 和2.8 ～5.7 mm，平均值分别为1.6、3.5和4.3 mm，截面变形程度随树龄的增加而增加；截面变形等级分别为3、4和5级（表2）。

2.1.4 扭曲

4、6 和8年生试件的扭曲值分别为1.5 ～5.0、1.0 ～9.0 和1.0 ～5.0 mm，平均值分别为2.5、5.7 和3.1 mm；扭曲等级分别为2、3 和3 级；6年生试件的扭曲程度最严重（表2）。

2.1.5 干燥速度

干燥总时长为66 h。4、6和8年生试件的含水率由30%降至5%平均用时分别为14.15 、14.69 和15.85 h，平均干燥速度分别为1.78、1.73 和1.58%/h，树龄越大的试件干燥速度越慢。总体来说，广林9号木材的干燥速度属于中等，4、6和8年生试件的干燥速度分别为2、2 和3 级（表2）。干燥过程的含水率变化曲线见图1。

图1 巨尾桉广林9号试件的含水率变化Fig.1 Changes of moisture contents of E.grandis×E.urophylla GLGU9 specimen

2.1.6 翘曲

翘曲可分为顺弯、横弯和翘弯[15]。4、6和8年生试件的翘弯值分别为3.5 ～5.5、4.5 ～9.0和4.0 ～6.0 mm，平均值分别为4.8、6.4 和5.3 mm，翘弯现象较明显，没有顺弯和横弯现象。

2.2 干燥基准

通过分析不同林龄巨尾桉广林9号木材的干燥缺陷等级，根据干燥缺陷等级对应的干燥条件[10]，确定4、6和8年生木材的初步干燥条件（表3）。4年生木材的干燥初期温度、初期干湿球温度差和末期温度分别为50、3和75 ℃；6年生分别为40、2 和70 ℃；8年生分别为40、2和70 ℃。

表3 不同林龄巨尾桉广林9号木材干燥初步条件Tab.3 Drying preliminary conditions of E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages (℃)

巨尾桉广林9 号木材的内裂和截面变形较严重，干燥初期的温度不宜过高，升温速度不宜过快，需缓慢升温，既可以减少初期开裂的现象，还可以避免因温度过高、升温过快引起的木材内部水分移动过快，导致木材产生严重的皱缩缺陷，从而出现明显的截面变形现象；还需严格控制干燥初期的干湿球温度差，不宜过大，以2 ～10 ℃为宜，可减少内裂缺陷，待干燥中后期木材材性相对稳定后，可逐渐加大升温幅度和干湿球温度差，加快干燥速度，降低耗能，提高干燥效率和经济效益。

根据干燥时间的估算图[10]估算4、6 和8年生巨尾桉广林9 号木材的干燥时间。试件含水率降至1%时所需时间约为66 h，可得干燥时间约为19 天；4、6 和8年生木材初期干湿球温度差分别为3、2 和2 ℃，可得干燥时间分别约为10、20 和20 天。两者的平均值分别为14.5、19.5和19.5天，即试材在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间。

巨尾桉广林9 号木材属于阔叶材，绝大部分试件的含水率大于110%，根据含水率与干湿球温度差关系表（阔叶材）[10]，制定出4、6 和8年生广林9 号25 mm厚木材的干燥基准（表4）。

表4 不同林龄巨尾桉广林9号25 mm厚木材干燥基准Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.grandis×E.urophylla GLGU9 woods with different ages

3 结论与讨论

本研究通过百度试验法对4、6 和8年生巨尾桉广林9号木材的干燥特性进行研究。结果表明，4、6和8年生木材干燥缺陷综合评定等级分别3、4 和5级。广林9 号木材的材性与树龄有关，整体来说随着树龄增加，木材在干燥过程中出现的缺陷情况越严重，8年生木材的内裂、截面变形和扭曲缺陷均最严重，分别达到4、5 和3 级，但无明显的初期开裂现象，甚至在整个干燥过程中，都很少出现开裂情况，初期开裂等级为1 级，4 和6年生木材的初期开裂较明显，均为3 级，但6年生木材干燥初期的裂纹大部分在中后期愈合，4年生木材的裂纹大部分没有愈合，总体来说树龄越大，木材开裂现象越少。

根据广林9号木材的特性，树龄较小的木材，干燥初期的温度不宜过高，且干湿球温度差不宜过大，减少初期开裂，后期可适当加速升温，提高干燥效率；树龄在8年生以上的，干燥中后期可适当进行调湿处理，减少后期出现的内裂和截面变形等缺陷。

刘媛等[6]研究5年生尾巨桉无性系26 号木材的干燥缺陷，其综合特性等级为3级，主要的干燥缺陷是内裂、截面变形和扭曲，分别为2、3 和2 级，初期开裂和干燥速度均为1 级，属于易干材；陈松武等[5]研究4、6和8年生尾巨桉无性系26号木材的干燥缺陷，其综合特性等级分别为4、5 和5 级，主要的干燥缺陷是内裂和截面变形，内裂等级分别为3、5 和5级，截面变形等级分别为4、5 和5 级，初期开裂等级分别为3、2 和5 级。8年生尾巨桉无性系26 号木材与本研究中8年生巨尾桉广林9 号木材的初期开裂情况相差很远。不同品系木材的干燥特性具有较大的个性差异，同一品系不同树龄的木材干燥特性也可能有较大的差异，因此在实际生产过程中需根据不同桉树种类的实际情况调整干燥工艺。