观光木木材干燥特性研究

符韵林，邱炳发，韦鹏练，廖克波，刘晓玲，袁振双

（1.广西大学 林学院，广西 南宁 530004；2.广西良凤江国家森公园，广西 南宁 530031）

观光木Tsoongiodendron odorum别名观光木兰、宿轴木兰、香花木、香花楠，系木兰科Magnoliaceae观光木属Tsoongiodendron常绿乔木，是中国特有的古老孑遗树植物，木兰科的单种属植物，国家二级保护树种［1－3］，主要分布于贵州、湖南、江西南部、福建、广东、广西、海南、云南东南部及台湾等地，越南北部也有分布［4－5］。该树种树干通直，自然整枝良好，树形优美，高可达20 m以上，胸径可达1 m以上［2］；生长迅速，20年生的观光木年平均树高年均生长量达0.83 m，年均胸径生长达1.04 cm，是亚热带阔叶树的佼佼者［4］。其木材纹理直，结构细，易加工，干燥后，少开裂，是建筑、家具、乐器和细木工等的优良珍贵用材［6］。关于观光木的培育、生长规律及生物学特性等已有相关报道，但尚未看到有关观光木木材干燥特性的研究。观光木材质优良，用途广泛，要对其进行加工利用首要解决的是木材的干燥问题。本研究主要研究观光木的木材干燥特性，并拟定预测干燥基准，为观光木的开发利用做理论储备。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本实验采用观光木弦切板，取材于广西南宁市良凤江国家森林公园，共采伐6株，胸径16～28 cm。从树干胸高处向上锯取2 m长的原木，锯解成为200 mm×100 mm×20 mm（L×W×H）的标准弦切板和径切板，四面刨光。取无可见缺陷的弦切板8块，径切板和中心板各2块。其中弦切板用来评判木材干燥特性的等级，径切板和中心板作对比试验。

1.2 试验方法

试验按照百度试验法进行。具体步骤如下：①干燥开始前。在试件上标记测量点，测量试件的实际尺寸，精确至0.1 mm；用电子天平称量，精确至0.1 g。②干燥试验。将测量和称量后的试件沿纹理方向水平竖立于干燥箱内，在（100±2）℃的条件下进行干燥。观察干燥过程中试件初期端裂和表面开裂情况。试验开始隔0.5 h观测1次，2次后转入隔1 h观测1次；6 h后隔2 h观测1次；当裂缝开始愈合时，隔6 h观测1次。每次观测的同时还称量，记录水分的变化情况。③干燥结束。待测得2次质量基本不变时，停止烘干。将试件称量，测量扭曲、顺弯、瓦弯等后期变形情况。然后沿长度方向的中央锯取15 mm宽的含水率试片，测定其含水率并推算出试件的全干质量。在已烘干试样的新截断面检查内裂状况及截面变形程度。

2 结果与分析

2.1 确定观光木木材干燥缺陷等级

根据干燥试验数据，参照文献［7－9］确定观光木试件的缺陷等级。主要考察的指标有初期开裂、内裂、截面变形和扭曲变形，其对应的缺陷等级分别为3级、1级、1级和3级。

2.2 干燥特性分析

2.2.1 初期开裂 观光木的初期开裂主要为端裂和端表裂，有表裂、贯通裂出现，但数量较少。在第1次观察中（进烘箱0.5 h），未发现有任何裂纹；1 h后，除2号弦切板外，其余所有试件均产生了端裂，但裂纹的长度和宽度均较小，开裂等级为1级；此后，随着干燥的进行，裂纹的数量及长度迅速发展。大约在5～6 h时，初期开裂发展到最大值，此时的含水率为27%～34%，开裂等级达到3级。8～10 h后裂纹开始愈合，到结束干燥时，除中心板和径切板尚有较为明显的裂纹外，其余试件基本都愈合。根据试验观察，初期开裂是观光木的主要干燥缺陷，因此干燥时要注意干燥条件的控制，尽量避免初期开裂的产生，以确保干燥质量。

2.2.2 内部开裂 内裂主要起因于干燥引起的表面硬化和干燥应力，常发生在干燥后期，与干燥初期的干燥条件及末期温度有关，特别是较为严重的表裂会向内部延伸引起内裂［8］。干燥试验结束后观察，所有试件均未产生内裂，其等级为1级。

2.2.3 截面变形 试验表明，观光木的截面变形程度比较轻，弦切板截面变形值为0.32～0.74 mm，平均值为0.48 mm，评定等级为1级。

2.2.4 扭曲和弯曲变形 试验结果表明，观光木弦切板的扭曲值为2.00～6.00 mm，平均为3.50 mm，评定等级为3级。弯曲变形中瓦弯最为严重，弦切板为0.82～2.05 mm，平均为1.27mm；中心板和径切板的瓦弯变形平均值分别为0.95 mm和1.52 mm。

2.2.5 干燥速度 观光木干燥过程中含水率变化曲线见图1。经统计计算，试件的含水率初始时平均为98.3%，干燥结束时平均为0.96%，全程用时52 h，其全程干燥速度平均为1.87%·h－1；含水率由初始值降至30%平均用时5.6 h，该过程的平均干燥速度为12.13%·h－1；各弦切板试材含水率从30%降至5%所需时间为 9.6～12.7 h，平均用时 10.1 h，平均干燥速度为 2.46%·h－1。据百度试验法干燥速度分级标准［10－11］，观光木木材干燥速度等级评定为2级，干燥速度较快。

2.2.6 干缩特性 根据试件干燥前后的尺寸变化计算得观光木的线干缩率为弦向5.77%，径向5.56%，对应的干缩系数分别为0.199%和0.191%。弦向与径向的干缩比值为1.04＜1.5［12］，说明观光木在干燥过程中产生翘曲和开裂的趋势相对较小。观光木的体积干缩率为11.24%，干缩系数为0.389%＜0.450%［13］，根据材性分级标准属小。

图1 观光木含水率变化曲线Figure 1 Curve of moisture change

2.3 编制观光木木材干燥基准

通过试验获得了3种主要干燥缺陷的等级程度之后，参照与该项缺陷等级相对应的干燥条件［7］确定观光木木材干燥的初期温度、初期干湿球温度差及末期温度见表1，从中选出各温度和干湿球温差最低条件作为确定观光木木材干燥基准的基本条件［7］。

表1 试件干燥初步条件Table 1 Preliminary drying conditions of samples

根据表1确定：初期温度为60℃，干燥初期干湿球温差为3～7℃，终期温度为90℃。根据试验结果，初期开裂和扭曲变形是观光木的主要干燥缺陷，因此在制定干燥基准时要重点考虑针对这2项干燥缺陷，合理安排各含水率阶段的温湿度变化，以保证干燥质量。

木材初期开裂程度一般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［7］。扭曲变形主要是由于交错纹理造成的，在制定工艺基准时要考虑适当调低后期温度［11］。因而在对观光木进行干燥时，前期的干湿球温度差不宜过大，升温不宜过快，可有效避免初期开裂的出现；中期升温幅度及干湿球温度差可适当加大，以提高干燥效率；同时为了防止扭曲变形的发生，对终期温度进行适当调低处理。根据实验记录，初期开裂多集中在含水率64%左右出现，27%左右趋于稳定。故含水率在64%以上时，干球温度为60℃，干湿球温度差为3℃；含水率在64%～27%时，各阶段缓慢升温，之后的升温幅度可适当加大，以提高干燥效率。查含水率与干湿球温度差关系表［7］，可以得出锯材的干燥基准；一般成材干燥多为家具用材，故而制定25～30 mm厚观光木木材干燥基准。最终干燥基准见表2。

表2 百度试验法确定的观光木木材（25～30 mm）干燥基准Table 2 Drying schedule determined by 100℃test for 25-30 mm Tsoongiodendron odorum wood

3 结论

百度试验结果表明，观光木的干燥速度较快，含水率由30%降至5%所需时间为9.59～12.70 h，对应的特性等级为2级。

干燥试验中观光木试件的截面变形程度轻，无内裂。2项缺陷的等级均为1级。

初期开裂和扭曲变形是观光木的主要干燥缺陷，2项缺陷等级均达到3级。因此干燥初期干湿球温度差不能太大，以避免初期开裂的产生；后期温度亦不可过高，以减少扭曲变形。

观光木体积干缩系数小，弦向与径向干缩差异不大，干燥过程中产生翘曲和开裂的趋势相对较小。制定了25～30 mm厚观光木木材的干燥基准。

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