9种西南乡土杨树干燥特性比较

2016-09-13罗朋朋陈太安胡志坚

西南林业大学学报 2016年1期

关键词：西南杨树含水率

罗朋朋　陈太安　胡志坚　和　杰

(西南林业大学材料工程学院，云南昆明 650224)

9种西南乡土杨树干燥特性比较

罗朋朋陈太安胡志坚和杰

(西南林业大学材料工程学院，云南昆明 650224)

以9种西南地区乡土杨树为对象，研究其与干燥有关的材性和百度法干燥特性。结果表明：9种西南乡土杨树均具有较为明显的湿心材，且含水率在树种间存在较大差异，湿心材和边材水分含量差异较大；9种杨树均属于低密度木材，径向气干干缩率和弦向干缩率与密度之间的相关性不明显，湿心材与边材的差异规律不明显；湿心材和密度是影响西南地区乡土杨树用材干燥的2个主要因素，皱缩是其易发的干燥缺陷。根据9种西南乡土杨树的材性和干燥特性，拟定了其预报干燥基准。

杨树；材性；干燥特性；湿心材；干燥基准

杨树(Populusspp.)生长快、适应性强、繁殖容易、木材用途广泛，被世界各国普遍关注，已成为世界中纬度平原地区栽培面积最大、木材产量最高的速生用材树种之一[1]。我国西南地区乡土杨树品种资源丰富，约28个种，特有种25个，变种22个，天然杂交种10个，是我国杨树自然分布和变异的中心之一[2]。

目前，云南省杨树种植多见于行道树、四旁树、防护林和风景园林，作为工业用材的研究与开发利用明显落后于三北和华东等杨树主要栽培区。为充分挖掘利用杨树这一宝贵资源，以9种典型西南乡土杨树树种为对象，对其与干燥有关的材性和百度法干燥特性进行研究，以期为其品种选育提供基础资料。

1　材料与方法

1.1试验材料

9种杨树试材分别采自云南和四川，参考GB/T1929—2009《木材物理力学试材锯解及试样截取方法》采伐样株，每个树种采伐3株，基本信息见表1。在胸径处锯解5cm厚圆盘并标记方向，向上依次截取2m长原木。圆盘以塑料袋密封后立即运回实验室，原木运回锯解成板材后运回实验室备用。

表1　试验用杨树树种的基本信息

1.2试验方法

圆盘刨光后，根据材色区分湿心材与正常边材，以面积比作为湿心材比例。将圆盘沿南北方向分边材和湿心材锯解干缩性、密度与生材含水率试样，试样尺寸均为20mm×20mm×20mm，干缩性和密度数据于同一试样上获得，每组重复20个，而含水率试样的重复试样为5个。干缩性与密度试样称质量并测量尺寸后置于室内气干干燥，待恒质量后，再次称质量并测量尺寸，计算出气干密度和径弦向气干干缩率[3]。含水率试样分为正常边材和湿心材2组，以烘干法测得生材含水率。

从长板材中挑选标准弦切板生材试样，要求纹理通直，无结疤、夹皮等缺陷，四面刨光后制得长、宽、厚分别为200、100、20mm的百度干燥特性试样，各树种的试件数为8块，按百度法进行干燥特性试验[3]。

2　结果与分析

2.1与干燥有关的杨树材性比较

9种乡土杨树与干燥有关山的基本材性见表2。

表2　9种杨树与干燥有关的基本材性

9种西南乡土杨树均具有较为明显的湿心材，但不同树种之间差异明显。其中德钦杨的湿心材比例高达56.9%；其次是西南杨、大叶杨和三脉青杨，湿心材约45%；藏川杨和康定杨均超过30%；川杨和滇杨约为20%；乡城杨的湿心材最低，只有8.2%。

杨树含有较多的水分，生材含水率值均超过100%，但树种间具有较大的差异。川杨和乡城杨较高，约150%；大叶杨和西南杨较低，均低于120%。湿心材的水分含量明显高于边材，特别是德钦杨，其水分含量高达234.34%，而滇杨、藏川杨和康定杨较低，略高于150%。边材含水率较高的是川杨和滇杨，而德钦杨、西南杨和大叶杨较低，为50%～60%。湿心材和边材水分含量差异最大的是德钦杨，其湿心材含水率是正常材的4倍，差异最小的是滇杨，湿心材含水率比正常材高出约50%。

受材性影响，尽管9种西南乡土杨树的气干含水率略有差异，但基本在10%～12%变异，因此,不同树种气干密度仍具有较强的可比性。9种杨树均属于低密度木材，按密度大致分为3类。高密度的是藏川杨，其气干密度达0.55g/cm3；德钦杨、大叶杨、康定杨、川杨、滇杨等为中等密度，气干密度为0.45g/cm3左右；而三脉青杨、西南杨和乡城杨属低密度，气干密度在0.40g/cm3及其以下，其中以三脉青杨为最低，只有0.35g/cm3。德钦杨、滇杨边材的气干密度明显高于心材，而藏川杨边材的气干密度明显低于心材，其余树种心边材密度差异不明显。

9种西南杨树的径向气干干缩率在1.2%～2.0%，弦向干缩率在4.2%～5.6%，但与密度之间的相关性不明显。具有明显湿心材特征的8种杨树中，径向干缩率边材与心材差异不大的只有大叶杨，其余树种均是心材明显高于边材。而对于弦向干缩率，只有德钦杨、川杨和西南杨心材高于边材，其余树种差别不大。

2.2杨树百度法干燥特性比较

百度法干燥特性包括体现干燥缺陷的3个指标：初期开裂、内裂和截面变形，另外还有体现干燥速度的指标：含水率从30% ～ 5%的干燥时间，依据干燥缺陷标的等级可制定预报干燥基准，而干燥速度则是评价干燥难易程度的间接指标[3]。

9种杨树的干燥特性见表3。德钦杨、大叶杨、三脉青杨、康定杨在干燥初期开裂较少，属1级，其余5个树种多为2级。内裂最严重的是德钦杨，藏川杨、西南杨其次，但这3个树种的内裂等级均为2级，其余树种基本未出现内裂情况。截面变形是杨树干燥特性的主要缺陷，德钦杨、西南杨和藏川杨的截面变形缺陷等级分别为5级、4级和3级，其余树种的截面变形等级为2级。由表3分析可知，内裂与截面变形的等级存在一定的相关性。

表3　9种杨树干燥特性试验结果

注：括号内数据为百度法的干燥特性等级。

含水率分阶段下的干燥速度见表4。由表3～4可知，9种杨树从生材干燥至含水率1%的总耗时为26～44h，干燥时间等级为1级或2级，其中2级的7种。9种杨树中，三脉青杨与乡城杨的干燥速度较快，德钦杨与藏川杨较慢。影响干燥速度的材性主要是密度和湿心材含量，其中德钦杨可能是湿心材的影响，而藏川杨则受密度的影响，西南杨虽密度较小，但其湿心材比例较高使其干燥较慢。在剧烈的外部干燥环境中，干燥速率取决于可供蒸发的水分量以及水分在木材内部移动的难易程度，因此，干燥用时与初含水率存在一定的关联性，但不完全一致，可能有与其他因素的共同作用。

表4　不同树种的干燥时间与速率

注：括号内数据为变异系数(%)。

2.3湿心材对杨树干燥特性的影响

决定杨树干燥特性的干燥缺陷是截面变形，其主要衡量木材能否正常干缩。对于多数树种而言，截面变形主要是由干燥过程中表面硬化造成的，而对于杨树、桉树等树种，主要是自由水排除过程中细胞腔过度变形所产生的皱缩[4]。

湿心材是一种不正常的木材，其特征是含水率高，有细菌存在(但不是木腐菌)，渗透性较正常材低，干燥特别缓慢。在干燥的早期阶段，湿心材比正常边材和心材更容易发生皱缩，蜂窝裂和皱缩的严重程度通常随干燥早期和中期阶段温度提高而增大，出现这些缺陷的起始温度随树种、立地条件和湿心材类型而异，在干燥初期阶段采用温和的条件有助于减少杨树湿心材发生皱缩[4-5]。

表5　湿心材比例对杨树干燥特性的影响

不同湿心材比例杨树的百度法干燥特性见表5。由表5可见，湿心材比例70%以上的平均截面变形高达4.17mm，同时内裂等级也较高；而湿心材比例小的杨树，平均截面变形小，内裂等级也下降。湿心材比例不同，干燥时间也有差异，比例最高的，总干燥时间最长。只有湿心材比例低于5%的试样，才有较快的干燥速率，无论是在哪个干燥阶段，湿心材的存在均阻碍了水分的迁移。

2.4预报干燥基准

根据9种西南乡土杨树的干燥缺陷等级(表3)，参照与之相对应的干燥条件，以9种杨树基本材性为主要参照，以此拟定的各树种预报干燥基准，见表6。

表6　9种杨树20～30mm材的预报干燥基准

9种杨树均属于软阔叶材，相对于硬阔叶材来说较易干燥，但杨树中的湿心材对干燥的影响必须予以重点考虑。9种杨树的密度均相对较小，但仍存在一定差异，因此,在干燥时密度也是需要考虑的一个要素。

德钦杨湿心材比例较高，最难干燥，量较大时可以采用预分选的方法将正常边材和湿心材分开干燥。湿心材板材在干燥中需重点预防皱缩干燥缺陷，前期干燥温度应较低，后期在适当时期可以采用汽蒸处理调控皱缩深度[6]。西南杨虽所含湿心材比例也较高，皱缩也是其主要干燥缺陷，但因其密度较低，水分移动相对容易，干燥温度可适当提高。藏川杨不仅含有湿心材，而且密度较大，其干燥速度应相对较慢；另一方面，藏川杨的含水率较西南杨高，因此,在制定干燥基准时其各阶段的干湿球温差较西南杨高，但单位时间内的干燥基准相对较软。其余6种乡土杨树属于较易干燥的木材树种，干燥特性类似，较少发生干燥缺陷，可采用相同干燥基准。

3　结　论

9种西南乡土杨树均具有较为明显的湿心材，其中德钦杨的湿心材比例最高，其次是西南杨、大叶杨和三脉青杨；9种杨树的含水率在树种间存在较大差异，川杨和乡城杨较高，滇杨、藏川杨和康定杨较低，杨树中湿心材和边材水分含量差异较大；9种杨树均属于低密度木材，其中藏川杨最高，三脉青杨最低；9种杨树的径向气干干缩率为1.2% ～ 2.0%，弦向干缩率为4.2%～ 5.6%，与密度之间的相关性不明显，湿心材与边材的差异规律不明显。

百度法干燥试验表明，德钦杨、西南杨和藏川杨相对较难干燥，截面变形较大，也存在一定的内裂，二者相关性明显，表明皱缩将是西南乡土杨树材易发的干燥缺陷；其余6个树种的干燥特性相近，干燥缺陷较少，属于易干树种，可按同类干燥。据此，拟定了西南乡土杨树的预报干燥基准，并就干燥工艺给出了建议。

[1]刘盛全.我国杨树人工林材性与加工利用研究现状及发展趋势[J].木材工业，1999，13(3):14-16．

[2]万雪琴，张帆，钟宇，等. 中国西南地区乡土杨树基因资源的保护与利用[J].林业科学，2009，45(4):139-144

[3]顾炼百. 木材加工工艺学[M].2版.北京：中国林业出版社，2011.

[4]王烨，薛振华.加拿大杨木皱缩特性研究[J].内蒙古农业大学学报，2003.24(4):83-86．

[5]祖勃荪.国外对杨树湿心材的研究[J].林业科学，2000.23(5):85-91.

[6]陈太安，顾炼百.汽蒸处理回复赤桉干燥皱缩的研究[J].南京林业大学学报， 2004，28(3):34-36.

(责任编辑曹龙)

Comparison of Drying Characteristics of Nine NativePoplarsfromSouthwestenChina

Luo Pengpeng, Chen Taian, Hu ZhiJian, He Jie

(College of Materials Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224, China)

ToexploreandusethenativepoplarresourcesinsouthwestChina,the100 ℃dryingcharacteristicsandthedryingrelatedpropertiesof9nativepoplarswereinvestigated.Theresultsshowthattypicalwetheartwoodwithhighmoisturecontent(MC)isfoundinnativepoplars.AndthereisabigdifferenceofMCbetweenspeciesofpoplarthatissameasbetweenwetheartwoodandsapwood.Besides,ninenativepoplarsbelongtothelowdensitycategory.Thecorrelationbetweenairdriedshrinkagecoefficientinradialorintangentialandairdrieddensityisnotobvious.Thedifferenceinshrinkageofwetheartwoodandsapwoodisalsonotsignificant.Wetheartwoodanddensityarethemaintwofactorsaffectingthedryingbehaviorof9southwestnativepoplarwoodswhilecollapseisofcommonoccurrenceduringpoplarwooddrying.Basedontheaboveresults,thedryingscheduleandsomeadvicesondryingof9nativepoplarsweregiveninthepaper.

Populusspp.;woodproperty;dryingcharacteristic;wetheartwood;dryingschedule