桉树无性系大径材干燥特性分析

刘媛 卢翠香 黄腾华 陈健波 项东云

摘要：【目的】分析桉樹无性系大径材的干燥特性，并预测其干燥基准，为桉树大径材的实木利用提供科学依据。【方法】采用百度试验法研究10年生尾巨桉无性系大径材的干燥特性，根据木材干燥过程中初期开裂、内部开裂和截面变形3项干燥缺陷的发生程度，制定桉树大径材干燥基准。【结果】桉树无性系大径材初期开裂程度2级；内部开裂程度中等，为3级；截面变形严重，为4级。干燥速度为4级，干燥速度较慢，属难干木材。体积、径向和弦向干缩率较大，分别为19.656%、10.976%和9.451%；差异干缩值为0.861，属差异干缩小。根据3种缺陷的等级程度，确定桉树无性系大径材干燥基准的基本条件：初期温度50 ℃，初期干湿球温度差2～4 ℃，末期温度75 ℃；厚度为25～30 mm的桉树无性系木材窑干至水含率10.00%所需时间为20.75 d。【结论】截面变形是桉树无性系大径材的主要干燥缺陷，为防止其发生，在生产中应以初期温度50 ℃、初期干湿球温度差2～4 ℃、末期温度75 ℃为干燥基准，可根据实际情况进行适当调整。

关键词： 桉树；大径材；干燥特性；干燥基准；百度试验法

中图分类号： S792.39 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）05-0896-05

Drying characteristics of Eucalyptus clones with large-diameter

LIU Yuan， LU Cui-xiang， HUANG Teng-hua， CHEN Jian-bo， XIANG Dong-yun

（Guangxi Forestry Research Institute / Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation / Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China， Nanning 530002，China）

Abstract：【Objective】In the present paper， drying characteristics of Eucalyptus clones with large-diameter were studied， and the drying schedule was predicted， in order to provide scientific basis for the utilization of Eucalyptus big-diameter wood. 【Method】Drying characteristics of 10-year-old Eucalyptus clones with large-diameter were studied by 100℃ test method. On the basis of drying defects， namely initial crack， internal crack and cross-section deformation during wood drying process， the drying schedule of Eucalyptus big-diameter wood was proposed. 【Result】The initial crack was grade 2； internal crack degree was moderate， being grade 3； degree of cross-section deformation was serious， being grade 4. Drying speed was grade 4， which meant the drying speed was slow and Eucalyptus a the wood dried slowly. Volume dry shrinkage rate（19.656%）， radial dry shrinkage rate（10.976%） and tangential dry shrinkage rate（9.451%） were large； difference dry shrinkage（0.861） was small. According to the grades of the three defects， the basic conditions of drying schedule were as follows： under the condition of initial temperature 50 ℃， difference between wet and dry bulb temperatures at initial period 2-4 ℃， temperature at late drying period 75 ℃， it took 20.75 d to dry Eucalyptus clones with large-diameter with 25-30 mm thickness to 10.00% moisture content. 【Conclusion】The main defect is section deformation. In order to avoid it， the drying schedule should be initial temperature 50 ℃， difference between wet and dry bulb temperatures at initial period 2-4 ℃， temperature at late drying period 75 ℃ in actual production. This schedule can be adjusted based on specific condition.

Key words： Eucalyptus； big-diameter wood； drying characteristic； drying schedule； 100 ℃ test method

0 引言

【研究意义】桉树是一种优质速生树种，生长快，干形通直，出材率高，轮伐期短，具短时耐低温能力，有较好的木材稳定性和耐光性，其中桉树无性系是南方推广造林最多的树种（徐建民等，2001；项东云等，2006；杨时桐，2008）。长期以来，桉树人工林以小径材为主，木材以纸浆和人造板为主要用途，木材利用率低，发展中大徑材用于实木加工是木材利用的新方向（殷亚方等，2001）。但桉木存在较高的生长应力，常规干燥过程中干缩率大，易产生皱缩和开裂，而且我国桉树中大径材加工技术比较落后，极大限制了桉树的实木利用。干燥技术是桉树中大径材实木加工利用的关键技术之一（江泽慧等，2002），因此，开展桉树无性系大径材干燥特性研究，对提高桉树人工林高效利用具有重要意义。【前人研究进展】国外学者于20世纪80年代已开始研究桉木的干燥特性及工艺，Chafe（1985）对桉木皱缩和实木加工利用技术开发进行了系统研究；Oliver（1991）研究了不同桉树木材的干燥模型，分析比较了维多利亚和塔斯马尼亚的巨桉、王桉、蓝桉、斜叶桉和加拉桉等几类桉树木材的干燥时间模型，但该模型对于板材干燥过程中的应力分布和计算效果不佳；Innes（1995）研究了桉树木材皱缩机理、皱缩与干燥基准、木材组织结构的关系及组织结构的变化等。近年来，国内不少学者也开展了桉树干燥的相关研究。刘元等（2002）采用百度试验法，结合真空干燥、常规干燥、常规—真空联合干燥3种干燥方式的比较试验，研究了柠檬桉和圆角桉人工林木材的干燥特性和干燥基准，初步确定桉树人工林木材的干燥工艺；殷亚方（2008）研究了桉树的锯解和干燥问题；甘雪菲等（2010）采用百度试验法编制了巨尾桉小径木材的干燥基准，对桉树扇形锯材干燥进行初探；刁海林等（2011）采用百度试验法预测了9年生巨尾桉木材的干燥特性和干燥基准，为实际生产中制定干燥工艺提供理论依据；龙传文（2012）采用百度试验法对粗皮桉木材的干燥特性与干燥基准进行了研究；卢翠香等（2014）采用百度试验法预测了22年生邓恩桉木材的干燥基准，为今后不同桉木的加工利用提供科学依据。【本研究切入点】桉树木材属于典型的难干类木材，常规干燥方法极易产生皱缩和开裂，而发展桉树中大径材需对不同桉木进行干燥特性分析，制定合理的干燥基准，但目前有关桉树无性系大径材干燥基准的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】分析桉树无性系大径材的干燥特性，初步预测桉树木材的干燥基准，为桉树大径材的实木利用提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试件（10年生尾巨桉）取自广西林业科学研究院桉树无性系。参照GB/T 1927-2009《木材物理力学试材采集方法》（殷亚方等，2009）进行采集，挑选4株样木，树龄10年，胸径28～35 cm，初始水含率93.03%，基本密度0.524 g/cm3，生材密度1.007 g/cm3；参照百度试验法进行试件加工，选择标准的弦切板，锯取规格200 mm×100 mm×20 mm（长×宽×高），四面刨光，取无可见缺陷、材色正常的弦切板共计14块。

主要仪器设备：101-3A型电热鼓风恒温干燥箱（上虞市华南仪器设备有限公司）；广陆3V锂电数显卡尺（桂林广陆数字测控股份有限公司）；数显螺旋测微尺（上海三量工具有限公司）。

1. 2 试验方法

参照百度试验法进行（戴于龙等，1985；何清慧，1998）。标准试件用天平称重（精确0.1 g），并测量试件实际尺寸（精确0.1 mm），然后沿木材纹理方向，横立放置于100 ℃鼓风式电热恒温干燥箱中进行干燥，定时观察干燥过程中试件缺陷情况。初期每隔1 h称量试件的重量变化，当试件表面的裂纹不再增加并开始愈合时，隔2 h观察1次；当裂纹不再愈合，隔6 h观察1次；待前后两次重量差不超过0.02 g，即试件达绝干状态，停止干燥，试验结束。参考百度试验法干燥缺陷分级标准，根据试件的初期开裂（断裂和表面开裂）、内部开裂和塌陷（截面变形）3项干燥缺陷程度（等级）确定测试木材的干燥基准初期温度、末期温度和干湿球温度差（相对湿度）。试件干燥过程中水含率根据以下公式计算：

试件水含率（%）=（试件实时重量-试件全干重量）/

试件全干重量×100

2 结果与分析

2. 1 木材干燥特性分析结果

2. 1. 1 干燥缺陷等级评定 对桉树无性系大径材的干燥缺陷（表1）进行统计，根据百度试验法干燥特性的分级标准，对试验数据进行整理和计算，桉树无性系木材干燥特性等级评定结果见表2。

2. 1. 2 初期开裂 木材干燥初期，初始水含率较高，沿纤维方向的端表层及垂直于纤维方向的表层水分蒸发较快，表层与内部收缩不均匀而形成水含率差，产生干燥应力，当干燥应力超过木材横纹承受的拉伸极限强度时，极易产生初期开裂（刘志军和张璧光，2006；龙传文，2012）。在第1次观察中（进烘箱0.5 h），试件均未发生开裂；干燥1 h后，50%的弦切板出现端表裂；2 h后，端表裂的弦切板增加到60%，部分出现表裂，50%的弦切板出现贯通裂。随着干燥时间的延长，试件水含率逐渐降低，裂纹长度及宽度逐渐增大，裂纹数量逐渐增多。干燥7 h左右，初期开裂达最大值，之后初期开裂程度趋于稳定，部分裂纹开始愈合。百度试验结果（表2）表明，桉树无性系大径材初期开裂程度中等，主要出现端裂和表裂现象，等级为2级。

2. 1. 3 内部开裂 内部开裂是一种较严重的干燥缺陷，在干燥后期，木材的表层硬化严重，木材内部承受的应力大于木材的横纹抗拉强度，易发生内部开裂（王喜明，2007）。本研究干燥时间为77 h，弦切板的内部开裂发生在干燥末期，将试件从中间锯开观测，发现大部分弦切板产生内部开裂，严重的宽裂多达11条。根据百度试验法干燥缺陷及干燥速度分级标准判定，桉树无性系大径材内部开裂等级为3级。

2. 1. 4 截面变形 在干燥过程中，木材内层水含率和表层水含率存在差异，木材表面硬化，使木材产生截面变形（龙传文，2012）。干燥结束后，从试件长度方向的中央部位锯开后观测，标准试件的截面变形严重，均出现皱缩现象，试件弦切板截面变形值为1.02～4.78 mm，平均值为2.12 mm，综合评价其截面变形等级为4级。

2. 1. 5 翘曲变形 百度试验结果（表1）显示，桉树无性系大径材扭曲变形中顺弯、横弯、瓦弯和扭曲均值分别为1.08、0.57、2.91和2.36 mm，参照百度试验法干燥缺陷分级标准，等级分别为2级、1级、3级和2级。其中瓦弯变形最严重。

2. 1. 6 干燥速度 由图1可知，弦切板初始水含率平均值为93.03%，干燥结束时水含率平均值为1.55%，全程干燥用时77 h，平均干燥速度1.19%/h。试材水含率从初始值干燥降至30.00%左右用时11 h，平均干燥速度为5.72%/h；水含率由30.00%降至5.00%用时24 h，平均干燥速度为1.04%/h，干燥速度逐渐减慢。参照百度试验法干燥缺陷及干燥速度分级标准，桉树无性系大径材干燥速度评定为4级，干燥速度较慢，属难干类木材。

2. 1. 7 干缩特性 木材差异干缩（D）是木材弦向干缩与径向干缩的比值，反映木材干燥过程中是否容易翘曲和开裂，可分为三级：D<1.500为小；1.500≤D≤2.000为中；D>2.000为大（刘一星，2004）。由表3可知，桉树无性系大径材的体积、弦向和径向干缩率较大，而纵向干缩率较小；径向干缩率大于弦向干缩率；差异干缩值为0.861，体积干缩系数为0.691%，均属小。说明桉树木材在干燥过程中尺寸较稳定，不易翘曲和开裂。

2. 2 木材干燥时间估算

木材干燥时间参照戴于龙等（1985）的方法进行估算，根据初期干湿球温度差和试件水含率降至1.00%所需时间两个条件查询。本研究中，木材水含率从93.03%降至1.00%用时77 h，初期干湿球温度差为2 ℃，查询对应的干燥时间分别为19.50和22.00 d，平均为20.75 d，即厚度为25～30 mm的桉树无性系板材窑干至水含率10.00%所需时间为20.75 d。

2. 3 木材干燥基准的编制

通过百度试验法获得桉树无性系大径材3种缺陷的等级程度（表2），确定桉树无性系大径材的初期温度为50 ℃，初期干湿球温度差为2 ℃，末期温度为75 ℃，参照何清慧（1998）研究中与干燥缺陷相对应的干燥条件，将其确定为桉树无性系大径材干燥的初步条件（表4）。

参照百度试验法所列干燥条件中选出最低值作为桉树无性系大径材干燥基准的基本条件，即初期温度50 ℃，干燥初期干湿球温度差2～4 ℃，末期温度75 ℃。经计算，试件初始水含率为94.13%，参照国家林业行业标准LY/T 1068-2012《锯材窑干工艺规程》（龚仁梅等，2012）中水含率与干湿球温度差关系表，制定桉树无性系大径材的干燥基准（表5）。

3 讨论

本研究中，10年生桉树无性系大径材初期开裂程度为2级，内部开裂严重达3级，截面变形达4级，与刘元等（2002）的研究结果一致，截面变形是桉树的主要干燥缺陷。为防止截面变形的发生，干燥初期初始温度不宜过高，50 ℃较合适，干湿球温度差不能太大，温差以2～4 ℃为宜；为避免扭曲变形，末期干燥温度也不能过高，以75 ℃为宜。刁海林等（2011）对9年生巨尾桉木材干燥特性进行研究，得出干燥基准的基本条件中干燥末期温度为75 ℃，与本研究结果相同。在干燥工艺中，为了减少桉树无性系大径材内裂的产生，干燥的末期温度不能过高。

桉树无性系大径材的干燥速度为4级，干燥速度较慢，属难干类木材；木材的体积、弦向和径向干缩率较大，纵向干缩较小，但差异干缩值为0.861，属差异干缩小，结果与桉树木材易皱缩的特性相悖。刘元等（2002）研究发现，圆角桉干燥速度为4级，柠檬桉干燥速度为5级，定性桉树为难干材；卢翠香等（2014）研究表明，邓恩桉干燥速度为4级，属难干木材，均与本研究结果一致。但刁海林等（2011）研究巨尾桉干燥速度为2级，属易干燥树种，与本研究结果相反。这是由于桉树木材材性变异较大，不同桉属木材在干燥特性方面存在个性差异，木材的干缩特性与木材的纹理方向相关，还与木材的加工尺寸有关，因此需对不同桉属不同树龄的桉木进行特性研究，综合分析桉树的干燥特性。

由于桉树干燥容易皱缩和开裂，导致桉树实木加工利用困难，本研究制定的桉树大径材干燥基准为桉树锯材干燥工艺研究提供理论依据，对提高桉树实木利用有一定的研究意义。但是，此干燥基准是試验条件得出的理论基准，在生产过程中还需根据实际情况调整干燥工艺和优化，减少木材降等。

4 结论

截面变形是桉树无性系大径材的主要干燥缺陷，为防止其发生，在实际生产中应以初期温度50 ℃、初期干湿球温度差2～4 ℃、末期温度75 ℃为干燥基准，并根据实际情况进行适当调整。

参考文献：

戴于龙，黄月瑞，刘渝，高健民. 1985. 推广预测木材干燥基准的百度试验法的可行性探讨[J]. 北京林业学院学报，（1）：19-29. [Dai Y L，Huang Y R，Liu Y，Gao J M. 1985. Discussion on feasibility of 100 ℃ test method for prediction of wood drying schedule[J]. Journal of Beijing Forestry College，（1）：19-29.]

刁海林，陈健波，罗建举，朱定强，卢翠香，魏国余. 2011. 巨尾桉干燥特性研究[J]. 中国农学通报，27（28）： 63-68. [Diao H L，Chen J B，Luo J J，Zhu D Q，Lu C X，Wei G Y. 2011. The study of drying characteristics on Eucalyptu grandis ×Europhylla[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，27（28）：63-68.]

杜洪双，唐朝发，李杉，赵艳，刘红，杨美艳. 2003. 百度试验确定干燥基准在铁木上的应用[J]. 木材加工机械，14（4）：19-23. [Du H S，Tang C F，Li S，Zhao Y，Liu H，Yang M Y. 2003. Defining the drying schedule being used in hop-hornbeam with 100 ℃ test method[J]. Wood Processing Machinery，14（4）：19-23.]

甘雪菲，高建民，伊松林. 2010. 巨尾桉人工林小径木干燥工艺初探[J]. 干燥技术与设备，8（3）：94-99. [Gan X F，Gao J M，Yi S L. 2010. Preliminarily approach to drying technology of small diameter logs of Eucalyptus grandis×E. urophylla plantation[J]. Drying Technology & Equipment，8（3）：94-99.]

龚仁梅，吕蕾，李晓秀，杨亮庆，宋润惠，由昌久，邓小华，赵立志，刘一楠，时兰翠. 2012. LY/T 1068-2012锯材窑干工艺规程[S]. 北京：中国标准出版社. [Gong R M，Lü L，Li X X，Yang L Q，Song R H，You C J，Deng X H，Zhao L Z，Liu Y N，Shi L C. 2012. LY/T 1068-2012 Technology Rules of Klin Drying Swan Timber[S]. Beijing：China Standards Press.]

何清慧. 1998. 木材干燥基准简易确定法—百度试验法[J]. 木材工业，12（6）：39-41. [He Q H. 1998. Simple determination method of wood drying schedule—100 ℃ test method[J]. China Wood Industry，12（6）：39-41.]

江泽慧，费本华，王喜明，赵荣军，刘君良. 2002. 桉树木材干燥特性与工艺及其皱缩研究现状[J]. 木材工业，16（4）：3-6. [Jiang Z H，Fei B H，Wang X M，Zhao R J，Liu J L. 2002. Study on reduction of collapse of Eucalyptus wood in drying[J]. China Wood Industry，16（4）：3-6.]

刘元，吴义强，乔建政，朱林锋. 2002. 桉树人工林木材的干燥特性及干燥基准研究[J]. 中南林学院学报，22（4）：44-48.[Liu Y，Wu Y Q，Qiao J Z，Zhu L F. 2002. A study of drying characteristics and drying schedules of Eucalyptus plantation wood[J]. Journal of Central South Forestry University，22（4）：44-48.]

劉一星. 2004. 中国东北地区木材性质与用途手册[M]. 北京：化学工业出版社. [Liu Y X. 2004. Properties and Use Manual for Wood in Northeast China[M]. Beijing：Chemical Industry Press.]

刘志军，张璧光. 2006. 百度试验法测杨木干燥基准的初步研究[J]. 干燥技术与设备，4（1）：32-35. [Liu Z J，Zhang B G. 2006. Study on drying schedule of poplar[J]. Drying Technology & Equipment，4（1）：32-35.]

龙传文. 2012. 粗皮桉木材的干燥特性与干燥基准制定[J]. 中南林业科技大学学报，32（1）：48-50. [Long C W. 2012. Drying characteristics and drying schedule establishment of Eucalyptus pellita wood[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology，32（1）：48-50.]

卢翠香，刁海林，项东云，陈健波，郭耆，刘媛，郭东强，周维. 2014. 邓恩桉木材干燥特性初探[J]. 西部林业科学，43（6）：129-134. [Lu C X，Diao H L，Xiang D Y，Chen J B，Guo Q，Liu Y，Guo D Q，Zhou W. 2014. Preliminary analysis on wood drying characteristics of Eucalyptus dunnii[J]. Journal of West China Forestry Science，43（6）：129-134.]

王喜明. 2007. 木材干燥学[M]. 北京：中国林业出版社. [Wang X M. 2007. Wood Drying Science[M]. Beijing：China Forestry Publishing House.]

项东云，陈健波，叶露，申文辉. 2006. 广西桉树人工林发展现状、问题与对策[J]. 广西林业科学，35（4）：195-201. [Xiang D Y，Chen J B，Ye L，Shen W H. 2006. Status，pro-

blems and strategies of Eucalypt plantations developing in Guangxi[J]. Guangxi Forestry Science，35（4）：195-201.]

徐建民，白嘉雨，陆钊华. 2001. 华南地区桉树可持续遗传改良与育种策略[J]. 林业科学研究，14（6）：587-597. [Xu J M，Bai J Y，Lu Z H. 2001. Some sustainable strategies of improvement and breeding for Eucalyptus tree species in Southern China[J]. Forest Research，14（6）：587-597.]

楊时桐. 2008. 尾巨桉木材的开发利用探讨[J]. 福建林业科技，35（3）：161-164. [Yang S T. 2008. The utility of the timber of Eucalyptus urophylla × E. grandis[J]. Journal of Fujian Forestry Science and Technology，35（3）：161-164.]

殷亚方. 2008. 桉树的锯解和干燥[J]. 农村新技术，（8）：76-78. [Yin Y F. 2008. Sawing and drying of Eucalyptus[J]. New Rural Technology，（8）：76-78.]

殷亚方，姜笑梅，吕建雄，赵杰. 2001. 国外桉树人工林资源和木材加工利用现状[J]. 世界林业研究，14（2）：35-41. [Yin Y F，Jiang X M，Lü J X，Zhao J. 2001. The status of resources and wood utilization of Eucalypt plantation abroad[J]. World Forestry Research，14（2）：35-41.]

殷亚方，任海青，骆秀琴，于海鹏，王朝晖，江京辉，周海宾. 2009. GB/T 1927-2009木材物理力学试材采集方法[S]. 北京：中国标准出版社. [Yin Y F，Ren H Q，Luo X Q，Yu H P，Wang C H，Jiang J H，Zhou H B. 2009. GB/T 1927-2009 Method of Sample Tree Collection for Physical and Mechanical Tests of Wood[S]. Beijing：China Standards Press.]

Chafe S C. 1985. The distribution and interrelationship of co-

llapse，volumetric shrinkage，moisture content and density in trees of Eucalyptus regnans F. Muell[J]. Wood Science and Technology，19（4）：329-345.

Innes T C. 1995. Stress model of a wood fibre in relation to co-

llapse[J]. Wood Science & Technology，29（5）：363-376.

Oliver A R. 1991. A model of the behaviour of wood as it dries（with special reference to Eucalypt material）[C]//Department of Civil and Mechanical Engineering， University of Tasmania，Research Report CMD91-1，Hobart， Tas.： University of Tasmania：107.

（责任编辑 罗 丽）