百度试验法测定不同林龄尾巨桉DH32-29木材干燥特性

刘晓玲，陈桂丹，陈松武，蒙芳慧，林家纯，罗玉芬

（广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002）

尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）是以巨桉（E.grandis）为父本、尾叶桉（E.urophylla）为母本培育出的优良杂交品种，为桃金娘科（Myrtaceae）桉属植物[1]。尾巨桉DH32-29 具有生长快、产量高、树干通直和适应性强等优点，成为我国大面积推广的桉树品种之一[2-5]。大量的尾巨桉木材被应用于生产实木地板和实木家具等[6]，但桉木存在生长应力大和渗透性差等问题，在干燥过程中，容易产生严重的开裂、变形、内裂和皱缩等缺陷，克服干燥缺陷可提高木材加工利用率及附加值。干燥特性是木材研究的一项重要指标，通过百度试验法，可划分干燥缺陷等级，制定干燥基准。刘媛等通过百度试验法制定了26年生大花序桉（E.cloeziana）木材[7]和10年生尾巨桉大径材[8]的干燥基准，还研究了5年生尾巨桉木材的干燥特性，制定了尾巨桉幼龄材的干燥基准[9]；刘元等[10]通过百度试验法研究柠檬桉（E.citriodora）和圆角桉（E.umbellate）人工林木材的干燥特性，制定其常规、真空及常规-真空联合干燥基准。本文通过研究不同林龄尾巨桉DH32-29 的干燥特性，制定不同林龄木材的干燥基准，为尾巨桉木材加工利用提供科学理论依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试材采自广西壮族自治区东门林场（107°54'E，22°23'N），根据GB/T 1927-2009[11]，分别采伐4年生、6年生和8年生的样木11、9 和7 株，平均胸径分别为15．9、17．5 和19．0 cm。选取树干通直且无病虫害的木段制取试件（表1）。

表1 尾巨桉DH32-29 试件Tab.1 E.urophylla×E.grandis DH32-29 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）、刻度尺、电子千分尺、数显卡尺和塞尺等。

1．3 试验方法

用电子千分尺和数显卡尺测量试件长、宽和厚（精确至0．01 mm），电子天平测量质量（精确至0．01 g）。根据百度试验法[12-15]，将试件放入（103 ±2）℃的干燥箱内干燥。干燥过程中，用刻度尺和塞尺测量试件端表裂、表裂、贯通裂和端裂情况（精确至0．01 mm），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，锯取试片后，通过试件的截断面观测内裂及截面变形的情况。

1．4 数据处理与分析

计算试片初含水率（W）；将试片烘至绝干，计算试件的绝干重（G干）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 不同林龄尾巨桉DH32-29 木材干燥特性

2．1．1 初期开裂

根据杜洪双等[12]的研究，划分不同林龄尾巨桉干燥缺陷等级（表2）。木材在干燥初期含水率较高，比木材纤维饱和点高，表面水分蒸发快，形成木材内外含水率差，当木材表面形成的拉伸应力超过其拉伸强度时，出现开裂等缺陷[16-17]。当干燥0．5 h时，中心板均出现开裂现象；随着干燥时间的增加，弦切板也开始出现开裂现象，且裂纹的长、宽和数量不断增加；至8 h左右，裂纹的长、宽及数量达到最大值；随着干燥的进行，一部分裂纹趋于稳定，另一部分裂纹逐渐愈合。表裂是4年生和6年生试件初期开裂的主要缺陷，等级均为3 级；贯通裂是8年生试件初期开裂的主要缺陷，贯通裂是初期开裂缺陷中最严重的，因此等级为5 级（表2）。与弦切板相比，中心板的端表裂较严重，裂纹主要自髓心向外辐射，其主要原因是心材的干缩较大。

表2 尾巨桉DH32-29试件干燥缺陷等级Tab.2 Defect grade of E.urophylla×E.grandis DH32-29 specimen

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，内裂产生[18]。试件的内裂较严重，最严重的试件内裂数量达18条，大部分试件的内裂数量为10条左右，宽内裂（≥2 mm）约有5～8 条，最宽的内裂达7．0 mm，弦切板的内裂现象较中心板严重。4年生、6年生和8年生试件内裂等级均为4 级，内裂是尾巨桉DH32-29木材主要的干燥缺陷（表2）。

2．1．3 截面变形

截面变形主要是由于干燥温度偏高，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[19]。4年生、6年生和8年生弦切板的截面变形值分别为2．8～5．7、3．9～6．8 和3．9～5．7 mm，平均值分别为4．3、5．4 和4．5 mm，等级均为5 级，截面变形是尾巨桉DH32-29 木材最严重的干燥缺陷（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的截面变形平均值为5．2、5．3 和5．2 mm，其截面变形较弦切板明显，因中心板靠近髓心部分的幼龄材密度较小且干缩性较大，密度分布不均匀，导致其板材皱缩差异较大，截面变形严重。

2．1．4 扭曲

4年生、6年生和8年生弦切板的扭曲值分别为1．0～12．0、0．5～12．0 和2．5～8．5 mm，平均值分别为5．7、5．6 和6．1 mm，等级分别为3、3 和4 级，8年生试件的扭曲程度较4年生和6年生严重（表2）。4年生、6年生和8年生中心板的扭曲平均值分别为0．5、3．0和4．0 mm，其扭曲程度较弦切板明显偏低。

2．1．5 干燥速度

干燥总用时为62 h。4年生、6年生和8年生弦切板含水率由30%降至5%所用时间分别为18．72、17．65 和22．78 h，平均干燥速度分别为1．34%/h、1．48%/h 和1．13%/h，等级分别为3、3 和4 级（表2）。尾巨桉DH32-29 木材干燥速度较慢，且8年生试件的干燥速度较4年生和6年生慢。4年生、6年生和8年生弦切板干燥过程中含水率变化曲线见图1。

图1 尾巨桉DH32-29弦切板含水率变化Fig.1 Changes of moisture content of flat-sawn board of E.urophylla×E.grandis DH32-29

2．1．6 翘曲

翘曲可分为顺弯、横弯和翘弯[17]。试件翘弯较明显，未出现顺弯和横弯现象，4年生、6年生和8年生弦切板的翘弯值分别为4．5～6．5、3．0～5．5 和2．0～3．5 mm，平均值分别为5．3、3．9 和3．0 mm。树龄越大的尾巨桉DH32-29 木材，其弦切板翘弯程度越小。

2．1．7 干缩性

当含水率低于纤维饱和点时，产生干缩现象[17]。4年生、6年生和8年生试件的纵向干缩率分别为0．3%、0．3%和0．4%，径向干缩率分别为4．7%、4．2%和5．8%，弦向干缩率分别为7．8%、8．7%和8．6%，体积干缩率分别为20．3%、21．0%和21．1%，差异干缩（弦向干缩与径向干缩的比值）分别为1．64、2．09 和1．48。差异干缩（D）是反应木材干燥时是否易翘曲和开裂的重要指标，4年生试件的差异干缩等级为中等（1．5 ≤D≤2），木材稳定性一般，易翘曲和开裂；6年生试件偏大（D＞2），木材稳定性较差，翘曲和开裂现象严重；8年生试件偏小（D＜1．5），木材稳定性相对较好，翘曲和开裂现象不明显。

2．2 干燥基准

通过杜洪双等[12]的研究，确定4年生、6年生和8年生试件的初步干燥条件，从中选出各温度和干湿球温度差最低条件作为干燥基准的基本条件。4年生、6年生和8年生木材干燥初期温度均为40 ℃，初期干湿球温度差均为2 ℃，干燥末期温度均为70 ℃（表3）。

内裂和截面变形是尾巨桉DH32-29 木材主要的干燥缺陷，因此干燥的初期温度不宜过高，需缓慢上升以减少初期开裂现象，避免木材升温过快导致水分蒸发，造成木材皱缩，产生截面变形；同时要控制干燥初期的干湿球温度差，减少内裂；干燥中后期，可适当升温和加大干湿球温度差，加快干燥速度，提高干燥效率。

依据杜洪双等[12]的研究，本试验的试件含水率降至1%时所需时间为62 h，干燥时间约18 天，4年生、6年生和8年生试材初期干湿球温度差均为2 ℃，干燥时间均约20 天，两者平均值为19 天，即木材在强制循环干燥窑内干燥至10%所需的时间。

依据杜洪双等[12]的研究，制定出25 mm 厚4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥基准（表4）。试材在干燥后期容易出现塌陷和干缩变形，主要是由于干燥初期干燥条件偏硬造成的，干燥初期木材产生硬化，导致干燥后期木材内部内拉外压的应力，从而出现内裂和截面变形等缺陷。尾巨桉DH32-29 木材在干燥初期宜采用软基准，干燥中、后期可适当进行调湿处理。

表3 尾巨桉DH32-29木材干燥初步条件Tab.3 Drying preliminary conditions of of E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

表4 尾巨桉DH32-29 25 mm厚木材干燥基准Tab.4 Drying schedule for 25 mm E.urophylla×E.grandis DH32-29 wood

3 结论与讨论

本试验通过百度试验法研究了4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-29 木材的干燥特性。结果表明，4年生、6年生和8年生木材干燥缺陷综合评定等级均为5级，说明4年生、6年生和8年生木材的材性均较差，在干燥过程中易产生干燥缺陷。其中8年生试件的初期开裂和扭曲缺陷比4年生和6年生严重，主要原因是8年生的试件出现较多的贯通裂；三者的内裂较为严重，均为4 级，截面变形最为严重，均为5 级，干燥速度相对缓慢，分别为3、3 和4级，属难干材。内裂和截面变形是试材最主要的干燥缺陷，8年生木材的干燥特性较4年生和6年生木材差，同一品系不同树龄的干燥缺陷存在差异，说明不同树龄的桉树在木材干燥特性方面有差异。

本研究的尾巨桉DH32-29 与之前研究的尾巨桉DH32-26[20]的木材干燥特性有共性。4年生、6年生和8年生尾巨桉DH32-26木材初期开裂等级分别为3、2 和5 级；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；扭曲等级分别为3、3 和3级；干燥速度分别为3、4 和4 级；综合特性等级分别为4、5 和5 级，与尾巨桉DH32-29 一样，8年生木材的初期开裂较4年生和6年生严重，木材的主要干燥缺陷为内裂和截面变形，干燥速度相对较慢，综合特性较低。说明桉树木材干燥特性具有共性，内裂和截面变形是大部分桉树的主要干燥缺陷。综合分析，尾巨桉DH32-26 木材的干燥特性比尾巨桉DH32-29木材稍好。