俄罗斯产落叶松木材干燥处理中分层温度与分层含水率关系研究初探

于洪亮

(辽宁省森林经营研究所，辽宁 丹东 118003)

近几年来，国内对落叶松的需求量在不断上升。但是，由于“天然林保护工程”实施，在目前以及今后的一段时期内，国内的木材资源将会处于匮乏状态。近年来，我国每年都要从国外进口大量的木材。其中，从俄罗斯进口的北洋材一直高居首位[1]。兴安落叶松是我国从俄罗斯进口的主要树种之一。俄罗斯产的进口落叶松木材由于与国内产落叶松生长在不同的地理及气候环境，在结构性质、物理力学及化学成分等方面都存在差异，进而会影响其在加工过程中的生产工艺。特别在木材干燥这个重要环节上，存在着大量亟待解决的问题。如干燥工艺基准复杂、干燥质量不稳定、干燥周期长且能耗大等等[2-4]。本研究主要是根据生产企业的实际需要，以俄罗斯产的进口落叶松为研究对象，通过比较系统完整的科学试验，对俄罗斯产的进口落叶松木材干燥处理中分层温度与分层含水率的关系进行初步探讨，为进一步总结其干燥工艺提供一定的理论依据。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用材均为从绥芬河购买的俄罗斯进口兴安落叶松(Larix gmelinii)锯材，其规格为4 000 mm×100 mm×30 mm。试材平均初含水率在35%左右，心边材具有正常色差。

1.2 试验设备和仪器

NM-F01型木材干燥实验机；101-0型不锈钢数显电热鼓风干燥箱；ST30型红外线测温仪；10探头多点温度计；FangDa100型高周波数字水分仪。

1.3 试验方法

1.3.1 试验用检测板

为获得干燥过程中木材中含水率和温度的分布状况，在每个试验的干燥过程中，每隔12 h测定一次分层含水率和分层温度。所用的板材暂称之为检测板，规格为长1 000 mm×宽100 mm×厚30 mm，每一次干燥用24块，分A、B、C、D 4个位置装入干燥室内，每个位置装6块，检验板、检测板位置示意图如图1所示。

图1 检验板、检测板位置示意图

在每次测定过程中，从A、B、C、D 4个位置依次取出1块检测板，对每块检测板进行锯解，锯解示意图如图2所示。其中，分层含水率用分层含水率试片来测定，将分层含水率试片两端各去掉总长度的1/5，然后顺纹理方向劈成等厚的5片，做好标记，用称重法测定每层的含水率，制订出含水率曲线图。分层温度用分层温度试片测定，将检测板取出后立即用红外线测温仪测取表面温度，然后迅速锯解分层温度试片，将其顺纹理方向均匀劈成5～6片。劈切过程的同时，用红外线测温仪测定分层试片的温度。最后用游标卡尺测定劈开后每层试片的厚度，绘制出温度在木材厚度方向上的分布曲线。

图2 检测板锯解示意图

1.3.2 选择干燥基准

本次试验分为3个干燥过程，分别编号为试验Ⅰ、试验Ⅱ、试验Ⅲ。其中试验Ⅰ采用国家林业行业标准《锯材窑干工艺规程》(LY/T 1068-2002)中提出的干燥基准，试验Ⅱ采用百度实验法[5]推定的干燥基准，试验Ⅲ试采用降温干燥基准。具体干燥基准见表1。

表1 试验用干燥基准表

1.3.3 干燥过程控制

干燥过程分为预热阶段、干燥阶段和湿热处理阶段。为了使木材内外温度在干燥开始前达到一致，预热阶段控制温度缓慢上升，每小时升高5 ℃，同时按时开启喷淋水泵喷湿，保持干燥室内的湿度将近100%，即保持干湿球一致。当温度达到干燥第一阶段的温度时，开始按照干燥基准控制温度和湿度，进入干燥阶段。湿热处理的操作方法是使干燥室内的温度提高，湿度达到将近100%。在含水率达到要求后，停止加热和风机，关闭进排气灶，等到温度下降到30 ℃～40 ℃之间，干燥结束。

2 试验结果与分析

根据干燥过程中传热和传质的关系，温度梯度与含水率梯度呈相同方向的趋势有利于水分的传导，是干燥中比较理想的状态。从理论上讲，木材厚度上的温度分布状况对木材含水率的下降有一定的影响。

3个试验过程中温度在厚度方向上的分布状况和分层含水率状况如图3所示，温度在厚度上分布状况图中的3条曲线分别是干燥初期、中期和终期的温度在木材厚度方向上的分布情况。试验Ⅰ含水率分布图如图4所示。

图3 试验Ⅰ温度曲线

图4 试验Ⅰ含水率分布图

试验Ⅰ中的三期温度曲线都是心层和表层温度高，靠近表层时温度较低，这是测量的原因。当检测板从干燥室内刚取出时，立即测定表面温度，因此表面温度误差不会很大，但是从锯解温度试片到劈开第一层所需要的时间长，靠近材表部位热量散失大，温度下降快，但心层热量散失小，温度下降慢。

试验Ⅱ温度曲线如图5所示，试验Ⅱ含水率分布图如图6所示。从图5中可以看出，试验Ⅱ在干燥过程中的温度梯度一直很小，说明木材一直处于被热透的状态；而图6显示，其存在含水率梯度；试验Ⅰ的干燥强度较大，相同温度下干燥室内的湿度较小。这些条件非常有利于木材中的水分向表面移动。

图5 试验Ⅱ温度曲线

图6 试验Ⅱ含水率分布图

试验Ⅲ温度曲线如图7所示，试验Ⅲ含水率分布图如图8所示。试验Ⅲ中刚升温结束时，木材心部温度还没有升到与表层温度相当。随着外部温度的下降，表心层温度逐渐趋于一致，到了最后阶段，心层温度大于表层温度，形成了含水率梯度与温度梯度相一致的状况。

图7 试验Ⅲ温度曲线

图8 试验Ⅲ含水率分布图

3 结论

研究表明，从对比分析中可得出，试验Ⅱ和试验Ⅲ的温度分布比较合理，试验也证明了这一点，二者的含水率下降都较快，干燥周期都较短。所以，干燥初期的升温速度越慢越好，这有利于木材表心层温度共同上升。但是升温速度过慢会影响干燥速度，对生产不利。因此，干燥初期升温速度不能太快，也不能过慢，一般保持在每小时3 ℃～5 ℃。