人工林桉木干燥特性及干燥技術(shù)探討

　　摘要：速生桉木是最具實(shí)木高附加值開發(fā)利用的人工林材種,快速、高質(zhì)量、低成本干燥是其高值化利用的關(guān)鍵技術(shù)。在分析人工林桉木材性的基礎(chǔ)上總結(jié)了其干燥特性及干燥技術(shù),探討了真空干燥和冷凍干燥在人工林桉木干燥上的利用前景,并給出了相關(guān)建議。研究?jī)?nèi)容對(duì)提升桉木的干燥質(zhì)量、優(yōu)化干燥工藝具有指導(dǎo)意義,可為我國(guó)速生材桉木實(shí)木化利用提供理論依據(jù)和技術(shù)保障。

　　本文源自林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2020,48(08):51-54.《林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備》雜志是經(jīng)國(guó)家科技部和國(guó)家新聞出版署審核批準(zhǔn)，由國(guó)家林業(yè)局主管，哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所主辦，中國(guó)林業(yè)機(jī)械協(xié)會(huì)、中國(guó)林學(xué)會(huì)林業(yè)機(jī)械分會(huì)、國(guó)家木工機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心協(xié)辦的全國(guó)公開發(fā)行的國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)期刊。本刊熔學(xué)術(shù)、技術(shù)、知識(shí)、信息于一爐，主要報(bào)道國(guó)內(nèi)外林業(yè)與木工機(jī)械、人造板設(shè)備諸方面的研究、設(shè)計(jì)、工藝、制造、試驗(yàn)、使用維修和經(jīng)營(yíng)管理等方面的最新成果及先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，介紹其發(fā)展動(dòng)向，提供有關(guān)信息和資料。雜志內(nèi)容豐富，印制精美，有較強(qiáng)的可讀性和實(shí)用性。

　　桉樹在我國(guó)是種植面積較大的人工林樹種,蓄積量大、材質(zhì)較好,具有廣泛的應(yīng)用前景。為了能夠使桉木應(yīng)用在實(shí)木制品上,提高其產(chǎn)品附加值,本文針對(duì)桉木的特殊材性,開展了桉木干燥工藝和干燥特性的研究,探討不同干燥技術(shù)對(duì)桉木干燥質(zhì)量及材性的影響,為桉木人工林干燥提供理論依據(jù)和技術(shù)保障,實(shí)現(xiàn)桉木的高質(zhì)量木材干燥。

　　1、人工林桉木資源

　　桉樹資源的蓄積量在世界人工林資源中居于前列,在我國(guó)種植面積大,木材蓄積量大,具有巨大的開發(fā)潛力[1]1]。桉木是一種速生材,價(jià)格便宜,生長(zhǎng)周期短,合理有效地利用桉木資源,有助于緩解當(dāng)前我國(guó)木材供需緊張的矛盾。速生桉木一直以來大都作為紙漿、人造板生產(chǎn)的原材料,產(chǎn)品附加值低。

　　桉木作為實(shí)木材料用到高附加值產(chǎn)品上必須對(duì)其多方面指標(biāo)進(jìn)行深入研究,包括材料的綜合利用[2]2],同時(shí)設(shè)計(jì)上要考慮到文化多樣性、文化傳承及發(fā)展[3]3],注重生產(chǎn)及管理方式[4]4],最為重要的是保證材料的干燥質(zhì)量和材性特征。木材常規(guī)干燥[5]5]在生產(chǎn)中占有很大比例,然而桉木是典型的難干材,其應(yīng)力大,在常規(guī)干燥過程中極易出現(xiàn)皺縮或者較為嚴(yán)重的內(nèi)裂缺陷,使得桉木強(qiáng)度變小。為了確保桉木的干燥質(zhì)量,生產(chǎn)上必須考慮某些特種干燥方法[6,7]6-7],如利用冷凍干燥、超臨界CO2干燥等方法來提升桉木的干燥質(zhì)量。

　　2、人工林桉木材性及干燥特性

　　2.1 人工林桉木材質(zhì)特征

　　盡管桉木在我國(guó)種植面積較大,但生產(chǎn)企業(yè)和個(gè)人因資金回籠及生產(chǎn)效益等原因,目前我國(guó)桉木種植時(shí)間較短,在砍伐時(shí)徑級(jí)大都較小,生長(zhǎng)應(yīng)力較大,干燥時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)皺縮及開裂等問題。桉木木材普遍內(nèi)含物及抽提物較多,導(dǎo)致其滲透性差,木材通常有節(jié)疤、脆心等缺陷。速生林桉木在加工利用上主要的材質(zhì)問題如下:①原木容易開裂,含脆心,生長(zhǎng)應(yīng)力大;②桉木中幼齡材、小徑材比重較大,邊材較多、大部分不耐腐蝕;③木材尺寸穩(wěn)定性差,容易出現(xiàn)變形;④干燥缺陷如內(nèi)裂及皺縮等易發(fā)生在干燥過程中。這些性狀在木材的材質(zhì)上限制了桉木的高附加值運(yùn)用。在生產(chǎn)上應(yīng)從木材材性著手,進(jìn)行木材材性改良來消除應(yīng)力,改善滲透性,或進(jìn)行防腐處理提高其性能。此外,通過改性的方式處理人工林桉木,使桉木代替名貴硬木樹種使用,能夠緩解珍貴木材短缺問題。

　　2.2 人工林桉木干燥特性

　　張新宇等[8]研究了桉木單板的干燥特性,結(jié)果表明單板經(jīng)干燥后能夠達(dá)到相對(duì)低的含水率,有利于控制膠合板的質(zhì)量。干燥過程中溫度、壓力及水分的共同作用有利于桉木應(yīng)力釋放,能夠減少單板的干縮和變形。韓宇豪[9]研究了小徑桉木的干燥缺陷及干燥時(shí)間等不同因素作用下的干燥質(zhì)量,概括出木材的干燥特性,改善了干燥工藝。這些工藝有助于降低干燥缺陷,對(duì)木材利用率的提高有重要作用。Vermass[10]指出桉木的類別豐富,桉木材性和桉木顯微結(jié)構(gòu)存在較大區(qū)別,應(yīng)該分析并區(qū)分各種桉木的干燥特性,相同類別的桉木可在同樣的干燥基準(zhǔn)下干燥。他還構(gòu)建了模型對(duì)不同干燥階段的速度、應(yīng)力、含水率、收縮及木材強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。

　　Kauman[11]開展了桉木干燥特性的研究,用后期調(diào)濕工藝和預(yù)處理工藝來改變干燥過程,這些措施能夠有效緩解皺縮問題。江澤慧等[12]研究表明:木材的各種材性特征是影響干燥特性的重要內(nèi)部要素,比如干縮性、應(yīng)力、樹種、含水率等。另外,干燥介質(zhì)條件濕度、溫度及氣流循環(huán)速度是影響木材干燥質(zhì)量的外部要素。陳松武等[13]的研究表明桉木的含水率差異大,干縮率較高,干縮率差異大且各向不相同,在干燥過程中的木材也會(huì)出現(xiàn)一些干燥缺陷如變形、皺縮等。Chafe[14]對(duì)干燥特性的研究指出影響桉木干燥特性的主要內(nèi)因是桉木的材性特征,此外,小徑級(jí)別的桉木和成熟的桉木在密度、生長(zhǎng)應(yīng)力和心邊材比例等方面都有一定的區(qū)別,其干燥特性也不一樣。鋸材的規(guī)格尺寸也影響木材的變形和開裂,不同形狀的鋸材其干燥缺陷和干燥時(shí)間也不同。黃俊等[15]研究干燥特性時(shí)選擇的木材是較厚的尾赤桉,試驗(yàn)結(jié)果表明尾赤桉厚度在60mm時(shí)的干燥周期長(zhǎng),但與薄板相比,大幅度減小了木材的變形、開裂及皺縮等問題,干燥質(zhì)量和利用率都有明顯提高。

　　3、人工林桉木干燥技術(shù)探討

　　3.1 人工林桉木常規(guī)干燥技術(shù)

　　Choong等[16]通過常規(guī)干燥方法和冷凍干燥方法對(duì)松木和桉木進(jìn)行比較,研究了木材常規(guī)干燥和冷凍干燥下的收縮特性。國(guó)內(nèi)對(duì)桉樹木材干燥工藝的研討主要是通過百度試驗(yàn)法。吳義強(qiáng)等[17,18]利用百度試驗(yàn),研究了7種桉木常規(guī)干燥技術(shù),對(duì)比分析了木材干燥特性和皺縮情況,并制定了工藝基準(zhǔn)。比較了不同干燥方法的干燥質(zhì)量和速度,表明常規(guī)-真空聯(lián)合干燥方法具有一定優(yōu)勢(shì)。甘雪菲[19]使用百度試驗(yàn)法確定了小徑巨尾桉干燥基準(zhǔn),并研究鋸材形狀對(duì)干燥質(zhì)量的影響,結(jié)果表明扇形木材的干燥周期和干燥缺陷比板材有優(yōu)勢(shì)。劉媛通過百度實(shí)驗(yàn)法制定了干燥基準(zhǔn),選材是25～30mm厚的尾巨桉幼齡材[20]和桉樹的無性系大徑材[21],實(shí)驗(yàn)表明桉木的最主要干燥缺陷是其截面變形。

　　3.2 人工林桉木真空干燥技術(shù)

　　由于水的沸點(diǎn)在真空環(huán)境中會(huì)變低,木材干燥在溫度低時(shí)進(jìn)行可以加快干燥速度、減小變形、開裂以及木材的變色,干燥質(zhì)量好。在真空條件下對(duì)木材進(jìn)行升溫,可以進(jìn)行直接接觸加熱和輻射加熱,因此其干燥方法也較多,有高頻真空、熱板真空和紅外線真空加熱干燥等。苑青微[22]采取真空和常規(guī)干燥小徑原木的方式,對(duì)溫度及含水率的分布進(jìn)行了對(duì)比研究,結(jié)果表明真空干燥質(zhì)量更好。經(jīng)真空干燥后的桉木應(yīng)力較小,具有較好的尺寸穩(wěn)定性,變形小,較好地保持了力學(xué)強(qiáng)度,可大范圍應(yīng)用在木制品及家具行業(yè)。

　　3.3 人工林桉木冷凍干燥技術(shù)

　　桉木在常規(guī)干燥進(jìn)程中出現(xiàn)的內(nèi)裂及皺縮等是限制其作為實(shí)木產(chǎn)品應(yīng)用的重要因素。雖然在常規(guī)干燥工藝中采取了各種方式的前期預(yù)處理,以及調(diào)整干燥工藝參數(shù)和步驟,但仍然無法完全解決皺縮問題。因此,研究人員開展了除常規(guī)干燥之外其它干燥方法的分析,木材冷凍干燥是其中的一種。干燥前首先將選用的桉木進(jìn)行預(yù)凍,把木材中的水凍結(jié)成冰,然后在高真空環(huán)境下把木材中的冰升華,不需要通過液態(tài),能夠有效減弱其表面張力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)木材無皺縮出現(xiàn)的干燥。楊琳等[23]開展了一系列的桉木冷凍干燥試驗(yàn),研究了尾巨桉的冷凍干燥特性及干縮等問題,并與常規(guī)干燥進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明冷凍干燥桉木質(zhì)量好,應(yīng)力小,速度快,皺縮變形小,但會(huì)產(chǎn)生端裂。

　　此外,一些學(xué)者探討了預(yù)凍處理對(duì)桉木干燥的影響。LongChuanwen[24]研究了速凍及未處理藍(lán)桉的干燥特性及工藝,通過試驗(yàn)得出木材開裂、內(nèi)裂和部分變形經(jīng)預(yù)凍處理后降低,木材冷凍后具有更好的干燥質(zhì)量。張耀麗[25]研究了微波和預(yù)凍方式對(duì)尾巨桉干燥特性的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明通過這些方式可以對(duì)滲透性有一定改善,干燥速度有所提高,減小了桉木皺縮。楊琳[26]研究了壓縮和預(yù)凍處理對(duì)尾巨桉干燥特性的影響,利用掃描圖像法[27]研究了預(yù)凍處理對(duì)皺縮的影響,表明預(yù)凍處理有助于抑制干燥時(shí)產(chǎn)生皺縮。Ilic[28]發(fā)現(xiàn)桉木的皺縮主要是由于干燥前期溫度較高導(dǎo)致,可以通過對(duì)桉木進(jìn)行預(yù)凍處理(-20℃)來適當(dāng)減少木材的皺縮和開裂。

　　3.4 人工林桉木其它干燥技術(shù)

　　木材干燥中的太陽能、微波、除濕、熱壓以及大氣干燥等在人工林桉木的干燥中也有運(yùn)用,或者將這些方法結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合干燥生產(chǎn),如真空微波干燥、太陽能熱壓干燥、太陽能除濕干燥等。在桉木的實(shí)際干燥生產(chǎn)時(shí),建議結(jié)合具體產(chǎn)品要求和企業(yè)自身情況選擇合適的干燥方法。

　　4、結(jié)論與展望

　　桉木人工林蓄積量大,生長(zhǎng)速度快,木材材質(zhì)好,具有進(jìn)一步作為實(shí)木產(chǎn)品用材開發(fā)的巨大潛力。消除桉木皺縮,實(shí)現(xiàn)桉木高品質(zhì)的干燥和實(shí)木充分利用,是附加值提高的關(guān)鍵。冷凍預(yù)處理及冷凍干燥能夠有效地緩解桉木變形及皺縮問題,是一項(xiàng)高質(zhì)量的干燥技術(shù),具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。企業(yè)生產(chǎn)中建議采用預(yù)凍—常規(guī)干燥、冷凍—常規(guī)干燥的聯(lián)合干燥處理方式,在保證干燥質(zhì)量的同時(shí)可以降低干燥成本。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳露露,富艷春.速生桉木材性及對(duì)家具設(shè)計(jì)和制造的影響[J].藝術(shù)科技,2019,32(3):285+287.

　　[2]陳美華,張靜雯,劉洪海.廢舊木家具再利用方法和渠道的研究[J].藝術(shù)科技,2019,32(1):40-41.

　　[3]王偉,劉洪海.中國(guó)傳統(tǒng)龍紋樣在家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].藝術(shù)科技,2019,32(1):37+205.

　　[4]袁飛,富艷春.淺談當(dāng)代盛行的定制家具[J].藝術(shù)科技,2019,32(2):10-11.

　　[5]周珊,姜文靜,劉洪海,等.風(fēng)車木常規(guī)干燥工藝研究[J].家具,2018,39(6):35-39.

　　[6]蘇舒,胡星辰,楊琳,等.冷凍干燥過程尾巨桉干縮及水分遷移特性的研究[J].家具,2019,40(2):18-21.

　　[7]楊航,楊琳,劉洪海.桉木超臨界CO2干燥特性及干燥技術(shù)初探[J].家具,2019,40(5):5-8+17.

　　[8]張新宇,母軍,儲(chǔ)德淼,等.太陽能預(yù)干聯(lián)合熱壓干燥對(duì)桉木單板質(zhì)量的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2019,2(2):81-87.

　　[9]韓宇豪.小徑桉木圓材干燥特性及干燥工藝研究[D].廣州:華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.

　　[12]江澤慧,王喜明,費(fèi)本華,等.桉樹木材干燥特性與工藝及其皺縮研究現(xiàn)狀[J].木材工業(yè),2002,16(4):3-6.

　　[13]陳松武,劉曉玲,陳柏旭,等.桉木干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].陜西林業(yè)科技,2018,46(5):99-104.

　　[15]黃俊,蘇曉華,李重跟,等.60mm厚尾赤桉干燥工藝初探[J].廣東林業(yè)科技,2013,29(1):27-30.

　　[17]吳義強(qiáng),喬建政,劉元,等.桉樹人工林木材的干燥特性及干燥基準(zhǔn)研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào),2002,22(4):44-49.

　　[18]吳義強(qiáng),彭萬喜,袁光明,等.基于實(shí)木用材的七種人工林桉樹木材的干燥特性及準(zhǔn)干燥基準(zhǔn)[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào),2007,46(Z):175-176.

　　[19]甘雪菲,高建民,伊松林.巨尾按人工林小徑木干燥工藝初探[J].干燥技術(shù)與設(shè)備,2010,8(3):94-99.

　　[20]劉媛,黃騰華,盧翠香.尾巨桉幼齡材干燥特性研究[J].桉樹科技,2016,33(1):27-31.

　　[21]劉媛,盧翠香,黃騰華,等.桉樹無性系大徑材干燥特性分析[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017,48(5):869-900.

　　[22]苑青微.小徑桉木真空干燥設(shè)備及干燥特性的研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2009:69.

　　[23]楊琳,馬青原,劉洪海,等.尾巨桉木材冷凍干燥特性[J].森林與環(huán)境學(xué)報(bào),2018,38(3):277-283.

　　[25]張耀麗,苗平,莊壽增,等.微波?冷凍預(yù)處理對(duì)改善尾巨桉木材干燥性能的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,35(2):61-64.

　　[26]楊琳,毛恒之,劉洪海,等.預(yù)凍及壓縮預(yù)處理對(duì)尾巨桉干燥特性的影響[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào),2018,3(4):30-34.

　　[27]張嬋娟,張?jiān)骆?徐守楠,等.基于掃描圖像法的尾巨桉自由干縮率測(cè)定[J].家具,2018,39(6):31-34.