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| 材性法制定木材干燥基准的探索 | ||||
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| 来源：木材科学网 添加人：silas 添加时间：2008-8-27 14:18:16 | ||||
摘 要：本文提出了一种新的木材干燥基准制定法——材性法。与常用的百度法相比，材性法更省时、简易、准确。采集简单易测的待干木材材性数据，如基本密度、厚度、初含水率等，材性法可以快速的制定出木材干燥基准。本文介绍了材性法的理论基础、制定方法及试验验证。 表1 百度法和材性法特点的比较
 2 材性法的理论基础 本研究采集了大量与木材干燥相关的材性参数，如基本密度、弦径向干缩系数、体积干缩系数、晚材率等（源自成俊卿《木材学》，1992[2]），以及相对应的木材干燥基准（锯材窑干工艺规程 LY/T 1068-2002 [3]），探索材性和干燥基准参数之间存在的关系。 回归数据表明，基本密度与干燥基准参数（初期干球温度、末期干球温度、初期干湿球温度差）之间相关性很高。基本上，基本密度与干燥基准参数之间遵从这样的规律：随着基本密度的增加，干燥参数（初期干球温度，末期干球温度，初期干湿球温度差）降低。N.V.Skuratov[1]的研究中也提到过相同的趋势。因为密度越高的木材，质感越坚硬，越难干燥，所以干燥参数不能过高，以免木材出现如：开裂、变形、内裂、扭曲等的干燥缺陷。研究过程中，发现木材干缩率与干燥基准参数之间也存在较高的回归关系，熊如珍[4]等人也对此有相同的结论。其它如板材形状（即长、宽、厚）等的材性参数与干燥基准参数之间的关系没有进行进一步研究。但如Romas Baronas[5]等人的研究表明，木材的几何形状对干燥过程中水分的移动存在影响。 表2为部分回归数据。本研究中把木材分为松、杉、散孔材、环孔材四种类型，按类型分析材性数据与干燥基准参数之间关系。从表2中可以看到，各类木材基本密度和干燥参数之间的相关性均比较高。    3 材性法制定干燥基准实例 3.1 材性数据的测定材性数据主要测木材的基本密度、初含水率。 3.1.1所用仪器 DHG－9240A型电热恒温鼓风干燥箱、精天牌电子天平，型号JA1000Z、千分尺、游标卡尺 3.1.2基本密度的测定 基本密度是指：绝干重量/木材饱和体积[6]。测定基本密度的试样以饱和水分的湿材制做，如板材的含水率低于30％时，允许将其浸入清水中，使吸收水分至尺寸稳定后，再制作试件，大小为20×20×20mm。试样从制作到测定应保持表面湿润。在试样各相对面的中心位置，用千分尺分别测出弦径向和顺纹方向的尺寸，准确至0.01毫米。试样测量尺寸后，按GB1931－80《木材含水率测定方法》第4～5条的规定进行烘干和称重。 3.1.3初含水率的测定 初含水率根据GB1931－80《木材含水率测定方法》来测定。 3.2 干燥参数的计算 根据上述的叙述，测得落叶松（厚度20mm）的基本密度为0.482g/cm3，代入对应的公式中，算得初期干球温度为：77℃，末期干球温度107℃，初期干湿球温度差为4℃。计算过程如下： T1= －1702.2ρ2＋1420.6ρ－211.85＝－1702.2×（0.482）2＋1420.6×0.482－211.85＝77℃ T2= －1610.2ρ2＋1339.6ρ－164.5＝－1610.2×（0.482）2＋1339.6×0.482－164.5＝107℃ △t＝121.91ρ2－133.09ρ＋39.379＝121.91×（0.482）2－133.09×0.482＋39.379＝4℃ 另外，初含水率测得为：28％。根据表a，可制定出干燥基准如表5。  材性法的基本资料来源于国内行业标准干燥基准，所以从上表5可以看到，干球温度偏高，实际生产过程中木材容易产生缺陷。本研究的目的在于探索出一种简易准确的干燥基准制定方法，参考干燥手册[7]、《锯材干燥基准的分析和选用》[8]、美国林产工业部颁布的干燥基准[9]，对上文中回归数据进行了修正。修正后的干燥基准如下，见表6：  4 干燥试验 4.1 试验用品及材料 环氧树脂胶、LHS－100CH恒温恒湿箱、游标卡尺。 笔者对落叶松、马尾松、椴木、核桃楸、桉树、榆木及桦木等进行了材性和百度法的对比试验，由于论文篇幅所限，本文只例举马尾松与核桃楸的试验情况。试验板的数量为7-9块。表7列出了试验用的木材的尺寸、初含水率的数据。表8所示为材性法制定出的本文马尾松、核桃楸的干燥基准。同时，采用锯材窑干工艺规程LY/T 1068-2002中相应的干燥基准进行干燥试验。干燥曲线见图。   从图1中看出，在自由水大量排除的阶段，即从初含水率约120％到含水率降至约55%，两条干燥曲线几乎平行，两种干燥基准下干燥的两种木材干燥速率相近。当含水率下降到纤维饱和点附近，两种基准下的木材其干燥速率均下降。对比看出，材性法基准下干燥的木材干燥速率下降幅度更大，在干燥的后期，吸着水的排出阶段，材性法基准的木材干燥速率更慢，所以干燥时间长于行标基准。这是由于行标基准的温度较材性法的干燥基准高，干燥速率自然快。图2所示为核桃楸干燥曲线的对比情况。干燥进行的初阶，两种基准干燥的木材其干燥速率同图1中马尾松的情况相同，干燥曲线几乎平行。总的来说，材性法基准干燥的木材，其干燥曲线平缓；行标基准干燥的木材，干燥曲线陡峭，因为其干燥温度高，所以干燥速率自然大于材性法基准干燥的木材。具体的干燥后木材的情况见表9。材性法基准较行标基准软，所以干燥木材所需时间较长，出现缺陷的情况较轻。 表9 材性法与行标基准干燥后木材情况对比  5 结论及建议 5.1本研究提出一种新的木材干燥基准制定方法。与常用的百度法相比，该法快捷、简易、准确。 5.2本文介绍了材性法制定干燥基准的理论基础、制定方法、及用材性法制定的干燥基准进行木材干燥的试验验证。结果表明，材性法制定木材干燥基准用时短，干燥质量良好。 5.3由于材料、试验条件的限制，本研究仅对部分类型的木材进行了试验验证及材性法计算系统的修正，难免存在偏差。需要进一步做大量的试验来修正材性法的计算系统。 5.4本文仅探索了基本密度和干燥参数之间关系，其它材性参数如干缩系数、板材形状、年轮曲度等与干燥参数之间的关系有待深入研究，完善材性法制定木材干燥基准的系统。 参考文献 [1] N.V.Skuratov.Schedules and Quality Control at Kiln Drying[C].Nanjing: 9th IUFRO International Wood Drying Proceeding, 2005.308-311. [2] 成俊卿主编 木材学[M] 北京 中国林业出版社1992 [3] LY/T 1068-2002 2002锯材窑干工艺规程 [4] 熊如珍 翟思涌 初期干燥温度对木材干缩率之影响[J].台湾林业科学,1998,13（2）：169-174 [5] Romas Baronas et al. The Influence of Wood Specimen Geometry on Moisture Movement During Drying[J]. Wood and Fiber Science, 2001,33(2):166-172 [6] 张璧光.实用木材干燥技术[M].北京:化学工业出版社2005.200-600 [7] George Tsoumis, Van Nostrand Teinhold. Science and Technology of Wood Structure, Properties, Utilization[M]. New York, 1991:146 [8] 顾炼百.锯材干燥基准的分析和选用.林产工业[J]. 2002，29（3）：48-50 [9] R.Sidney Boone el at. Dry Kiln Schedules for Commercial Woods Temperate and Tropical[M]. NewYork, 1988 第一作者简介：李梁（1981-），女，硕士研究生，主要研究方向：木材干燥。 摘自《第十一次全国木材干燥学术研讨会论文集 | ||||
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