文章信息
- 周永东, 孙锋, 吕建雄, 李晓玲
- Zhou Yongdong, Sun Feng, Lü Jianxiong, Li Xiaoling
- 6种桉木单板干燥质量的比较
- Veneer Drying Quality Comparison of Six Eucalyptus Species
- 林业科学, 2014, 50(11): 104-108
- Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(11): 104-108.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20141114
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文章历史
- 收稿日期:2014-02-17
- 修回日期:2014-05-13
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作者相关文章
桉树作为一种速生丰产用材树种,具有适应性强、生长周期短以及用途广等特点,被列为国家短周期工业原料林造林首选树种之一。至2010年底,我国桉树人工林面积已经达到368万hm2,居世界第3位,仅次于巴西和印度(谢耀坚,2012)。传统的桉树工业化利用主要包括2方面:径级较大的桉树通过旋切成单板,作为芯板生产胶合板或单板层积材;小径级、枝丫材或难以旋切的桉树加工成木片,用于造纸或生产纤维板。胶合板的结构使木材原有的各向异性特征得到显著改善,物理力学性能显著提高(Bulcke et al.,2009),作为地板基材生产的多层实木地板性能较传统实木地板的尺寸稳定性显著提高。近些年多层实木地板市场的快速发展,带动了胶合板产业的迅速发展,2010年底仅广西地区就有胶合板生产企业700多家,年产量达600多万m3(黄永平,2011)。单板干燥是胶合板生产中的关键工序,单板干燥质量如含水率、开裂程度、表面平整度等直接影响胶合板的胶合强度及产品质量(Korkut et al.,2007),且单板干燥能耗占胶合板生产总能耗的75%以上,是胶合板生产中的主要耗能工序(梁关明等,1999)。在相关研究方面,有对桉树生长及材性(任世奇等,2009)和桉木单板出材率(孙锋等,2013)的研究,对胶合板(叶忠华,2012)或单板层积材(余养伦等,2007)等产品制造工艺及性能的研究,但桉木单板干燥质量相关的研究较少。本文对当前种植面积最广、利用量最大的尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.gr and is)和其他5种桉树单板干燥质量进行试验研究,旨在为桉树胶合板生产中的节能降耗、提高产品质量以及胶合板适宜树种的优选提供技术参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料选择当前种植及应用最广泛的尾巨桉,以及为胶合板生产进行定向培育、具有应用潜力的柳叶桉(E. saligna)、巨桉(E. gr and is)、大花序桉(E. cloeziana)、邓恩桉(E. dunnii)和粗皮桉(E. pellita)共6个树种进行试验。原木均采自广西柳州市黄冕林场,采伐时对原木进行编号并记录相关数据(表 1)。原木造材后木段长度为1.3 m,径级范围为7~18 cm。
为保证结果具有代表性,本试验在广西某胶合板企业进行单板旋切、干燥及质量评价等工作。
1.2.1 单板加工采用江西星达机械有限公司制造的BP13型倒圆机进行桉树原木剥皮及倒圆处理; 采用BXQS1813A型无卡轴旋切机(江西星达机械有限公司)对6种桉树原木进行旋切;采用剪板机进行规格裁剪,依原木标号对单板进行顺序标号、测量并记录相关数据; 单板厚度为2.3 mm,幅面尺寸为1 270 mm×640 mm,是企业常用的单板规格,具有广泛的代表性。
1.2.2 单板干燥苏州市永祥机械有限公司制造的BG1333型辊筒式单板干燥机,由前后各16 m的2节干燥段组成,工作宽度2 800 mm,单板进给速度范围1~10 m·min-1,采用导热油为加热介质。为便于对比,6个树种的单板干燥工艺均采用企业干燥尾巨桉单板的工艺参数: 第一节干燥段干燥温度为160 ℃,第二节干燥段干燥温度为170 ℃,风速3.24 m·s-1,单板进给速度为4.8 m·min-1。
1.2.3 试样数量选取表面质量好的单板(企业中作为胶合板表板的单板)进行干燥试验研究,在干燥过程中每个树种随机抽取30张,记录单板干燥前后的质量指标进行统计分析。
1.2.4 单板质量检测干燥前测量单板的初含水率、开裂以及活节脱落造成的孔洞数; 用卷尺测量开裂长度,干燥前将开裂标记好; 干燥后的质量检测包括单板终含水率、开裂、翘曲及孔洞数量,具体如下:
1)含水率 采用AD-100型电磁波式含水率仪进行测量(经过烘干法含水率测量值校正),用测量单板幅面上均布的9个点含水率平均值作为对应单板含水率值。
2)开裂 干燥前测量单板开裂条数及对应的开裂长度; 干燥后测量端部开裂增加的条数以及开裂延长量; 评价指标采用开裂条数及开裂延长度(开裂长度占单板长度的百分率)。
3)翘曲度 用单板水平放置时翘曲拱高与对应边长度相比的百分率表示。
4)孔洞数量 计数单板干燥前后每张单板上由活节脱落造成的孔洞数量。
1.2.5 数据处理采用SAS 9.3软件对6种桉木单板干燥前后的数据进行统计分析。
2 结果与分析 2.1 6种桉木单板含水率的比较图 1所示为6种桉木单板旋切后初含水率和干燥后终含水率情况。从图中可以看出,虽然6个树种原木均采伐自同一个林场,但单板的初含水率差异很大,其中单板初含水率最大的为邓恩桉,达111.51%,最小的为大花序桉,只有70.84%,且变异性最大。方差分析结果表明,不同树种间单板初含水率在α=0.01水平存在着极显著差异。这主要是不同树种的生长性状不同,且含水率与木材密度有关,即同样的水分含量条件下密度大的表现为含水率值较低。
从干燥后单板终含水率结果看,邓恩桉单板终含水率在6种桉木单板中最高,为15.31%,且偏差最大,为4.86%,粗皮桉单板终含水率最低,只有7.67%,这主要与单板的密度及渗透性有直接关系。邓恩桉基本密度在0.50 g·cm-3以上(任世奇等,2010a),密度较大且初含水率高,表明邓恩桉木材中的绝对水分含量大,因此同样的干燥工艺时终含水率较高,虽然邓恩桉终含水率均值(15.31%)低于标准要求的16%(LY/T 1599—2002),但许多单板含水率超过了规定值,因此邓恩桉单板干燥质量未达标; 尾巨桉树龄只有4年,基本密度只有0.40 g·cm-3(康尚福等,2004),较易干燥,单板终含水率也较低。唐荣燕等(2012)研究表明单板含水率控制在8%~12%范围内胶合质量较好, 因此除邓恩桉外,其他5种桉木单板干燥后的含水率均满足胶合板生产要求。
方差分析结果表明,不同树种间单板终含水率在α=0.01水平下存在着极显著差异。从单板初含水率和终含水率的对比来看,大小顺序不尽相同,表明不同树种单板干燥特性是有差别的。邓恩桉初含水率和终含水率均为最高,表明6个树种中邓恩桉单板最难干燥,干燥速率最低; 而粗皮桉初含水率也较高,但终含水率最低,表明粗皮桉较易干燥。6种桉木单板的干燥从难到易排序为: 邓恩桉>柳叶桉、巨桉>大花序桉>尾巨桉、粗皮桉。
2.2 6种桉木单板干燥后开裂情况的比较表 2所示为6种桉木单板干燥后开裂的增加数及差异,虽然方差分析结果表明几个树种间单板开裂增加数不存在显著性差异,但均值仍显示出一定的不同,邓恩桉以9条居6种桉木单板开裂增加数之首,与其密度大、渗透性差直接相关,同时对照其终含水率为几个树种单板中最高,进一步表明邓恩桉为6个树种中最难干燥的,而粗皮桉与尾巨桉相近,开裂增加数均较低。
从表 3所示单板干燥后开裂的延长度及差异数据的对比来看,开裂延长度最大的为尾巨桉单板,可能与树龄较短有关,而开裂延长度最低的为邓恩桉,可能与单板终含水率较高有关。总体来看开裂延长度均较小,对胶合板生产的影响较小。
翘曲变形是桉木单板在干燥过程中较易出现的现象,单板翘曲程度是评价单板质量的一个重要因素,直接影响着胶合板组坯的效率及质量(Steinhagen et al.,1999)。表 4及表 5所示为6种桉木单板的大头(原木段大头)和小头处单板的翘曲程度数据及差异性。总体来看,同一树种单板的大头和小头处干燥后翘曲度相近; 而不同树种间比较时发现,尾巨桉、大花序桉和巨桉单板干燥后翘曲均较大,在2.3%以上; 邓恩桉和粗皮桉单板翘曲度较接近,在1.6%~1.9%之间,但邓恩桉终含水率较高,可比性不足; 柳叶桉单板翘曲度最低,在1.1%左右。单板干燥导致翘曲主要是由于径、弦向干缩差异及单板厚度上含水率差异形成的干燥应力所造成的,由于单板厚度较小,较易变形。方差分析结果显示,不同树种间单板干燥后的翘曲度在α=0.01水平存在极显著差异,单板干燥后翘曲程度由大到小顺序为: 大花序桉>尾巨桉、巨桉>邓恩桉>粗皮桉>柳叶桉。
通常人工林桉木采伐时径级较小,因此节子较多,单板中的节子在单板旋切及干燥过程中会脱落,可能会影响后续的胶合性能造成产品质量问题,孔洞是影响单板质量等级的主要因素(任世奇等,2010b)。表 6所示为干燥前6种桉木单板中脱落节子造成的孔洞数及差异情况,巨桉的节子脱落造成的孔洞数最大,均值达到了4.25,粗皮桉次之,为2.25,其他4种桉木单板孔洞数较少,均值不足1个。这主要是由于树种不同,正常纹理与节子处材质差异不同,从而引起原木在旋切过程中导致节子脱落形成孔洞数量不同。
单板干燥后孔洞增加数及不同树种间的差异性数据(表 7)显示,巨桉单板的孔洞增加数最大,均值达到了5.65,大花序桉和粗皮桉次之,尾巨桉最低,均值只有1.06,这可能与尾巨桉树龄较小有关,节子处的材质与木材主体的差异性不太大。单板干燥后孔洞的增加主要是由于节子处木材的纹理方向与单板木材主纹理方向垂直,在剧烈的干燥条件下节子的弦径向干缩较节子邻近部位单板正常纹理处的收缩大,使节子与周边木材间产生拉应力造成裂隙的发生; 而且节子顺纹方向即单板的厚度方向上的干缩小于单板厚度方向干缩,节子处厚度尺寸较正常单板厚度大些,干燥过程中干燥机输送辊的压力导致活节脱落形成孔洞。节子处的材质与正常材质差异越大,越易产生孔洞。方差分析结果显示,不同树种间单板干燥后孔洞增加数在α=0.01水平下存在极显著差异,单板干燥后孔洞数增加由大到小顺序为: 巨桉、大花序桉、粗皮桉、柳叶桉、邓恩桉、尾巨桉。
对当前种植及利用量最大的尾巨桉,以及为胶合板生产定向培育的柳叶桉、巨桉、大花序桉、邓恩桉和粗皮桉的单板干燥进行了试验研究,结果表明,树种对单板干燥质量具有极显著的影响。从干燥后单板终含水率及均匀性角度分析,粗皮桉、尾巨桉和大花序桉较好,而邓恩桉干燥速率较低,本试验干燥工艺条件下邓恩桉单板终含水率未达到单板干燥质量要求; 从干燥后单板的开裂数量及延长度分析,邓恩桉、大花序桉和粗皮桉较好,但树种间差异不显著; 从干燥后单板的翘曲程度分析,柳叶桉、粗皮桉和邓恩桉较好; 从干燥后单板的孔洞增加数分析,尾巨桉、邓恩桉和柳叶桉质量较好。
桉木单板主要用作多层实木地板基材胶合板的制造,对产品质量影响最大的因素为单板含水率和孔洞,其次是翘曲和开裂。因此总体来看,在本试验工艺条件下粗皮桉、尾巨桉、大花序桉和柳叶桉的单板干燥质量较好,可以满足胶合板生产质量要求; 但邓恩桉和巨桉单板干燥质量较差,需要进一步对干燥工艺进行研究。
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