小径桉木圆材干燥特性及干燥工艺研究

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桉树(Eucalyptus)是我国南方地区重要的速生树种之一,其具有生长速度快、适应性强、蓄积量大、3年成林、45年成材等优点,但也存在干燥困难、干燥缺陷严重、出材率低等缺点,导致其实木化利用程度低等问题,严重制约了其应用范围。在现有小径桉木加工工艺中,都是采用先锯材再干燥的加工方式,干燥过程中木材开裂、变形等干燥缺陷严重,出材率甚至不足35%。为提高出材率,解决干燥缺陷严重等问题,本文开展了小径桉木圆材干燥特性及工艺的研究,研究了不同因素对小径桉木干燥缺陷、干燥用时等特性的影响。结合干燥特性研究探索适用于不同径级的小径桉木圆材干燥工艺,并对干燥工艺进行优化,以最大程度的降低干燥缺陷提高木材利用率,实验结果表明:(1)圆材取材高度、试件长度以及树皮有无对干燥用时影响显著,圆材干燥用时回归方程为Y=50-13X1-13X2-5X3+39.25X4+5.25X5(式中:X1:取材高度4.3m;X2:取材高度3.3m;X3:取材高度2.3m;X4:试件长度;X5:树皮有无),R2=0.980。对干燥用时的影响程度为:试件长度(0.945)>取材高度(0.646)>树皮有无(0.126),可根据此方程预测圆材干燥用时。圆材取材高度、试件长度、树皮有无以及心材比例对干燥缺陷影响显著,圆材干燥缺陷回归方程为Y=3.855-1.966X1-1.471X2-0.633X3+2.615X4+0.504X5-0.21X6(式中:X1:取材高度4.3m;X2:取材高度3.3m;X3:取材高度2.3m;X4:树皮有无;X5:试件长度;X6:心材比例),R2=0.650。对干燥缺陷的影响程度为:取材高度(0.896)>树皮有无(0.680)>试件长度(0.131)>心材比例(0.088),可根据此方程预测干燥缺陷严重程度。(2)对端裂进行等级划分,可根据其长度、宽度、深度尺寸不同分为3类,其中Ⅰ类裂纹:平均尺寸为长×宽×深=20.000mm×0.961mm×2.955mm;Ⅱ类裂纹平均尺寸为长×宽×深=32.397mm×2.659mm×14.479mm;Ⅲ类裂纹平均尺寸为长×宽×深=48.219mm×5.688mm×39.128mm。将端裂、内裂(蜂窝裂)和干燥时间作为圆材百度试验干燥缺陷分级标准参考因素,干燥缺陷根据严重程度不同划分为4级,相应的干燥缺陷对应干燥条件也划分为4级。(3)通过对圆材干燥缺陷进行等级划分,直径Φ5590mm小径桉木圆材百度试验干燥缺陷等级端裂多为2级、3级,内裂多为1级、2级;直径Φ90125mm小径桉木圆材百度试验干燥缺陷等级端裂多为4级,内裂多为3级、4级。优化后的直径Φ5590mm的小径桉木圆材干燥工艺,其预热温度为T干53℃,T湿52℃,相对湿度94%;干燥起始温度T干50℃,T湿48℃,相对湿度90%;中间处理温度T干58℃,T湿57℃,相对湿度94%;干燥末期温度T干66℃,T湿51℃,相对湿度45%;终了处理温度T干67℃,T湿65℃,相对湿度91%。采用优化工艺干燥规格长×直径=1000mm×Φ5590mm的圆材,干燥周期为45d(气干35d,窑干10d),干燥质量良好,圆材平均利用率90.55%。优化后的直径Φ90125mm小径桉木圆材干燥工艺,其预热温度为T干47℃,T湿46℃,相对湿度94%;干燥起始温度T干45℃,T湿43℃,相对湿度89%;中间处理温度T干53℃,T湿52℃,相对湿度94%;干燥末期温度T干60℃,T湿48℃,相对湿度56%;终了处理温度T干60℃,T湿58℃,相对湿度90%。采用优化工艺干燥规格长×直径=1000mm×Φ90125mm的圆材,干燥周期为48d(气干35d,窑干13d),干燥质量良好,圆材平均利用率87.6%。对于径级较大的圆材,干燥过程中在含水率3520%阶段可适当增加12次中间处理以消除干燥应力减小木材各部位含水率分布差异。(4)圆材干燥过程中,温度梯度差主要发在干燥过程中含水率4520%阶段,此阶段由于圆材内部含水率高于外部,水分对热传导的阻隔作用较大,所以圆材呈现外高内低的整体温度场分布,表层温度略高于心层23℃。随着干燥进行,圆材含水率逐渐降低,木材内部自由水大量流失,水分对热传导的阻隔作用也随之减弱,内、外层温差逐渐减小,当圆材含水率干燥至20%以下阶段,圆材内、外层温度与介质温度趋于一致,无明显差异。
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