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  • 辐射松板材干燥工艺对性能的影响
  • 2014-04-25 10:50:22   来源:    点击:
    我国是一个森林资源不足的国家,木材的需求量大于供给量,木材供需的紧张局面会长期存在。为缓解这种供需紧张的局面,近几年,进口木材量...
  • 我国是一个森林资源不足的国家,木材的需求量大于供给量,木材供需的紧张局面会长期存在。为缓解这种供需紧张的局面,近几年,进口木材量逐年增加,其中从俄罗斯、新西兰等国进I:1的针叶材数量增长很快。新西兰人工林资源中,辐射松(Radiata Pine) 占95 %,预计2015 年收获量将达3 500 万m3。根据中国海关统计,2002 年1~6 月,我国从新西兰进口的木材量为67 .3 万m3,在未来一段时间里,新西兰将成为我国针叶材的主要进口国,新西兰产辐射松在我国的使用量也将进一步加大。
        辐射松边材黄白色,心材淡褐色至褐色,木纹通直,结构均匀,木质轻、软。辐射松易干燥,易于机械加工,良好的胶合、染色及涂饰性能使其成为制造优质家具、胶合板的理想木材之一;此外辐射松资源的持久性和再更新快的特点,是与其它木材相比之诱人之处。
        在新西兰,辐射松大多被用作建筑材料,对干燥质量要求很高,常采用120"C 以上的高温干燥方法对其进行干燥。加速干燥是相对高温干燥而言的一种干燥方法,即干燥前期的干燥温度介于常规干燥的高温干燥之间,这样有利于提高高含水率时木材的干燥速度,同时可以减小干燥前期木材的表面硬化,有效减小干燥后板材的残余应力;当木材含水率降到一定程度后,在后期使用高温干燥的温度,以加速木材减速干燥期的干燥速度;从而达到高速保质的干燥目的。辐射松具有一定的树脂,如不除去一部分木材内部的树脂,将会影响到家具的涂饰质量;所以笔者对加速干燥前、后辐射松的含脂率进行了比较。另外,还对干燥前、后辐射松的湿胀性、力学性质进行了对比,以了解较高温度对辐射松材性的影响。因此,随着针叶树软材进口量的日趋增加,研究适合于针叶树软材的快速干燥方法对实际生产具有一定指导意义。
    1 试验材料与仪器
    试材树种:辐射松。试材规格:长4 000mm,厚40mm,宽根据辐射松原木径级不同而不同。为对比气干与加速干燥辐射松的材性,从待干燥的材堆中选取2 块试材( 尺寸4 000mm ×250mm X 40ra m) ,试材沿板长方向剖为2 块,分别记作A 、A 、B 、B 。其中A 、B 留在工厂做加速窑干试验,A 、B 在南京林业大学内做气干试验。试材A 、B 初含水率分别为19 4 .2 2 %、1 4 3 .2 6 % 。
    主要试验仪器:新西兰wi ndsor 公司生产的全自动控制顶风机轨道式干燥窑,容积量80m3。ST 一85数字式木材测湿仪、电热鼓风干燥箱、WS/08 —01 调温调湿箱、木材万能实验机( 型号MW 一4 济南材料实验机厂制造) 、电子天平,游标卡尺等。
    2 试验方法
    2.1 加速干燥工艺生产试验加速干燥工艺生产试验在南京信南木业有限公司进行。
    2 .1.1 窑内材堆的分布情况:每个小材堆尺寸:4 .0m×1.35m×1.1m( 长×宽×高) ;小材堆在窑长度方向4 个,宽度方向2 个,高度方向为3 个,共计24 个;材堆总尺寸:16.0m×2.7m ×3 .3m( 长×宽×高) 。码垛结束后在材堆顶部压l t/m2 的重物,以防止板材干燥
    过程中产生翘曲变形。
    2.1.2 干燥基准:40mm 厚辐射松板材加速干燥基准如表1,此基准为时间基准。当含水率降到30 %左右时,人工调节到第4 干燥阶段,其它基准之间的过渡均由电脑自动控制。
    2 .1.3 预热处理:窑内干球温度( T d) 、湿球温度( T w) 同步上升,3h 的喷蒸使窑内干燥介质达T d=T w = 90℃ 以上( 经3h 喷蒸后的窑内温度根据外界环境温度的不同而略有不同,此次试验的窑内干、湿球为93℃ ) 。
    2 .1.4 干燥阶段:预热处理结束后,进入干燥阶段。为减小木材表面硬化,提高干燥质量,防止颜色加深,以满足家具用材的质量要求,同时又能在高含水率时快速干燥辐射松板材,在高含水率区间采用了高于常规干燥、低于高温干燥的温度进行干燥。另外,因为预热处理时的温度、湿度相对较高,如果预热处理结束后在降低温度的同时拉大干、湿球温差,水分将在温度梯度和含水率梯度的共同作用下从内部向外部移动,加快干燥速度,因此,预热处理结束后需进行适当的降温。降温时打开干燥窑顶部的进、排气扇,风机正常运行。第1 干燥阶段包括降温0 .5h,共用时2h。随着含水率的降低,干燥过程变得相对安全,同时为保持快速的干燥速度,在第2、3 干燥阶段将干燥温度提高、温差拉大。当含水率低于30%后,木材不易产生干燥缺陷,干燥过程变得更加安全,同时也进入木材减少干燥3 6
    阶段。为保持高速干燥,应进一步提高干燥温度、拉大温差,即进入木材干燥的第4 阶段;此阶段T d =105℃ ,属于高温干燥阶段。
    2 .1.5 降温与终了调湿处理:干燥结束后,为消除板材中的残余应力,保证干燥质量,需要对板材进行喷蒸调湿处理。在喷蒸调湿处理时,如果窑内干燥介质温度在l 00℃以上就进行喷蒸,干燥介质的湿度将会提高,这样反而会因为喷蒸使干球温度升高,而起不到调湿处理的作用。因此,应先进行降温,当温度降至100ˉC 以下后,再进行喷蒸处理。另外,在降温过程中,板材含水率将在温度梯度的作用下进一步降低。在本次试验中,降温1 .5h 后,干燥介质T d = 74℃、T w =37℃ ,降温时打开进、排气扇,风机正常运行。降温结束后,喷蒸处理4.5h,进行终了调湿处理。
     2 .2 含脂率、物理性质、力学性质比较试验含脂率根据GB2677 .6 —81 进行测试和计算,为了解加速干燥工艺对辐射松板材不同厚度脱脂效果的影响,将40mm 厚辐射松板材平均分为5 等分,即测量表层8mm,中间层8mm,中心层8mm 处的含脂率;并从三层中称取等量的试材混合后测量平均含脂率。力学性能根据GB 1935 —91 ~GB 1936 .2 —91 进行测试和计算,湿胀性根据GB 1934 .2 —91 进行测试和计算。
    3 结果与讨论
    3.1 干燥速度
    40mm 厚辐射松板材从生材干燥到平均含水率7.80 %共用时44 .5h。窑内板材含水率采用电阻式含水率测量仪,当含水率低于30%后,开始记录,如图1所示为第4 干燥阶段辐射松板材的干燥曲线图。第4干燥阶段干燥介质的T d= l 05℃、T w = 700C。在这个干燥阶段中,辐射松板材含水率从28 .80 %降至10 .20 %用时9 .8h,干燥速度为1 .90 %/h。
    3 .2 干燥质量
    按GB6491 —1999{ 锯材干燥质量》对辐射板材干燥质量进行检测和计算,结果见表2 ,干燥质量达国家一级标准,在靠近加热器的材堆顶部有少数板材颜色略微变深,其余基本保持木材原有的颜色,能够满足家具用材的要求。表2 40ra m 厚辐射松板材干燥质量检测结果表
    3 .3 含脂率比较
    试验结果如表3。加速干燥辐射松的平均含脂率为1.74%,气干辐射松的含脂率为1 .95 %,加速干燥使辐射松板材的平均含脂率降低12.07 %。这是因为在高温下,木材中的松节油会随水分蒸发并向外渗出。如表3 所示,脱脂效果并非在板材整个厚度上都能取得同样的效果,仅在板材的表层取得了明显的脱脂效果,脱脂率达3O%,而内部效果并不明显,脱脂率仅为5.41%。含脂率降低可以改善木材加工性能和表面油漆性能,从这方面考虑,可以增加前期喷蒸处理时间,但是喷蒸时间加长会造成辐射松板材颜色变深。在干燥生产时,应综合权衡二者关系。表3 加速干燥与气干辐射松含脂率对比表
    3 .4 力学性能比较
    试验结果表明,加速干燥辐射松的顺纹抗压强度、抗弯弹性模量、抗弯强度修正值比气干值低。这主要是由于高温使热稳定性较差的半纤维素发生部分结构重组或降解,木素发生部分软化,使得木材干燥前后力学性能发生改变。但从实际使用来考虑,在相同的大气条件下,以上3 项指标均有明显增加。原因在于加速干燥降低了辐射松在大气条件下的平衡含水率( 如表4 括号中的数据,气干材在南京地区初夏大气条件下的平衡含水率为15 .20%左右,而加速干燥辐射松在相同大气条件下的平衡含水率仅为10 .50 %左右) 。所以,从实际使用来看,加速干燥提高了以上木材力学强度。如表4 ,加速干燥后辐射松的抗冲击韧性降低,这是因为抗冲击韧性随木材含水率的降低而减小。
    3 .5 湿胀性比较
    试验结果如表5 ,与气干相比,加速干燥后辐射松的弦向aw(全干到气干时的湿胀率)、径向洲分别降低15 .45 %、19 .62 %。这是因为木材在高温条件下,内部的纤维素结构发生变化,细胞壁变形,微晶结构变。??剿?肿拥哪芰?档。湿胀性的降低可以提高木材在使用过程中的尺寸稳定性,所以加速干燥可以有效改善木制品的使用性能。
    4 结论
    用加速干燥工艺,40mm 厚辐射松板材从生材干燥到含水率7 .80%,用时44 .5h,干燥质量达国家一级标准,干燥后的辐射松板材基本保持木材原有的颜色,能够满足家具用材的质量要求。加速干燥后,辐射松的使用力学性能、尺寸稳定性有明显提高;而且因为较高的干燥温度,降低了辐射松板材的含脂率,可以有效改善辐射松的涂饰性能。因此,对于针叶树软材,加速干燥工艺是一种适合的快速干燥方法。
    来源:中国木业信息网








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