非洲花梨木干燥工艺的研究

摘要 对非洲花梨木的干燥基准及特性进行了初步研究。结果表明：所采用的干燥基准可以对非洲花梨木的薄板进行干燥处理，不仅干燥速度快，而且板面基本没有干燥缺陷。非洲花梨木的边材和心材可采用同一种干燥基准，干燥质量均能达到国家锯材质量标准。
关键词 非洲花梨木 木材干燥 含水率 干燥应力

    非洲花梨木系豆科蝶形花亚科（Leguminosae）中紫檀类（Pterocarpus）木材[1.7]。大乔木，高达15~30m，直径06 ~1.0 m，产自尼日利亚等国，是目前制作红木家具的一种主要原料。心材很耐腐，能抗蚁和小蠹虫危害，材色变化大，新切面血红色，久露大气中呈紫褐色；具深色条纹；与边材区分明显。边材浅黄褐色，宽可达20cm，不耐腐朽。散孔材，生长轮不明显或略可见。纹理直至交错。结构中，体积干缩系数为0.497%，基本密度为0.55~0.77g/cm3。制作的红木家具色泽艳丽，花纹美观，欣赏、收藏和保存价值。但若用边材部位的木制作家具极易被虫蛀、腐朽，使木材降等，降低产品档次，因此进行干燥，通过高温高湿的联合处理，一方面去除木材中水分，另一方面杀灭病虫，提高木材利用价值。
    当前我国企业在干燥过程中出现的一些问题，主要是由于工艺不完善和操作不细致，使得干燥周期较长，生产效率低，能耗高，干燥缺陷严重，生产成本高 [4]。另外，由于非洲花梨木心、边材材质差别比较大，边材的利用率不高，为此笔者希望通过本研究为合理利用非洲花梨木提供参考和帮助。
1 试验材料与方法
    1．1 试材
    将市售木材加工成尺寸为600mm×150mm×25mm的试材存入实验室备用，木材平均初含水率为52%~60%，由于边心材密度和内含物差别较大，对边材和心材分别进行试验研究。
    1．2 方法
    试验设备为自动控制温度和湿度的侧向通风型电加热干燥机。在干燥过程中，每隔一定时间取出试材，切取平均含水率试片、分层含水率试片、应力试片，定时对每块试材进行称重，测量其平均含水率，以便及时、准确地调整干燥工艺基准[3]。干燥结束后，对试材进行了干燥质量的检验。干燥质量按GB6491-86《锯材干燥质量》所规定的方法测定终含水率、厚度上分层含中水率、应力指标和可见干燥缺陷。在干燥过程中，为了防止水分过多地从试件横断面散失及发生端裂，试材两端用耐高湿胶封边。根据百度试验的结果编制干燥基准[5],，并进行小样试验。在此基础上对基准进行修改，制定正式试验的干燥基准（见表1）。

2 结果与分析
    2．1 木材干燥速度及含水率的变化
    2．1．1 干燥速度 干燥速度是反映木材中水分迁移速度的主要指标，在保证干燥质量的前提下，应尽量提高干燥速度。从表2中可见，在整个干燥过程中，边材的干燥速度比心材快23%；在含水率高于纤维饱和点（FSP）的干燥前期，边材的干燥速度比心材快32%；含水率低于纤维饱和点的干燥后期，边材的干燥速度比心材快21%。


   2．1．2 干燥基准及其操作
    （1）边材
    预热处理：升温3℃/h ，到62℃，保持6h.。
    干燥阶段：干燥到15 h进行次中间处理，干燥到24 h进行次中间处理，干燥到56 h进行第三次中间处理。
    终了处理：干燥到80 h进行终了处理。
    （2）心材
    预热处理：升温3℃/h，到62℃，保持6h
    干燥阶段：干燥到15h进行次中间处理，干燥到24h进行次中间处理，干燥到56h进行第三次中间处理，干燥到60h进行第四次中间处理。
    终了处理：干燥到110h进行终了处理。
中间处理和终了调湿处理的目的都是用高温高湿来处理木材，以降低木材的分层含水率梯度，消除残余应力。
    2．1．3 木材含水率变化 从表3和图2可见，边材在24h后含水率偏差大达18.5 %，心材在32h 后含水率偏差大为23.6%。比较边材和心材的含水率下降速度可见，边材平均含水率在29h达纤维饱和点（FSP），心材平均含水率在50h达纤维饱和点。由于心边材内含物和密度的不同，边材表层干燥到23h含水率即降到FSP，而心层34h降到FSP，所出现的轻微裂纹就是由于没有及时进行中间处理而产生的。对于心材而言，在整个干燥过程中，含水率下降速度平缓表层干燥到40h达 FSP ，心层则到70h才达 FSP。
    含水率低于FSP后，蒸发的主要是吸着水，水分迁移阻力增加，干燥速度减少，到干燥结束时，表层、心层和平均含水率趋于一致，达到工艺要求。

    2．2 木材干燥应力的变化
    全应力由湿应力和残余应力组成，当木材中含水率均匀后留下来残余应力。从表4和图3中可见，当边材平均含水率高于FSP时，木材中的全应力和残余应力均小于2.5% 。处于拉伸状态的湿应力干燥到32h达大值，为9.3%，以后随含水率的减少和干燥时间的延长向压缩方向转变。全应力在干燥前半段处于拉伸应力状态，干燥到50h以后，应力转向，进入压缩应力状态。残余应力始终处于压缩应力状态。对于心材来说，与边材类似，湿应力随干燥进行由零向拉伸应力发展，干燥到70h达大为9.3%，干燥到94h转变为压缩应力状态。残余应力也是始终处于压缩应力状态。


    2．3 木材干燥质量及讨论

    从表5中的干燥质量中可见，木材的终含水率，厚度上含水率偏差和应力指标均达国家标准[2.6]。边材表面的轻微表裂是由于干燥中期没有及时进行中间调湿处理。在对心材进行干燥试验时，严格按干燥基准进行操作，及时准确测定木材的分层含水率和干燥应力，试材均没有出现干燥缺陷。

    3 结论与讨论
    非洲花梨内部水分向外部移动较为缓慢，干燥时极易形成陡峭的含水率梯度，它是阔叶树中的难干木材，因此干燥速度不宜太快。
    从本研究结果可见，试验中所使用的干燥基准和操作工艺是切实可行的，但在实际生产中应视具体条件对干燥基准和操作工艺进行适当调整对同规格花梨木的心、边材可以用同一干燥基准在同一窑同时进行干燥。根据木材的含水率梯度、应力的发展，以及干燥速度的变化，适时进行喷蒸处理。可以通过在材堆上部加重物或用弹簧装置来防止木材在干燥中产生翘曲。