6種桉木板式輥筒式板式干燥機干燥試驗研究

6種桉木板式輥筒式板式干燥機干燥試驗研究

作為一種速生豐產(chǎn)的樹種，桉樹具有適應(yīng)性強、生長周期長、用途廣等特點。被列為國家短期工業(yè)資源造林的首選之一。至2010年底,我國桉樹人工林面積已經(jīng)達到368萬hm2,居世界第3位,僅次于巴西和印度(謝耀堅,2012)。傳統(tǒng)的桉樹工業(yè)化利用主要包括2方面:徑級較大的桉樹通過旋切成單板,作為芯板生產(chǎn)膠合板或單板層積材;小徑級、枝丫材或難以旋切的桉樹加工成木片,用于造紙或生產(chǎn)纖維板。膠合板的結(jié)構(gòu)使木材原有的各向異性特征得到顯著改善,物理力學(xué)性能顯著提高(Bulckeetal.,2009),作為地板基材生產(chǎn)的多層實木地板性能較傳統(tǒng)實木地板的尺寸穩(wěn)定性顯著提高。近些年多層實木地板市場的快速發(fā)展,帶動了膠合板產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,2010年底僅廣西地區(qū)就有膠合板生產(chǎn)企業(yè)700多家,年產(chǎn)量達600多萬m3(黃永平,2011)。單板干燥是膠合板生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序,單板干燥質(zhì)量如含水率、開裂程度、表面平整度等直接影響膠合板的膠合強度及產(chǎn)品質(zhì)量(Korkutetal.,2007),且單板干燥能耗占膠合板生產(chǎn)總能耗的75%以上,是膠合板生產(chǎn)中的主要耗能工序(梁關(guān)明等,1999)。在相關(guān)研究方面,有對桉樹生長及材性(任世奇等,2009)和桉木單板出材率(孫鋒等,2013)的研究,對膠合板(葉忠華,2012)或單板層積材(余養(yǎng)倫等,2007)等產(chǎn)品制造工藝及性能的研究,但桉木單板干燥質(zhì)量相關(guān)的研究較少。本文對當前種植面積最廣、利用量最大的尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)和其他5種桉樹單板干燥質(zhì)量進行試驗研究,旨在為桉樹膠合板生產(chǎn)中的節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及膠合板適宜樹種的優(yōu)選提供技術(shù)參考。1材料和方法1.1不同樹種試驗研究選擇當前種植及應(yīng)用最廣泛的尾巨桉,以及為膠合板生產(chǎn)進行定向培育、具有應(yīng)用潛力的柳葉桉(E.saligna)、巨桉(E.grandis)、大花序桉(E.cloeziana)、鄧恩桉(E.dunnii)和粗皮桉(E.pellita)共6個樹種進行試驗。原木均采自廣西柳州市黃冕林場,采伐時對原木進行編號并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)(表1)。原木造材后木段長度為1.3m,徑級范圍為7~18cm。1.2測試方法為保證結(jié)果具有代表性,本試驗在廣西某膠合板企業(yè)進行單板旋切、干燥及質(zhì)量評價等工作。1.2.1桉樹原位旋切采用江西星達機械有限公司制造的BP13型倒圓機進行桉樹原木剝皮及倒圓處理;采用BXQS1813A型無卡軸旋切機(江西星達機械有限公司)對6種桉樹原木進行旋切;采用剪板機進行規(guī)格裁剪,依原木標號對單板進行順序標號、測量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù);單板厚度為2.3mm,幅面尺寸為1270mm×640mm,是企業(yè)常用的單板規(guī)格,具有廣泛的代表性。1.2.2導(dǎo)熱油加熱介質(zhì)蘇州市永祥機械有限公司制造的BG1333型輥筒式單板干燥機,由前后各16m的2節(jié)干燥段組成,工作寬度2800mm,單板進給速度范圍1~10m·min-1,采用導(dǎo)熱油為加熱介質(zhì)。為便于對比,6個樹種的單板干燥工藝均采用企業(yè)干燥尾巨桉單板的工藝參數(shù):第一節(jié)干燥段干燥溫度為160℃,第二節(jié)干燥段干燥溫度為170℃,風速3.24m·s-1,單板進給速度為4.8m·min-1。1.2.3板表板干燥試驗研究選取表面質(zhì)量好的單板(企業(yè)中作為膠合板表板的單板)進行干燥試驗研究,在干燥過程中每個樹種隨機抽取30張,記錄單板干燥前后的質(zhì)量指標進行統(tǒng)計分析。1.2.4性能測試方法干燥前測量單板的初含水率、開裂以及活節(jié)脫落造成的孔洞數(shù);用卷尺測量開裂長度,干燥前將開裂標記好;干燥后的質(zhì)量檢測包括單板終含水率、開裂、翹曲及孔洞數(shù)量,具體如下:1)含水率采用AD-100型電磁波式含水率儀進行測量(經(jīng)過烘干法含水率測量值校正),用測量單板幅面上均布的9個點含水率平均值作為對應(yīng)單板含水率值。2)開裂干燥前測量單板開裂條數(shù)及對應(yīng)的開裂長度;干燥后測量端部開裂增加的條數(shù)以及開裂延長量;評價指標采用開裂條數(shù)及開裂延長度(開裂長度占單板長度的百分率)。3)翹曲度用單板水平放置時翹曲拱高與對應(yīng)邊長度相比的百分率表示。4)孔洞數(shù)量計數(shù)單板干燥前后每張單板上由活節(jié)脫落造成的孔洞數(shù)量。1.2.5處理數(shù)據(jù)2結(jié)果與分析2.16各樹種固結(jié)劑發(fā)展趨向分析檢測固圖1所示為6種桉木單板旋切后初含水率和干燥后終含水率情況。從圖中可以看出,雖然6個樹種原木均采伐自同一個林場,但單板的初含水率差異很大,其中單板初含水率最大的為鄧恩桉,達111.51%,最小的為大花序桉,只有70.84%,且變異性最大。方差分析結(jié)果表明,不同樹種間單板初含水率在α=0.01水平存在著極顯著差異。這主要是不同樹種的生長性狀不同,且含水率與木材密度有關(guān),即同樣的水分含量條件下密度大的表現(xiàn)為含水率值較低。從干燥后單板終含水率結(jié)果看,鄧恩桉單板終含水率在6種桉木單板中最高,為15.31%,且偏差最大,為4.86%,粗皮桉單板終含水率最低,只有7.67%,這主要與單板的密度及滲透性有直接關(guān)系。鄧恩桉基本密度在0.50g·cm-3以上(任世奇等,2010a),密度較大且初含水率高,表明鄧恩桉木材中的絕對水分含量大,因此同樣的干燥工藝時終含水率較高,雖然鄧恩桉終含水率均值(15.31%)低于標準要求的16%(LY/T1599—2002),但許多單板含水率超過了規(guī)定值,因此鄧恩桉單板干燥質(zhì)量未達標;尾巨桉樹齡只有4年,基本密度只有0.40g·cm-3(康尚福等,2004),較易干燥,單板終含水率也較低。唐榮燕等(2012)研究表明單板含水率控制在8%~12%范圍內(nèi)膠合質(zhì)量較好,因此除鄧恩桉外,其他5種桉木單板干燥后的含水率均滿足膠合板生產(chǎn)要求。方差分析結(jié)果表明,不同樹種間單板終含水率在α=0.01水平下存在著極顯著差異。從單板初含水率和終含水率的對比來看,大小順序不盡相同,表明不同樹種單板干燥特性是有差別的。鄧恩桉初含水率和終含水率均為最高,表明6個樹種中鄧恩桉單板最難干燥,干燥速率最低;而粗皮桉初含水率也較高,但終含水率最低,表明粗皮桉較易干燥。6種桉木單板的干燥從難到易排序為:鄧恩桉>柳葉桉、巨桉>大花序桉>尾巨桉、粗皮桉。2.26桉木面板開裂表2所示為6種桉木單板干燥后開裂的增加數(shù)及差異,雖然方差分析結(jié)果表明幾個樹種間單板開裂增加數(shù)不存在顯著性差異,但均值仍顯示出一定的不同,鄧恩桉以9條居6種桉木單板開裂增加數(shù)之首,與其密度大、滲透性差直接相關(guān),同時對照其終含水率為幾個樹種單板中最高,進一步表明鄧恩桉為6個樹種中最難干燥的,而粗皮桉與尾巨桉相近,開裂增加數(shù)均較低。從表3所示單板干燥后開裂的延長度及差異數(shù)據(jù)的對比來看,開裂延長度最大的為尾巨桉單板,可能與樹齡較短有關(guān),而開裂延長度最低的為鄧恩桉,可能與單板終含水率較高有關(guān)?？傮w來看開裂延長度均較小,對膠合板生產(chǎn)的影響較小。2.36部分樹種帶粗皮建模時的翹曲度翹曲變形是桉木單板在干燥過程中較易出現(xiàn)的現(xiàn)象,單板翹曲程度是評價單板質(zhì)量的一個重要因素,直接影響著膠合板組坯的效率及質(zhì)量(Steinhagenetal.,1999)。表4及表5所示為6種桉木單板的大頭(原木段大頭)和小頭處單板的翹曲程度數(shù)據(jù)及差異性?？傮w來看,同一樹種單板的大頭和小頭處干燥后翹曲度相近;而不同樹種間比較時發(fā)現(xiàn),尾巨桉、大花序桉和巨桉單板干燥后翹曲均較大,在2.3%以上;鄧恩桉和粗皮桉單板翹曲度較接近,在1.6%~1.9%之間,但鄧恩桉終含水率較高,可比性不足;柳葉桉單板翹曲度最低,在1.1%左右。單板干燥導(dǎo)致翹曲主要是由于徑、弦向干縮差異及單板厚度上含水率差異形成的干燥應(yīng)力所造成的,由于單板厚度較小,較易變形。方差分析結(jié)果顯示,不同樹種間單板干燥后的翹曲度在α=0.01水平存在極顯著差異,單板干燥后翹曲程度由大到小順序為:大花序桉>尾巨桉、巨桉>鄧恩桉>粗皮桉>柳葉桉。2.46正常理化與節(jié)子處材質(zhì)對民間發(fā)現(xiàn)的影響通常人工林桉木采伐時徑級較小,因此節(jié)子較多,單板中的節(jié)子在單板旋切及干燥過程中會脫落,可能會影響后續(xù)的膠合性能造成產(chǎn)品質(zhì)量問題,孔洞是影響單板質(zhì)量等級的主要因素(任世奇等,2010b)。表6所示為干燥前6種桉木單板中脫落節(jié)子造成的孔洞數(shù)及差異情況,巨桉的節(jié)子脫落造成的孔洞數(shù)最大,均值達到了4.25,粗皮桉次之,為2.25,其他4種桉木單板孔洞數(shù)較少,均值不足1個。這主要是由于樹種不同,正常紋理與節(jié)子處材質(zhì)差異不同,從而引起原木在旋切過程中導(dǎo)致節(jié)子脫落形成孔洞數(shù)量不同。單板干燥后孔洞增加數(shù)及不同樹種間的差異性數(shù)據(jù)(表7)顯示,巨桉單板的孔洞增加數(shù)最大,均值達到了5.65,大花序桉和粗皮桉次之,尾巨桉最低,均值只有1.06,這可能與尾巨桉樹齡較小有關(guān),節(jié)子處的材質(zhì)與木材主體的差異性不太大。單板干燥后孔洞的增加主要是由于節(jié)子處木材的紋理方向與單板木材主紋理方向垂直,在劇烈的干燥條件下節(jié)子的弦徑向干縮較節(jié)子鄰近部位單板正常紋理處的收縮大,使節(jié)子與周邊木材間產(chǎn)生拉應(yīng)力造成裂隙的發(fā)生;而且節(jié)子順紋方向即單板的厚度方向上的干縮小于單板厚度方向干縮,節(jié)子處厚度尺寸較正常單板厚度大些,干燥過程中干燥機輸送輥的壓力導(dǎo)致活節(jié)脫落形成孔洞。節(jié)子處的材質(zhì)與正常材質(zhì)差異越大,越易產(chǎn)生孔洞。方差分析結(jié)果顯示,不同樹種間單板干燥后孔洞增加數(shù)在α=0.01水平下存在極顯著差異,單板干燥后孔洞數(shù)增加由大到小順序為:巨桉、大花序桉、粗皮桉、柳葉桉、鄧恩桉、尾巨桉。3各樹種干燥質(zhì)量的比較對當前種植及利用量最大的尾巨桉,以及為膠合板生產(chǎn)定向培育的柳葉桉、巨桉、大花序桉、鄧恩桉和粗皮桉的單板干燥進行了試驗研究,結(jié)果表明,樹種對單板干燥質(zhì)量具有極顯著的影響。從干燥后單板終含水率及均勻性角度分析,粗皮桉、尾巨桉和大花序桉較好,而鄧恩桉干燥速率較低,本試驗干燥工藝條件下鄧恩桉單板終含水率未達到單板干燥質(zhì)量要求;從干燥后單板的開裂數(shù)量及延長度分析,鄧恩桉、大花序桉和粗皮桉較好,但樹種間差異不顯著;從干燥后單板的翹曲程