桉樹(shù)人工林木材加工技術(shù)

桉樹(shù)人工林木材加工技術(shù)

桉樹(shù)人工林生長(zhǎng)迅速，樹(shù)干筆直。木材堅(jiān)硬、直、美觀，硬度高，耐腐蝕性好，樹(shù)干收縮，水分和腫脹，容易開(kāi)裂，生長(zhǎng)能力強(qiáng)，抗彎試驗(yàn)和沖擊強(qiáng)度高，切削面光滑，結(jié)合和繪畫(huà)的性能差。致使桉樹(shù)木材在以實(shí)體木材形式加工利用時(shí),鋸、刨、銑、鉆等加工困難,不僅加工時(shí)消耗的動(dòng)力大,而且加工器具磨損嚴(yán)重。用常規(guī)的木工機(jī)械較難加工出合格的桉木制品,生產(chǎn)效率也極為低下。綜合生產(chǎn)企業(yè)近幾年對(duì)桉樹(shù)木材加工利用過(guò)程中遇到的問(wèn)題,結(jié)合對(duì)桉樹(shù)人工林木材材性的研究成果,現(xiàn)對(duì)桉樹(shù)人工林木材加工過(guò)程中出現(xiàn)的幾個(gè)生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行理論探討。1桉樹(shù)人工林的生長(zhǎng)應(yīng)力2.桉樹(shù)木材具有較大的生長(zhǎng)應(yīng)力,在樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中,生長(zhǎng)應(yīng)力在立木內(nèi)得以自我平衡,不會(huì)使木材發(fā)生開(kāi)裂或產(chǎn)生其他缺陷,一旦平衡受到破壞(如鋸解、沖擊、雷擊、風(fēng)吹等),生長(zhǎng)應(yīng)力就會(huì)釋放,從而導(dǎo)致木材發(fā)生環(huán)裂,端部開(kāi)裂、脆心、壓壞等。在樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中,形成層每年分裂出大量的木質(zhì)部細(xì)胞,細(xì)胞的發(fā)育和成長(zhǎng)主要是細(xì)胞的擴(kuò)大和細(xì)胞壁物質(zhì)的堆積,分2個(gè)階段,第1階段是木材細(xì)胞進(jìn)行內(nèi)填式生長(zhǎng),增大直徑和細(xì)胞長(zhǎng)度;第2階段是細(xì)胞壁的增厚過(guò)程,初生壁內(nèi)側(cè)附著堆積更多的纖維素,同時(shí)在胞間層的各細(xì)胞的角隅會(huì)有木素的堆積,在木素的填充過(guò)程中,細(xì)胞橫斷面發(fā)生膨脹,長(zhǎng)度方向上發(fā)生收縮,并使兩者之間產(chǎn)生限制作用,縱向拉伸應(yīng)力增加,隨著樹(shù)徑的長(zhǎng)大,新細(xì)胞形成后產(chǎn)生的縱向拉力最終形成對(duì)樹(shù)干中部的高壓應(yīng)力,產(chǎn)生了生長(zhǎng)應(yīng)力。桉樹(shù)人工林生長(zhǎng)在熱帶地區(qū),樹(shù)木每天都在生長(zhǎng),生長(zhǎng)應(yīng)力每天同時(shí)在堆積,不像生長(zhǎng)在其他地區(qū)的樹(shù)木,在冬季,樹(shù)木停止生長(zhǎng),生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的生長(zhǎng)應(yīng)力可以得以緩解,因此桉樹(shù)木材的生長(zhǎng)應(yīng)力都比較大。總體來(lái)講,硬闊葉樹(shù)的生長(zhǎng)應(yīng)力要比針葉樹(shù)材大,其大小隨樹(shù)種不同而異,似與樹(shù)的年齡、大小、樹(shù)干直徑或生長(zhǎng)速度有關(guān),在相鄰樹(shù)間可能會(huì)有很大的變化。一棵31年生王桉的生長(zhǎng)應(yīng)力的變化范圍在3.9~5.5MPa,另一棵生長(zhǎng)通直的王桉的生長(zhǎng)應(yīng)力在1.9~44.7Mpa,可見(jiàn)其值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于木材的橫紋抗拉強(qiáng)度和抗劈力,如檸檬桉的抗劈力為2.3Mpa(弦向)。高應(yīng)力的樹(shù)伐倒后,很容易產(chǎn)生端裂,特別是在受到外力沖擊的時(shí)候。高應(yīng)力的立木采伐時(shí),要避免對(duì)樹(shù)木大的沖擊,或用鉆孔法先釋放立木中的生長(zhǎng)應(yīng)力,否則會(huì)發(fā)生端部劈裂,并伴有較大的響聲。生長(zhǎng)應(yīng)力大的桉樹(shù)原木采用水運(yùn),也可減少生長(zhǎng)應(yīng)力。2桉樹(shù)木材組成中的長(zhǎng)應(yīng)力桉樹(shù)木材在鋸解時(shí),由于木材內(nèi)的生長(zhǎng)應(yīng)力的平衡態(tài)受到了破壞,分布在木材各處的生長(zhǎng)應(yīng)力得以釋放,局部生長(zhǎng)應(yīng)力大時(shí),特別是在木材的端部,易使木材發(fā)生端裂,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生劈裂;生長(zhǎng)應(yīng)力的分布均勻時(shí),會(huì)使木材發(fā)生彎曲。桉樹(shù)人工林木材生長(zhǎng)應(yīng)力與國(guó)內(nèi)其他人工林木材相比屬較大者,且處處分布有較大的生長(zhǎng)應(yīng)力,即使橫截10cm長(zhǎng)的小試件,也會(huì)發(fā)生端裂。有的原木在鋸第1個(gè)鋸口時(shí),就會(huì)使木材發(fā)生較大的端部劈裂,劈裂的長(zhǎng)度隨著鋸路走,嚴(yán)重時(shí)破裂在前,鋸路在后。為避免桉樹(shù)木材在鋸解過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂,可使用雙聯(lián)帶鋸機(jī),并采用對(duì)稱(chēng)下鋸法。鋸解后的板材要輕拿輕放,盡量減少搬運(yùn)次數(shù),并避免在烈日下爆曬。為了減少板材發(fā)生開(kāi)裂,可對(duì)原木進(jìn)行預(yù)處理,以減少原木內(nèi)的生長(zhǎng)應(yīng)力。如將原木在水中進(jìn)行浸泡處理、汽蒸處理等,最近的一項(xiàng)試驗(yàn)表明,用微波處理木材可減少木材中的應(yīng)力,其原理是,微波可加熱木材,并使木材中的水分重新分布,水分重新分布的過(guò)程也可均衡木材中的應(yīng)力,加熱木材的過(guò)程可緩解木材中的應(yīng)力,因此微波處理可減少原木中的應(yīng)力。3桉木干燥工藝研究由于桉樹(shù)木材生長(zhǎng)應(yīng)力大、木材密度高、材性變異大,木材滲透性差,干燥速度慢、皺縮和開(kāi)裂嚴(yán)重。普遍認(rèn)為,桉樹(shù)木材的干燥技術(shù)是桉木加工利用的關(guān)鍵,同時(shí)也成為最難攻克的一項(xiàng)技術(shù)。研究結(jié)果表明,桉樹(shù)木材在干燥過(guò)程中產(chǎn)生的皺縮和開(kāi)裂是較為嚴(yán)重的干燥缺陷,特別是皺縮。皺縮的發(fā)生不僅使木材的強(qiáng)度大幅度減少,木材利用率降低,嚴(yán)重的皺縮還使木材產(chǎn)生內(nèi)裂(蜂窩裂),甚至使木材報(bào)廢。皺縮(collapse)亦稱(chēng)潰陷,是木材干燥時(shí)由于水分移動(dòng)太快、所產(chǎn)生的毛細(xì)管張力和干燥應(yīng)力使細(xì)胞潰陷而引起的不正常、不規(guī)則的收縮。皺縮通常是在干燥初期含水率很高時(shí),由于干燥溫度高、自由水移動(dòng)速度快而產(chǎn)生的一種木材干燥缺陷,隨著含水率的下降而加劇。木材皺縮的宏觀表現(xiàn)是板材表面呈不規(guī)則的局部向內(nèi)凹陷,并使橫斷面呈不規(guī)則圖形;微觀表現(xiàn)通常是呈多邊形或圓形的細(xì)胞向內(nèi)潰陷,細(xì)胞變得扁平而窄小,皺縮嚴(yán)重時(shí)細(xì)胞壁上還會(huì)出現(xiàn)細(xì)微裂紋。皺縮不僅使木材的收縮率增大,損失增加5%~10%,而且因其并非發(fā)生在木材所有部位或某組織的全部細(xì)胞,因而導(dǎo)致木材干燥時(shí)產(chǎn)生變形。皺縮時(shí)還經(jīng)常伴隨內(nèi)裂和表面開(kāi)裂,開(kāi)裂使木材強(qiáng)度降低甚至報(bào)廢。桉木干燥技術(shù)的關(guān)鍵是防止或減少木材產(chǎn)生皺縮和開(kāi)裂缺陷,目前多采取干燥初期蒸汽處理、預(yù)凍處理、后期調(diào)濕處理等措施,或采用兩段式干燥工藝。這些干燥工藝和技術(shù)措施有的在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用,有的還處在理論探討和實(shí)驗(yàn)階段。桉樹(shù)木材種類(lèi)繁多,各種桉木的構(gòu)造和材性之間有很大的差異,所以應(yīng)分別研究各種桉木的材性,特別是桉木的干燥特性?？刹捎眯≡嚇臃ù_定每一根原木的干燥特性,然后根據(jù)干燥特性將原木進(jìn)行分類(lèi),并將同一類(lèi)木材用同樣的干燥基準(zhǔn)或工藝進(jìn)行干燥?；诎櫩s是桉木干燥時(shí)產(chǎn)生的主要缺陷,應(yīng)重點(diǎn)研究有效避免產(chǎn)生皺縮的干燥基準(zhǔn),重點(diǎn)考慮預(yù)凍處理和初期調(diào)濕處理工藝的實(shí)踐操作性。在研究機(jī)理的基礎(chǔ)上,確定最佳干燥工藝條件?；趦啥问礁稍锕に嚳蓽p少皺縮的產(chǎn)生已得到實(shí)踐證明,后期調(diào)濕處理可使皺縮細(xì)胞得以恢復(fù),建議重點(diǎn)研究各種桉木不同規(guī)格板材的預(yù)凍處理工藝、初后期調(diào)濕工藝,并制定桉木兩段式干燥工藝。4桉屬中密度木材桉樹(shù)木材的機(jī)械加工是一件很困難的事情。用常規(guī)的木工機(jī)械和加工工藝加工桉樹(shù)木材,通常是加工速度慢,或機(jī)械動(dòng)力不夠,或加工精度不夠。這與桉樹(shù)木材的密度和強(qiáng)度有關(guān)。桉樹(shù)木材密度的測(cè)試結(jié)果表明,5種桉樹(shù)木材,在氣干條件下,分別測(cè)得密度值為:尾葉桉0.786kg/m3;尾巨桉0.663kg/m3;尾園桉0.873kg/m3;尾赤桉0.635kg/m3;大花序桉0.829kg/m3。按木材物理力學(xué)性質(zhì)的分級(jí),尾葉桉、尾園桉和大花序桉為大密度木材;尾巨桉和尾赤桉屬中密度木材。1964年Koch的研究表明,隨著木材密度的增加,木材中外來(lái)物質(zhì)的數(shù)量也在增加,木材的切削力、沖擊力和切削功率都在增加。為了減少切削力,提高切削速度,要改變鋸齒的幾何形狀、齒高和齒距,如鋸齒的齒喉角,軟材為8~12°,硬材為5~8°。隨著鋸條厚度的增加,切削功率也在增加;鋸料要適當(dāng),鋸條薄一些,鋸料必須大一些,在0.7~0.8mm之間為宜。減小進(jìn)料速度20%~30%,減少切削木材的深度,增加鋸條更換次數(shù)。從木工機(jī)械的角度講,加工桉樹(shù)木材的機(jī)械應(yīng)該是大動(dòng)力的,在普通動(dòng)力的基礎(chǔ)上增加20%~30%的功率。5桉樹(shù)木材涂飾分析用普通膠粘劑和常規(guī)的膠合方法很難實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)木材的良好膠合。如使用普通乳白膠的常溫?zé)o壓膠合,在木材的端面常有離縫、部分膠合面膠合不好的現(xiàn)象發(fā)生。分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因,離縫現(xiàn)象與干燥有關(guān),也與桉樹(shù)木材的尺寸穩(wěn)定性有關(guān)。桉樹(shù)木材干燥的引進(jìn)結(jié)果表明,桉樹(shù)木材干燥困難,如果后期調(diào)濕處理不徹底,很容易出現(xiàn)干燥材的含水率分布不均勻的現(xiàn)象,這種板材在膠合的過(guò)程中,含水率開(kāi)始均衡,高含水率部分開(kāi)始干縮,于是產(chǎn)生離縫現(xiàn)象;另外,由于桉樹(shù)木材材性變異大,尺寸穩(wěn)定性差,干燥材在使用過(guò)程中很容易發(fā)生尺寸的變化,板材的端面與大氣的接觸面最大,與大氣之間的濕交換也較徹底,因此木材的端部發(fā)生尺寸變化的機(jī)會(huì)最多。桉樹(shù)木材的化學(xué)成分和酸堿特性與其他木材接近,對(duì)膠合的影響可不考慮。桉樹(shù)木材的含水率也適合木材的膠合。由于桉樹(shù)木材硬度大,加工表面光滑,膠粘劑一次附著量小,形成的膠釘少,膠合強(qiáng)度就低。因此桉樹(shù)木材采用常規(guī)方法膠合時(shí),應(yīng)對(duì)膠合表面進(jìn)行預(yù)處理,如表面砂光處理和涂飾堿液處理等。木材涂飾是木材加工利用中的一個(gè)重要方面,對(duì)木材具有保護(hù)和裝飾的雙重作用,涂料和木質(zhì)材料之間的結(jié)合直接影響木材的涂飾性能。在生產(chǎn)實(shí)踐中,桉樹(shù)木材表面涂飾時(shí),部分表面附著油漆性能差,常有部分漆面脫落的現(xiàn)象發(fā)生。淋漆試驗(yàn)結(jié)果表明,在桉樹(shù)木材板面的一些部位,漆面與木材表面的附著力小,有漆泡出現(xiàn),漆面干燥速度慢,漆面硬度差。其原因與膠合有相似的地方。進(jìn)一步探究桉樹(shù)木材的上述涂飾性能,依據(jù)木材與涂飾材料結(jié)合理論,如吸附、擴(kuò)散及化學(xué)鍵等理論,認(rèn)為桉樹(shù)木材表面光滑,空隙少,涂料和木材的附著力