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关于“百度法”风车木干燥基准的研究

2020-09-14 346 上传者：管理员

摘要：风车木是制作名贵硬木家具的良好材料,但其密度大、材性脆、难干燥,严重制约了其在家具及木制品上的应用。本研究针对风车木进行了“百度”试验,测量并统计了风车木干燥缺陷等级,评定了风车木综合干燥特性等级,在此基础上确定了风车木常规干燥初始条件,制定了可行的风车木常规干燥基准。

关键词：
家具
常规干燥
干燥基准
木材加工工业
百度试验
风车木
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“风车木”产自非洲莫桑比克等地,俗称皮灰、黑紫檀、黑檀木。其木材呈黑紫色,具深浅间细条纹,耐磨耐腐,是制作名贵硬木家具的良好材料。国内市场上已有少量风车木家具及工艺品,但风车木硬度大、材性脆、侵填体多,常规干燥困难,容易出现干燥缺陷[1]。

木材干燥是木材加工的重要环节,是确保家具及木制品质量的关键技术。虽然一些特种干燥能够提高干燥速度、减少干燥缺陷[2,3,4],但木材常规干燥具有综合干燥优势,被木材加工企业广泛采用。然而,到目前为止还没有对风车木干燥工艺进行较为系统的研究,风车木的相关干燥特性尚未掌握[5],极大地影响了其干燥质量及在家具和木制品上的应用。

百度试验法主要用来探索初次干燥木材的特性,因试验温度为100℃恒温条件,国内学者将其称为百度试验法[6]。百度试验法通过分析木材在100℃恒温条件下产生的干燥缺陷程度及其发展情况来制定后续的干燥基准,是国内确立木材基本干燥基准时常用的方法[7,8]。

本试验利用风车木板材开展百度试验,检测并统计干燥过程的缺陷程度,对比其他参考文献制定了风车木常规干燥基本参数,并拟定了初步干燥基准,为风车木常规干燥提供技术参考。

1、试验材料与方法

1.1试验材料

风车木板材规格为80mm(T)×30mm(R)×500mm(L),四面刨光,无变色、节子、虫眼等缺陷,初含水率为25.07%。根据相关文献并结合本试验实际情况,将板材锯解尺寸为80mm(T)×30mm(R)×200mm(L)的试件6块用于百度试验。

1.2试验设备

电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9643BS-III),上海新苗医疗器械制造有限公司生产;电子天平(FA2004,精度0.01g),上海精密仪器有限公司生产;数显游标卡尺(150mm,精度0.01mm),日本三丰游标卡尺生产;至尊电子秤(ACS系列HY-809B);辅助工具(直尺和锯子)等。

1.3试验方法

1.3.1干燥前准备

百度试验前,观察并记录试件的初始表面缺陷与初始质量。在试件长度、宽度、厚度面划线并测量。长度方向测量1点,宽度方向测量2点,厚度方向测量4点。宽度与厚度的测量点为试件两端头,长度测量点为试件中心,如图1所示。

图1百度试验尺寸测定示意图

1.3.2干燥过程

初始数据记录完成后,将试件竖直放入鼓风干燥箱内,温度设置在100℃恒定。由于试件开裂多发生在干燥初期,因此最初每隔1h观察试件初期开裂(端裂、端表裂和表裂)的发生和发展情况,用记号笔在开裂部位做出记号,并进行称重和尺寸测量。6～8h后观察时间延长至2h一次,在开裂最严重时测量并记录初期开裂程度,12h后观察时间延长至6h一次。当试件含水率降至1%以下时认为试件达到绝干,结束干燥。

1.3.3相关参数测定

(1)干燥速率与干缩率。

干燥结束后,记录试件的最终重量和尺寸(T、R、L),计算干缩率。

干燥后试件弦径向干缩率用式(1)计算:

S(Τ/R)=Li-LhLh×100%(1)

式中:S(T/R)为试件弦向S(T)或径向S(R)干缩率(%);Li为试件干燥前初始弦向或径向尺寸(mm);Lh为试件干燥后的弦向或径向尺寸(mm)。

(2)扭曲变形及数值。

将试件置于平面,观察试件四个角的触面情况。如果其中一个角没有落在平面上,就判定为该试件发生扭曲变形。测量试件的扭曲值时使其余三个角接触地板,测量第四个角垂直偏离平面的高度(mm)。

(3)含水率。

参照GBT1931-2009木材含水率测定方法,从试件的中部锯解尺寸为30mm(R)×80mm(T)×10mm(L)的含水率试片,用烘干法测量最终含水率。

(4)内部开裂与截面变形程度。

试件干燥至绝干后,从试材中部位置锯切,观测并记录内部开裂的数量与截面变形数值,测量截面变形值应精确到0.1mm。百度试验截面变形测定示意图如图2所示。

图2百度试验截面变形测定示意图

截面变形值按式(2)计算:

Ζ=A1-A22-l(2)

式中:Z为试件截面变形值(mm);A1为试件截面左侧厚度(mm);A2为试件截面右侧厚度(mm)。

2、试验结果与分析

2.1风车木百度试验结果

百度试验各项指标结果如下:试材平均终含水率为0.46%,总耗时37h,干燥速度为0.67%/h。干燥前后试件尺寸的弦向干缩率为11.05%,径向干缩率为4.76%。

百度试验干燥缺陷等级见表1,风车木试件的干燥缺陷等级情况汇总见表2,通过将表2中的各项缺陷与表1中的等级进行对比,可以确定风车木试材的综合干燥特性等级,见表3。干燥特性与干燥条件对应表见表4,将表3与表4进行对比后可以确定风车木干燥的初始条件,见表5。

表1100℃干燥试验的干燥缺陷等级

表2风车木试件百度干燥法干燥缺陷等级汇总

表3风车木试材综合干燥特性等级

表4干燥特性与干燥条件对应表

注:t1为干燥初期干球温度(℃),t2为干燥末期干球温度(℃),Δt为干湿球温度差(℃),下同。

表5风车木干燥初始条件表

对比上述表格,本试验试件扭曲变形特性综合评定为2级,初期开裂等级评定为5级,内部开裂等级综合评定为2级,截面变形等级评定为1级。

2.2风车木常规干燥工艺基准拟定

在分析风车木干燥初始条件表5的基础上,结合现有文献中关于风车木的干燥试验,本研究初步拟定一套可行的风车木常规干燥基准,见表6。

表6风车木常规干燥基准

注:t为干球温度(℃),Δt为干湿球温度差(℃)。

3、小结

(1)百度试验统计结果表明:风车木试材平均终含水率为0.46%,总耗时37h,干燥速度为0.67%/h;干燥前后试件尺寸的弦向干缩率为11.05%,径向干缩率为4.76%。试件扭曲变形特性综合评定为2级,初期开裂等级评定为5级,内部开裂等级综合评定为2级,截面变形等级评定为1级。确定的干燥工艺中干球初始温度为40℃,初始干湿球温度差为1.5～2℃,末期干球干燥温度为75℃。

(2)根据百度试验结果及以往风车木干燥研究,拟定了风车木常规干燥工艺基准,可用于风车木材常规干燥生产。

参考文献:

[1]吕玲,富艳春.风车木材性特征对家具设计的影响[J].艺术科技,2019,32(1):35-36.

[2]刘洪海,张鑫,杨琳,等.重齿铁线子木材高频真空干燥工艺研究[J].林业工程学报,2018,3(1):10-15.

[3]张静雯,刘洪海,杨琳.超临界CO2流体在木材干燥中的应用[J].世界林业研究,2019,32(6):37-42.

[4]杨琳,马青原,刘洪海,等.尾巨桉木材冷冻干燥特性[J].森林与环境学报,2018,38(3):277-283.

[5]黄塞北.热带硬阔叶材高效干燥技术研究[D].南京:南京林业大学,2012.

[6]刘树东.俄罗斯樟子松材干燥特性及其方材干燥技术的研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2011.

[7]杨丽虎.脲醛树脂浸渍杨木的干燥特性研究[J].林业机械与木工设备,2018,46(3):34-38.

[8]杜洪双,唐朝发,李杉,等.百度试验确定干燥基准在铁木上的应用[J].木材加工机械,2003,14(4):19-23.

周珊.“百度法”风车木干燥基准初探[J].林业机械与木工设备,2020,48(09):18-21.