微波干燥对尾巨桉木材物理性质影响

刘媛，朱芸，许翠娟，卢翠香，周维，陈健波

微波干燥对尾巨桉木材物理性质影响

刘媛1，朱芸2，许翠娟3，卢翠香1，周维1，陈健波1

(1. 广西壮族自治区林业科学研究院/广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；2. 国营长虹机械厂，广西 桂林 541003；3. 广西壮族自治区国有高峰林场，广西 南宁 530002)

本研究以5 a 生尾巨桉木材为对象，分别对微波真空干燥和常规加热干燥后尾巨桉木材的物理性质进行了测定和分析，测定指标包括木材密度、干缩性、湿胀性、吸水性。结果表明：尾巨桉木材气干密度为0.477 7 g·cm-3，属2级；常规干燥处理材的气干差异干缩与全干差异干缩值均高于微波干燥处理材，微波真空干燥处理在一定程度上降低了木材的差异干缩；微波干燥处理材吸水率均高于常规干燥处理材，微波干燥提高了速生桉木材的吸水性；微波真空干燥降低了木材湿胀性。

微波干燥；尾巨桉；物理性质

桉树()是广西重要的速生林品种之一，是人造板(胶合板、纤维板、刨花板) 材和纸浆的重要原料[1]。截至2017年，广西木材生产总量达3 059万立方米，其中桉树占70%[2]，广西已成为我国速生桉树的重要生产基地[3]。但桉树存在生长应力大，干燥过程易产生皱缩，造成制品开裂、变形和加工质量下降等问题[4]。因此，如何克服桉树木材的干燥缺陷，是提高桉树木材附加值的关键[5]。微波真空干燥结合了微波加热和真空干燥的优点，是一种干燥速率快、环境友好型的低温高效干燥新技术[6]。从20世纪70年代开始，国内外学者将微波处理技术应用于木材干燥过程[7]。澳大利亚学者[8-9]发现微波处理作为木材干燥前的一种预处理手段可显著提高辐射松()和黄杉属()等木材的心材渗透性和浸注性。江涛等[10]采用高强度微波对落叶松()木材进行辐射处理，研究了木材初含水率、微波功率及处理时间对微波处理后木材渗透性的影响。李贤军等[11]采用百度试验法研究3种木材的干燥特性，初步探讨了微波预处理对木材干燥特性的影响规律。刘志军[12]以马尾松()木材为研究对象，系统研究影响微波能利用率和木材干燥速率的一般特性，总结了干燥过程中内部蒸汽压力和木材温度的变化规律。王婧[13]以尾叶桉()木材为研究对象，系统研究了微波预处理工艺，揭示了微波处理对木材物理性质影响。木材微波真空干燥是一种快速高效的新型干燥技术，还未实现工业化应用，因此加强这一领域的研究具有重要意义[6]。在干燥过程中，木材物理性能的变化与常规加热干燥存在差异，研究木材胀缩变化规律是关键。本文系统研究了5 a生尾巨桉()木材，对微波真空干燥和常规加热干燥后尾巨桉木材物理性质包括木材密度、干缩性、湿胀性和吸水性等指标进行了测定和分析，以期为桉树木材微波真空干燥技术研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材选自广西壮族自治区南宁树木园新塘桥管理区居仁站3林班11、12小班5年生尾巨桉无性系第一代萌芽林。试验树种为尾巨桉无性系26号，样木采集方法参照国家标准GB/T1927－2009《木材物理力学试材采集方法》[14]。尾巨桉平均树高22.0 m，平均胸径22.1 cm。取径弦向纹理均较明显的试材加工加工规格为20 mm × 20 mm × 20 mm (L×W×H)标准试件，以试材中间部位截取试件，四面刨光，取无可见缺陷、材色正常的弦切板。

1.2 试验仪器

可控干燥箱：101-3A型电热鼓风恒温干燥箱，上虞市华南仪器设备有限公司制造。

微波真空干燥箱：0RW08S-3Z 型炉式微波真空干燥杀菌设备，南京澳润微波科技有限公司制造。

电子数显卡尺：广陆3V锂电数显卡尺，桂林广陆数字测控股份有限公司制造。

数显千分尺：三量电子螺旋测微千分卡尺，日本三量公司制造。

1.3 试验方法

采用电热鼓风干燥箱和微波真空干燥箱2种方法分别对木材进行干燥处理，每个处理30块试件。常规干燥试验，设置电热鼓风干燥箱干燥温度60 ℃，干燥时间8 h。微波干燥试验，设置微波处理功率800 W、微波干燥温度60 ℃、真空度为0.04 ~ 0.06 Mpa、干燥时间为8 h。

测试指标按照国家标准GB/T1933－2009《木材密度测定方法》[15]、GB / T 1932－2009《木材干缩性测定方法》[16]、GB/T1934.1－2009《木材吸水性测定方法》[17]、GB/T1934.2－2009《木材湿胀性测定方法》[18]要求进行。测定指标包括木材基本密度、气干密度、全干密度，木材弦向、径向和体积气干干缩率、全干缩率及干缩系数，从全干至气干的湿胀率和从全干至饱水的湿胀率和吸水率等指标。

2 结果与分析

2.1 木材密度分析

木材密度是判断木材物理力学性质和工艺性质的重要指标之一[19]。尾巨桉基本密度、气干密度和全干密度分别是0.391 6、0.477 7和0.437 7 g·cm-3(表1)。根据《木材的主要物理力学性质分级表》[20]，木材物理性质分为5级，其气干密度属2级( 0.351 ~ 0.550 g·cm-3)。尾巨桉木材基本密度、气干密度和全干密度变异系数分别是6.62%、7.40%、7.92%。

表1 尾巨桉木材密度均值及变异

2.2 木材干缩性分析

木材的干缩湿胀是木材加工利用上的一大问题，它不仅改变木材的尺寸和体积，还因干缩不均而引起木材开裂、翘曲变形等缺陷。干缩性能是木材重要的物理性质之一，直接地影响着木材和木制品的尺寸、形状和结构的稳定性以及使用性能的美观等。木材是各向异性构造的材料，木材的干缩主要表现为木材横向收缩，并且弦向收缩总是大于径向这种现象称作差异干缩。木材的这种差异干缩可以用干裂势表示，即弦向干缩率与径向干缩率的比值，可以用于衡量木材干燥过程中发生开裂与变形的难易程度，数值越小干燥过程中出现开裂与变形的可能性越小。了解木材的干缩性及干缩规律，对于木材的加工与利用具有重要意义[19]。

由表2可知，尾巨桉木材从湿材至气干材时，采用常规干燥方式的弦向、径向和体积干缩率为2.913%、0.918%和3.839%，差异干缩为3.174；采用微波干燥方式的弦向、径向和体积干缩率为2.883%、0.953%和3.855%，差异干缩为3.026。速生桉木材从湿材至全干材时，采用常规干燥方式的弦向、径向和体积干缩率为7.477%、3.175%和10.619%，差异干缩为2.355；采用微波干燥方式的弦向、径向和体积干缩率为7.181%、3.090%和10.277%，差异干缩为2.324。根据《木材的主要物理力学性质分级表》[20]可知，尾巨桉木材的差异干缩属4级( 2.11 ~ 2.60) ，差异干缩偏大。

气干干缩指标，常规干燥处理材的弦向干缩率高于微波干燥处理材，径向、体积干缩率低于微波干燥处理材；全干干缩指标，常规干燥处理材的弦向、径向、体积干缩率皆高于微波干燥处理材。常规干燥处理材的气干差异干缩与全干差异干缩值均高于微波干燥处理材。微波真空干燥处理在一定程度上降低了木材的差异干缩。

表2 不同干燥方式对尾巨桉木材干缩性影响

2.3 木材吸水性分析

木材的吸水性对木材的油漆胶粘、制浆蒸煮、药剂浸注及水运均有重要意义[21]。测定不同干燥方式干燥后尾巨桉全干材浸水40 d 的吸水性，各段浸泡时间的吸水性见表3，为更好地反映尾巨桉吸水速率，绘制出吸水性曲线(图1)。

图1 不同干燥方式尾巨桉木材含水率随时间变化曲线

由表3可知，不同干燥方式处理后木材吸水性，均呈现浸渍初始阶段(6 h)吸水率增加幅度最大，随着浸渍时间的延长，吸水性增加幅度逐渐变小。微波干燥处理材的最大吸水率高于常规干燥处理材，随着处理时间的延长，微波干燥处理材吸水率均高于常规干燥处理材，微波干燥处理后的速生桉木材的吸水性都有一定程度的提高，但微波干燥处理的木材吸水率在不同浸渍阶段变异系数是降低的。微波处理可破坏木材的微观结构，破坏纹孔膜，有效提高木材的流体渗透性，微波干燥提高了速生桉木材的吸水性。

2.4 木材湿胀性分析

木材湿胀率有2种测定方法: 一种是试样从全干到气干时测出的湿胀率；另一种是试样从全干到吸水至尺寸稳定时测出的湿胀率，木材的湿胀和干缩都具有各向异性，通常表现为纵向线湿胀率较小，弦向线湿胀率较大，一般是径向线湿胀率的1.5 ~ 2.0倍。差异湿胀为弦向湿胀率和径向湿胀率之比。

由表4可知，尾巨桉木材从全干至气干时，采用常规干燥方式的弦向、径向和体积湿胀率为3.763%、1.895%和5.981%，差异湿胀为1.986；采用微波干燥方式的弦向、径向和体积湿胀率为3.552%、1.920%和5.833%，差异干缩为1.850。尾巨桉木材从全干至吸水稳定时，采用常规干燥方式的弦向、径向和体积湿胀率为3.552%、1.920%和5.833%，差异湿胀为1.850；采用微波干燥方式的弦向、径向和体积湿胀率为8.403%、3.587%和12.564%，差异干缩为2.343。

微波干燥处理的尾巨桉木材与常规干燥处理的速生桉湿胀率平均值对比，微波干燥的处理材气干与吸水稳定湿胀率的弦向、径向、体积和差异湿胀系数不同程度低于常规干燥处理材，说明微波真空干燥降低了木材湿胀性。

表3 不同干燥方式对尾巨桉木材吸水性影响 %

注：表中带*号数据为变异系数

表4 不同干燥方式对尾巨桉木材湿胀率影响

3 结论

(1) 本研究尾巨桉木材基本密度、气干密度和全干密度分别是0.391 6、0.477 7和0.437 7 g·cm-3。根据《木材的主要物理力学性质分级表》，其气干密度属2级( 0.351 ~ 0.550 g·cm-3) 。

(2) 常规干燥处理材的气干差异干缩与全干差异干缩值均高于微波干燥处理材。微波真空干燥处理在一定程度上降低了木材的差异干缩。

(3) 微波干燥处理材吸水率均高于常规干燥处理材，微波干燥处理后的速生桉木材其吸水性均有一定程度的提高，但是微波干燥处理的木材吸水率在不同浸渍阶段变异系数是降低的。微波处理可以破坏木材的微观结构，破坏纹孔膜，有效提高木材的流体渗透性，微波干燥提高了速生桉木材的吸水性。

(4) 微波干燥处理的速生桉木材与常规干燥处理的速生桉湿胀率平均值对比，微波干燥的处理材气干与吸水稳定湿胀率的弦向、径向、体积和差异湿胀系数不同程度低于常规干燥处理材，说明微波真空干燥降低了木材湿胀性。

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Effects of Microwave Drying on Wood Physical Properties of

LIU Yuan1,ZHU Yun2, XU Cuijuan3, LU Cuixiang1, ZHOU Wei1, CHEN Jianbo1

(1.2.3.)

In this study, the physical properties of 5-year-oldwood after microwave vacuum drying and conventional heat drying were measured and analyzed. Wood properties measured included wood density, shrinkage, swelling and water absorption. The results showed that the wood airdried density ofwas 0.477 7g·cm-3, assigning it to class 2. The shrinkage values from conventional heat drying were higher than those from microwave drying, and the differential shrinkage values of wood subject to microwave drying were lower than that of wood subject to with conventional heat drying. The water absorption rate of wood subject to microwave drying was higher than that of conventional heat dried wood, and it was found that microwave vacuum drying reduces the swelling of wood.

microwave drying;; physical properties

10.13987/j.cnki.askj.2020.01.005

S781.71

A

广西创新驱动发展专项(桂科AA17204087-6)；广西林业科技项目(桂林科研〔2015〕第44号)；广西科技计划项目(桂科AB16380036)

刘媛(1981－ )，女，硕士，高级工程师，从事木材科学与技术研究，E-mail:33168764@qq.com