一、研究的目的及意义
桉树的用途十分广泛,木材可供建筑、农业等方面使用,而枝丫的木材可用作造纸以及其他人造纤维的原料[1]。因此,桉树是一种十分有发展前途的速生树种。近几十年,桉树已被多个国家引种栽培,速生桉树人工林用于生产单板和锯材方面得到迅速发展。随着全球经济飞速发展,木材资源不断紧缺,开展桉树人工林木材实木化利用的研究刻不容缓。以往的国内外研究表明,桉树木材的干燥技术是其加工利用的关键。由于桉树木材在干燥过程中产生的皱缩是最为主要的干燥缺陷,而皱缩会导致木材强度大大降低,所以提高桉树木材利用率的关键就在于防止桉木在干燥过程中产生皱缩[2]。为了提高桉树人工林的利用价值,最大限度地在干燥过程中减少皱缩的产生,本研究主要探讨了间歇式干燥工艺对桉树木材皱缩的影响,为桉树人工林木材的实木化利用提供技术保障。
二、国内外研究现状
1.桉树木材皱缩特性
由于桉树材的渗透性差,含水率高且不均匀,管间、导管和木纤维间的纹孔多具膜,生长应力和干缩率大,在干燥过程中极易产生皱缩。皱缩亦称溃陷,通常是在干燥初期木材含水率很高时由于干燥温度高,自由水移动速度快而产生的毛细管张力和干燥应力使细胞溃陷而引起的不正常、不规则的收缩,随着含水率的下降而加剧[3]。皱缩的产生不同于其他干燥缺陷,其宏观特征表现为木材板面凸凹不平,多呈条形的沟状,或横断面呈不规则图形[4];微观表现通常是细胞向内呈多边形或圆形的溃陷,细胞变得扁平而窄小,皱缩严重时细胞壁上还会出现细微裂纹。皱缩不仅使木材的收缩率增大,增加有效材积损失,而且因其并非发生在木材的所有部位或一些特定组织的全部细胞,因而导致木材干燥时产生变形,皱缩时还经常伴随木材内裂和表面开裂,开裂使木材强度大大降低甚至直接报废[5]。
研究表明,木材细胞发生皱缩时需要具备2个条件,一个是自身条件,即木材细胞具有良好的气密性。当细胞处于饱水状态时,细胞腔内无气泡,细胞壁与水的接触角接近于零,水对细胞壁的润湿性好,细胞壁上的纹孔足够小。另一个是外界条件,主要是在干燥过程中,当水分蒸发张力对木材细胞所产生的压力大于木材细胞的横纹抗压极限强度时,木材细胞便发生皱缩。另外,木材细胞的皱缩具有很强的选择性,表现为皱缩一般发生于某些木材的特定部位、特定组织或某组织的局部[6]。
2.桉树木材皱缩研究的现状
目前,防止木材在干燥过程中产生皱缩的方法主要有以下几种:预冻处理,加压和拉伸处理,后期调湿处理和热处理等[7]。国内外学者先后对桉树木材的构造、物理和化学性质等方面进行了系统的研究,发现桉树木材不同种间和种内的变异性很大,其中木材的含水率、密度、干缩性等与干燥有关[8]。研究者们对桉木的干燥皱缩进行了大量的研究:我国学者刘元[9]采用高温软化—瞬时降压法对赤桉、多枝桉和细叶桉材进行了热处理试验。指出热处理能够在一定程度上减少皱缩的发生,提高桉树材的干燥质量。在国外,澳大利亚、巴西和南非等国在如何克服桉木干燥缺陷上也取得突破性进展。Tiemann首次提出皱缩机理,并开始用电镜观察桉木皱缩过程中细胞结构的变化[10]。Innes利用压力—应变模型,采取不同的干燥措施,从理论上计算出澳大利亚按树木材皱缩的临界温度[11]。结果表明,不同的树种,其皱缩的临界温度也不同的,在皱缩临界温度以下干燥木材时,木材细胞不会发生皱缩现象,反之,随着温度的增加,木材皱缩则会加剧。与国外相比,我国对桉树人工林的加工利用方面还比较落后,应学习和借鉴国外桉木加工的先进技术及宝贵经验,高效并合理地利用桉木和其他树种,保护环境的同时促进国内人工林的可持续发展[12]。
3.间歇式干燥工艺介绍
