大径级火力楠木材干燥特性和干燥工艺研究

采用百度试验法研究木材干燥特性,利用小型木材干燥试验机分别对25 mm和40 mm厚锯材进行常规干燥试验研究锯材干燥工艺基准。结果表明,火力楠木材的百度干燥缺陷程度较轻,初期开裂等级为2,扭曲变形等级为2,截面变形等级为1,内裂等级为1;木材的干燥速度中等,等级为3。木材含水率为15%时的密度为0.679 g·cm^-3,属中等。木材的差异干缩很小,干燥过程产生开裂的趋势较小。采用制定的干燥基准对锯材进行常规干燥,25 mm厚锯材从初含水率87.9%干至终含水率9.1%,干燥用时169.0 h (7.0 d),平均干燥速率0.47%·h^-1;40 mm厚锯材从87.5%干至8.5%,干燥用时341.0 h (14.2 d),平均干燥速率0.23%·h^-1。2种厚度干燥锯材的平均最终含水率、干燥均匀度、厚度上含水率偏差、残余应力以及可见干燥缺陷方面的指标,均达到了国家标准规定的锯材干燥质量二级及以上级别的要求。本研究编制的2种厚度火力楠锯材的干燥基准合理,可为实际木材的干燥生产提供科学依据。     

30 mm厚斜叶桉锯材常规间歇干燥基准

  目的  产自澳大利亚的斜叶桉木材渗透性极低,常规干燥过程中极易开裂、皱缩,难以保证质量。本研究在常规干燥工艺中引入间歇处理,制定常规间歇干燥基准,缩短斜叶桉锯材干燥时间的同时提升其干燥质量。  方法  采用100 ℃试验法测定斜叶桉木材干燥缺陷等级,拟定干燥初终期条件。结合Keylwerth研究,用图表法得到初步常规干燥基准,干燥30 mm厚斜叶桉锯材。根据干燥初期锯材表面的皱缩程度,设置间歇处理,修订原基准。依据GB/T 6491—2012《锯材干燥质量》,从含水率梯度、弯曲、开裂程度、皱缩等方面评价锯材干燥质量。  结果  本研究中斜叶桉试件平均基本密度为（558 ± 21） kg/m3。综合弦切和径切试件测得的缺陷等级,评定斜叶桉木材干燥缺陷等级为初期开裂4级,内裂5级和截面变形5级。据此拟定30 mm厚斜叶桉锯材常规干燥基准的初始温度为46 ℃,初期干湿球温差为1.5 ℃,后期最高温度为67 ℃。干燥过程中试件平均含水率为37.7%、34.4%和24.4%时,观察到严重皱缩,做了3次间歇处理,处理时长分别为16、8和8 h。试件从61.0%的平均初含水率干燥到10.8%的终含水率,共耗时20 d,平均干燥速率为0.10%/h。试件厚度方向含水率偏差为0.70%,可见干燥缺陷指标中顺弯、翘弯、扭曲、纵裂、内裂均达到一级标准,但试件横弯和皱缩较严重,仅能达到三级标准。  结论  100 ℃试验法表明:由皱缩导致的截面变形为斜叶桉木材最为严重的干燥缺陷,且径切板的皱缩程度要大于弦切板。在依据100 ℃试验制定的初步干燥基准中加入间歇处理,能够较为有效地缓解和抑制皱缩。本研究中干燥的30 mm厚斜叶桉锯材仍然存在少量皱缩,未达到GB/T 6491—2012中锯材干燥质量二级指标。但是,干燥时间比传统的大气干燥 + 常规干燥的联合干燥方式减少约90%,且干燥质量有所提高。本研究推荐的常规间歇干燥基准可为斜叶桉锯材的实际应用提供科学依据。      

观光木木材干燥特性研究

为了获得观光木Tsoongiodendron odorum木材的基础干燥特性,编制合理的干燥基准,利用百度试验法对其木材干燥特性进行了研究。结果表明:观光木属易干木材,主要干燥缺陷为初期开裂和扭曲变形;截面变形程度轻,为1～2级;干燥速度2级,较快;初期开裂严重,为3级;扭曲等级3级,无内裂,体积干缩系数小。针对主要干燥缺陷的等级情况,参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件制定了25～30 mm厚观光木木材干燥基准,为实际窑干过程的工艺控制提供理论依据。图1表2参13     

观光木木材干燥特性研究

为了获得观光木Tsoongiodendron odorum木材的基础干燥特性,编制合理的干燥基准,利用百度试验法对其木材干燥特性进行了研究。结果表明：观光木属易干木材,主要干燥缺陷为初期开裂和扭曲变形;截面变形程度轻,为1～2级;干燥速度2级,较快;初期开裂严重,为3级;扭曲等级3级,无内裂,体积干缩系数小。针对主要干燥缺陷的等级情况,参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件制定了25～30 mm厚观光木木材干燥基准,为实际窑干过程的工艺控制提供理论依据。图1表2参13     

擎天树木材干燥特性研究

为了掌握擎天树木材的干燥特性,制定合理的干燥基准,利用百度试验法研究擎天树的木材干燥特性,结果表明:擎天树木材干燥速度2级,较快;截面变形程度轻,为1～2级;初期开裂严重,为4级;扭曲等级1～2级,无内裂,弦径向干缩差异中等.针对擎天树木材的干燥特性,参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件拟定25～30 mm厚...     

山白兰木材干燥特性研究

利用百度试验法研究了山白兰木材的干燥特性,结果表明:山白兰木材属易干木材,主要干燥缺陷为初期开裂和扭曲变形,两项缺陷等级均达到3级;干燥速度2级,较快;截面变形1～2级,无内裂。参照百度试验缺陷等级以及干燥缺陷对应的干燥条件制定了25～30mm厚山白兰木材干燥基准。     

桉树无性系大径材干燥特性分析

[目的]分析桉树无性系大径材的干燥特性,并预测其干燥基准,为桉树大径材的实木利用提供科学依据.[方法]采用百度试验法研究10年生尾巨桉无性系大径材的干燥特性,根据木材干燥过程中初期开裂、内部开裂和截面变形3项干燥缺陷的发生程度,制定桉树大径材干燥基准.[结果]桉树无性系大径材初期开裂程度2级;内部开裂程度中等,为3级;截面变形严重,为4级.干燥速度为4级,干燥速度较慢,属难干木材.体积、径向和弦向干缩率较大,分别为19.656%、10.976%和9.451%;差异干缩值为0.861,属差异干缩小.根据3种缺陷的等级程度,确定桉树无性系大径材干燥基准的基本条件:初期温度50℃,初期干湿球温度差2~4℃,末期温度75℃;厚度为25~30 mm的桉树无性系木材窑干至水含率10.00%所需时间为20.75 d.[结论]截面变形是桉树无性系大径材的主要干燥缺陷,为防止其发生,在生产中应以初期温度50℃、初期干湿球温度差2~4℃、末期温度75℃为干燥基准,可根据实际情况进行适当调整.     

香椿木干燥特性和干燥基准初探

本文以香椿木人工林木材为对象,采用百度试验法对其干燥特性进行了初步研究。结果表明：香椿木为较易干燥树种,其主要干燥缺陷为初期开裂和截面变形;香椿木的初期开裂、内部裂纹、截面变形、扭曲变形与干燥速度等级分别为3、1-2、3、2级和2级;根据干燥缺陷等级及相应的干燥条件初步拟定了其干燥基准。     

马尾松干燥特性研究

采用百度试验法,在(100±2)℃恒温干燥条件下对马尾松(Pinus massoniana Lamb)试件进行干燥试验,根据干燥过程中马尾松试件的初期开裂、内裂、截面收缩等干燥缺陷制定出马尾松木材的干燥基准。结果表明,马尾松试件的初期开裂等级为1等,内裂等级为1等,截面变形为2等,干燥速度等级为1等,综合特性等级为2等。马尾松的干燥初期温度为70℃,干燥初期干湿球温度差为4～7℃,干燥终期温度为90℃。厚度为25 mm的马尾松板材在强制循环干燥窑内干燥至含水率10%所需的时间为6.75(5)d(括号内为硬基准条件下的干燥时间)。马尾松木材的平均纵向收缩率为0.48%,平均径向收缩率为4.35%,平均弦向收缩率为5.97%。马尾松试件主要缺陷是截面变形,在实际生产过程中要尽量使用硬基准,干燥中、后期适时进行喷蒸处理。     

米老排锯材干燥中试研究

进行米老排(Mytilaria laosensis)锯材干燥中试,验证中试干燥基准的正确性,以求获得适于米老排生产应用的干燥基准。采用生产中广泛使用的强制气流循环普通干燥窑,在给定的中试干燥基准下对米老排锯材实施中级干燥试验,并按照国家标准(GB/T 6491-1999)进行锯材干燥质量评定。试验结果表明:米老排锯材干燥产品的平均终含水率7.5%;厚度含水率偏差为0.91%;应力指标4.06%;平均顺弯度为0.36%,横弯度为0.14%;扭曲度为0.29%;瓦弯度为2.54%;纵裂度为4.79%;截面收缩率为0.19%;无内裂。干燥至含水率12%时所用时间为224h(9.33d);干燥速度为0.36%·h-1。锯材总体干燥质量等级为二级,达到木制品生产对米老排锯材干燥质量的要求。     

红锥锯材中试干燥工艺

 进行红锥Castanopsis hystrix锯材干燥中试,验证中试干燥基准的正确性,以求获得适于红锥生产应用的干燥基准。采用生产中广泛使用的强制气流循环式干燥窑,在给定的中试干燥基准下对红锥锯材实施干燥试验,并按照国家标准（GB/T 6491-1999）进行锯材干燥质量评定。中试结果表明：红锥锯材平均终含水率为7.24%,厚度含水率偏差为2.37%,应力指标为4.12%,平均顺弯度为0.17%,横弯度为0.25%,扭曲度为0.24%,瓦弯度为2.55%,纵裂度为3.31%,截面收缩为5.793%,无内裂,干燥至含水率12%时所用时间为138 h（5.75 d）,干燥速度为0.31%·h^－1。中试干燥基准基本正确,总体干燥质量良好,基本达到木制品生产对红锥干燥质量的要求。图1表4参11     

高能微波处理辐射松木材的抗弯力学性能与损伤演化特征

  目的  探究高能微波处理对木材抗弯弹性模量、抗弯强度和弯曲塑性功的影响,并阐明处理材在静态弯曲载荷过程中的损伤演化与破坏规律。  方法  利用高能微波设备,采用60、80、100 kW·h/m3这3组微波能量密度水平对含水率为50% ~ 70%的辐射松锯材进行处理。在声发射（AE）系统的实时监测下进行三点弯曲抗弯弹性模量、抗弯强度和弯曲塑性功的测试,并且结合试件断裂破坏截面形貌与AE参数特征分析对比处理材与未处理材在不同加载阶段的损伤演化。  结果  未处理材抗弯弹性模量和抗弯强度平均值分别为5 520和61.7 MPa,高能微波处理材的抗弯弹性模量和抗弯强度平均变化率均小于10%。但高能微波处理均显著提高了木材的弯曲塑性功。相较于未处理材,60和100 kW·h/m3处理材的弯曲塑性功分别提高了12%和16%;而80 kW·h/m3处理材的弯曲塑性功最大,相较于未处理材的提高了22%。AE测试结果显示:随着微波能量密度的增加,处理材AE信号首次出现时间不断提前,首个损伤稳定增长阶段的持续时间、塑性变形阶段的累计振铃计数增长速率、幅度和能量活跃度逐渐增加。由此表明,在弯曲载荷作用的过程中,处理材拥有更高的损伤增长速率与应力重组效率,细胞壁产生了更多的屈曲与坍塌破坏,木材内部裂纹迅速扩展,减弱了应力集中效应,因而在一定程度上增加了木材弯曲塑性功。试件破坏形貌验证了AE测试结果,与未处理材相比,处理材的拉伸区域、中性层与压缩区域的断面形貌更加粗糙。  结论  适当的高能微波处理可在仅小幅改变木材抗弯弹性模量、抗弯强度的前提下,显著提高木材弯曲塑性功,将为高能微波处理材的应用提供新思路。研究方法与结果能够有效地展示高能微波处理材的损伤演化特征,并将为木质材料损伤演化的相关研究提供参考。      

基于MSP 430的木材干燥窑测控系统

木材是一种复杂的含湿多孔黏弹性生物体,木材中水分的含量随着树种、树龄和砍伐季节各异。为了保证木制品的品质和使用寿命,必须采取适当的措施使木材中的含水率降至规定值。在木材干燥过程中,干燥设备性能、干燥工艺、木材特性等诸多因素,都对干燥后的木材品质有所影响。将高级单片机设术、自动控制技术应用于木材干燥设备的控制系统,并提出了控制系统的软硬件设计,其中硬件部分由传感器组、信号处理电路、MSP 430 F149微控制器、隔离驱动及其他单片机外围电路组成,给出了相关参数。软件部分由主程序,温度、木材含水率数据采集子程序,数据处理子程序,查表子程序,修正子程序,键盘、显示子程序等部分组成,给出了主流程图。图4表1参17     

金银花尺蠖幼虫粪便营养成分分析

  目的  了解金银花尺蠖Heterolocha jinyinhuaphaga幼虫粪便的主要营养成分,评价其营养价值。  方法  采用国家标准检测方法,测定金银花尺蠖幼虫粪便主要营养成分质量分数,分析金银花尺蠖幼虫粪便的氨基酸分、必需氨基酸指数(I_EAA)、必需氨基酸与非必需氨基酸的比值、不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值,并与常见虫茶进行比较分析。  结果  金银花尺蠖幼虫粪便的水分、总糖、粗脂肪及蛋白质质量分数分别为10.08%、2.40%、2.73%和11.89%;总氨基酸为 4.326 9 mg·g–1,必需氨基酸总量为 1.666 2 mg·g–1,必需氨基酸占总氨基酸的比例为38.51%,必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为62.62%,I_EAA为1.20,不饱和脂肪酸质量分数为64.05%,其不饱和脂肪酸(P)与饱和脂肪酸(S)的比值(P/S)为1.78,必需脂肪酸质量分数为30.49%;矿物元素钙、钾、镁的质量分数较高,分别为8.126 7、4.955 6和3.257 3 mg·g–1,铜质量分数最低,为0.053 8 mg·g–1;维生素C和维生素E的质量分数分别为0.387 5和0.158 3 mg·g– 1。  结论  金银花尺蠖幼虫粪便营养丰富,适宜作为一种新的虫茶进行开发利用。表5参22     

氮磷添加下施用保水剂对油茶林土壤氧化亚氮排放的影响

  目的  化肥施用导致土壤氧化亚氮(N₂O)排放增加,加剧了全球气候变化。在干旱和降水分配不均地区,土壤含水量是影响土壤N₂O排放的关键因子,施用保水剂(如聚丙烯酰胺)可能影响土壤N₂O排放。本研究目的是探究氮(N)与磷(P)肥添加下施用聚丙烯酰胺对土壤N₂O排放的影响。  方法  以油茶Camellia oleifera林土壤为研究对象,设置不同处理,包括不同肥料添加[N、P、N+P、不施肥(ck)],不同聚丙烯酰胺用量(C₀:0 g·kg?1,C₁:1.0 g·kg?1,C₂:2.0 g·kg?1)以及两者交互处理,利用静态箱-气相色谱法测定油茶苗生长期内土壤N₂O排放。  结果  ①施用聚丙烯酰胺显著提高了油茶林土壤含水量(P＜0.05),且土壤含水量随保水剂施用量的增加而增加。与C₀相比,C₁和C₂土壤的含水量分别增加47.1%和57.4%,但施用聚丙烯酰胺不会促进土壤N₂O排放(F=2.75,P＞0.05)。②施磷肥显著提高土壤N₂O累积排放量(P＜0.05),相较于ck增加13.3%。③与只添加聚丙烯酰胺的土壤相比,1.0 g·kg?1聚丙烯酰胺分别与N、P、N+P肥混施处理的土壤N₂O排放通量分别显著增加56.0%、61.7%、40.7% (P＜0.05);2.0 g·kg?1聚丙烯酰胺与P、N+P肥混施处理的土壤N₂O排放通量分别显著增加38.7%、58.1% (P＜0.05)。  结论  施用聚丙烯酰胺不仅能有效提高油茶土壤保水能力,而且还不会促进油茶土壤N₂O排放,有利于发展高效节水林业和缓解全球气候变化。图5表1参35     

试验林火干扰下大兴安岭北部落叶松林土壤含水率的时空变化

  目的  跟踪量化轻、中、重度火干扰下兴安落叶松林土壤含水率,定点分析其时空变化规律与火烧强度干扰差异,深入探讨其形成机制;旨在清楚地认识高寒区火干扰森林生态系统恢复初期土壤水分变化对植被恢复的影响力,并为其调控提供参考。  方法  采用网格法确定固定点位并实施林火干扰试验,根据火烧强度等级划分轻、中、重度火烧区,烘干法跟踪监测火烧前、火烧后、翌年融雪季后、翌年生长季土壤含水率。  结果  林火干扰后:（1）轻、中、重度火烧区土壤含水率立即下降,春旱时段进一步大幅下降,生长季迅速回升;（2）生长季前重度火烧区土壤含水率显著低于轻、中度火烧区,生长季火烧强度干扰差异消失;（3）生长季前,土壤含水率及其相对变化率的空间格局与火烧强度空间格局极显著负相关。  结论  寒温带针叶林火干扰生态系统恢复初期,春旱时段重度火烧迹地土壤含水率可能限制植被更新和再生,应加强集水保水技术调控。      

热压干燥过程中热压板温度对杨木水分状态的影响

目的对热压干燥过程中杨木锯材芯层温度和压力进行测试,探究热压板温度对热压干燥过程中杨木锯材芯层温度和压力等参数及水分状态的影响,为热压干燥机理研究提供依据。方法采用集成探针同步测量并记录热压干燥过程中杨木锯材芯层温度和压力,通过对杨木锯材芯层压力测量值与测量温度对应的饱和蒸汽压力值(压力理论值)进行对比分析,进而推测热压板温度对热压干燥过程中杨木锯材水分状态的影响。结果当热压板温度从120℃升高到140℃时,杨木锯材芯层压力峰值从146.4kPa增大到213.1kPa,相应温度峰值从102.8℃升高到123.7℃,温度和压力同时达到峰值,到达峰值时间从17.5min缩短到11.6min。当热压板温度为120和130℃时,含水率高于纤维饱和点的杨木锯材芯层水分为过压的未饱和水,热压干燥后杨木锯材芯层终含水率(48.55%和49.88%)高于纤维饱和点;当热压板温度升高到140℃时,杨木锯材芯层自由水受热汽化形成水蒸气,并随着蒸汽温度的升高由饱和状态转化为过热状态,热压干燥后杨木锯材芯层终含水率(27.70%)低于纤维饱和点。结论热压干燥过程中热压板温度越高,杨木锯材芯层温度和压力达到的峰值越高,峰值持续时间越短。热压干燥过程中含水率高于纤维饱和点的杨木锯材水分状态根据热压板温度不同,可为液态水(过压的未饱和水)、饱和水蒸气或过热蒸汽状态。      

NaCl对杉木中水分子扩散影响的机理研究

  目的  NaCl的存在会改变木材中水分子的扩散行为,使水分子“易进入”或“难扩散”,从而影响了木材的吸湿性和平衡含水率。研究其影响机理对含盐木质文物的保护具有重要意义。  方法  以杉木为研究对象,制作了不同含盐率的杉木试件,开展吸湿与干燥试验,探究盐分对杉木中水分扩散的宏观影响规律;建立了杉木的分子模型,采用分子动力学（MD）模拟方法分别研究了水分子进入含盐与不含盐两种模型的过程,以及水分子在两种模型中的扩散行为。通过平衡构型、相对浓度分布等参数分析水分子进入两种模型结果的差异;通过均方位移、吸附能、径向分布函数、氢键等参数分析两种模型中的水分子与纤维素分子、半纤维素分子、木质素分子等杉木主要组成成分之间的相互作用关系,定性解释了盐分影响杉木中水分扩散的微观机理。  结果  试验结果表明杉木试件的吸湿速率随着含盐率的升高而增大;在含水率低于80%范围内,干燥速率随含盐率的升高而减小。MD模拟结果表明,水分子更容易进入含有NaCl的杉木分子模型中,但NaCl会抑制水分子在杉木分子模型中的扩散。模型中各分子之间的相互作用分析结果显示,NaCl与水分子间有很强的吸附作用,但会降低水分子与杉木之间作用强度。  结论  NaCl使杉木对水分子的束缚作用降低,但其对水分子的强吸附作用导致了水分子“易进入”与“难扩散”现象。