符羽棟， 楊 琳

(南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037)

木材是綠色、環(huán)保、可再生的生物材料，從古至今在建筑、家具、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等制品上得到了廣泛的應(yīng)用。但木材中的水分對(duì)木材的物理力學(xué)性能、耐候性、耐生物侵蝕性等具有極大的影響。因此，木材只有經(jīng)過(guò)干燥脫水后才能更好的用于產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)。

到目前為止，木材常規(guī)窯[1]是生產(chǎn)中最常用的干燥方法，其他的特種干燥，如冷凍干燥[2-4]、冷藏干燥[5]、超臨界CO2干燥[6]、高頻微波干燥等在生產(chǎn)中做有益的補(bǔ)充。此外，在一些特殊的場(chǎng)合，還需要對(duì)木材進(jìn)行改性處理來(lái)提高其尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐水性等材性特征[7-8]，進(jìn)而滿足這些特殊的生產(chǎn)及使用要求。

桉木是我國(guó)種植廣泛的人工林樹種，為拓寬人工林桉木的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多研究[9-10]。綜合分析材料[11-14]、市場(chǎng)[15]、加工制造[16]等方面的因素，提高桉木的應(yīng)用范圍和產(chǎn)品的附加值應(yīng)該更加注重文化傳承[17]、營(yíng)銷創(chuàng)新[18]，產(chǎn)品設(shè)計(jì)等要在理念及方法[19-24]上進(jìn)行創(chuàng)新和融合。

為了促進(jìn)桉木的加工利用，研究干燥及加工過(guò)程的含水率、密度及干縮率等物性參數(shù)非常必要。本研究以尾巨桉為試驗(yàn)材料，測(cè)量其氣干及吸水過(guò)程的含水率及對(duì)應(yīng)于特殊含水率階段的密度和干縮率，并利用Spss軟件研究測(cè)試試件的數(shù)量對(duì)測(cè)量值的影響，為桉木干燥及熱處理等加工提供實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

廣西柳州產(chǎn)速生林尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)。原木采伐后用塑料薄膜包裹密封后運(yùn)輸至南京林業(yè)大學(xué)。在實(shí)驗(yàn)室將原木加工成1 000 mm(L)×20 mm(T)×20 mm(R)弦徑分明的木條，再次用塑料薄膜包裹密封后放入冰柜冷藏。實(shí)驗(yàn)開始前隨機(jī)選取一根木條，將木條端部截掉50 mm長(zhǎng)木塊后，依次截取20 mm(L)×20 mm(T)×20 mm(R)小木塊，并編號(hào)1、2、3…15，測(cè)量并記錄其質(zhì)量和尺寸。小木塊用于后續(xù)含水率、密度及干縮率的測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

鼓風(fēng)干燥箱(DHG-905386-Ⅲ上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司)，用于烘干木材獲取木材的絕干質(zhì)量；電子天平(FA2004，精度0.001 g，上海精密儀器有限公司)，用于測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程木材的質(zhì)量；數(shù)顯游標(biāo)卡尺(日本三豐，精度0.01 mm)，用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程木材弦、徑及長(zhǎng)度方向的尺寸。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本試驗(yàn)以規(guī)格20 mm(L)×20 mm(T)×20 mm(R)小木塊為試件，合計(jì)15塊。首先對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室氣干試驗(yàn)，干燥過(guò)程定期測(cè)量其質(zhì)量和尺寸，直至其含水率達(dá)到平衡；然后烘干所有試件至絕干，再次測(cè)量其絕干質(zhì)量和尺寸；最后把所有試件放置在燒杯內(nèi)進(jìn)行吸水試驗(yàn)，吸水過(guò)程定期測(cè)量其質(zhì)量和尺寸，直至其含水率達(dá)到飽和。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要測(cè)量的木材物性參數(shù)包括：(1)含水率(初、飽水、氣干)；(2)密度(飽水、生材、氣干、絕干、基本)；(3)干縮率(氣干、絕干)。

1.3.1 含水率測(cè)量

木材各個(gè)階段(初始、氣干、飽水)的含水率參照GB/T 1931-2009，按公式(1)進(jìn)行測(cè)量。

MC=(m-m0)/m0×100%

(1)

式中：MC為初始、氣干及吸水過(guò)程含水率(%)；m為初始、氣干及吸水過(guò)程質(zhì)量(g)；m0為試件絕干質(zhì)量(g)。

1.3.2 密度測(cè)量

木材各個(gè)階段(飽水、生材、氣干、絕干、基本)的密度按公式(2)進(jìn)行測(cè)量。

ρ=m/v

(2)

式中：ρ為密度(飽水、生材、氣干、絕干、基本)，g/cm3；m為質(zhì)量(飽水、生材、氣干、絕干、基本)，g；v為體積(飽水、生材、氣干、絕干、基本)，cm3。

1.3.3 干縮率測(cè)量

木材各個(gè)階段(飽水、生材、氣干、絕干、基本)的干縮率按公式(3)進(jìn)行測(cè)量。

Y=(L1-L0)/L0×100%

(9)

式中：Y為干縮率(%)；L1為濕材尺寸(mm)；L0為氣干或絕干尺寸(mm)。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

利用Spss對(duì)根據(jù)不同試件數(shù)量測(cè)量的物性參數(shù)的平均值進(jìn)行比較分析。首先利用One-Way Anova可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)各組的方差是否滿足方差齊性。然后，利用One-Way Anova的下的Post Hoc中的Duncan對(duì)各組的平均數(shù)進(jìn)行多重比較分析，檢驗(yàn)各組數(shù)據(jù)間是否存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 試件數(shù)量與含水率測(cè)量結(jié)果

試件數(shù)量對(duì)各階段含水率測(cè)量的影響如圖1所示。處于不同階段的木材其含水率差異很大，木材吸水達(dá)到飽和后其含水率最高，為151%左右，其次是木材剛鋸切時(shí)的初始含水率，為80%左右，最低的是木材在實(shí)驗(yàn)室達(dá)到氣干后的含水率，10%左右。由圖1可以看出，只有木材初含水率的平均值及其誤差棒波動(dòng)較大。但是，對(duì)于飽水含水率和氣干含水率，試件數(shù)量對(duì)測(cè)量的平均值及其誤差棒都影響很小。

Post Hoc中的Duncan功能，可以對(duì)各組的平均值進(jìn)行多重比較分析，檢驗(yàn)各組數(shù)據(jù)間是否存在顯著性差異?；贒uncan的含水率平均值多重比較如圖2所示，對(duì)于飽水含水率、初含水率及氣干含水率，不同試件數(shù)測(cè)得的含水率(即不同組之間)的對(duì)應(yīng)概率p都大于0.05，統(tǒng)計(jì)上沒(méi)有顯著差異。即使對(duì)圖1中的初含水率，看上去各組之間的平均值不同，但是對(duì)應(yīng)的概率p值為0.100大于0.05，各組平均值之間無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，當(dāng)測(cè)試試件超過(guò)3個(gè)時(shí)，試件數(shù)量對(duì)飽水含水率、初含水率及氣干含水率的測(cè)量無(wú)顯著影響。

圖1 試件數(shù)量對(duì)各階段含水率測(cè)量的影響

圖2 基于Duncan的含水率平均值多重比較

2.2 試件數(shù)量與密度測(cè)量結(jié)果

試件數(shù)量對(duì)各含水率階段密度測(cè)量的影響如圖3所示。由圖3可知，木材各階段的密度隨含水率的變化而不同，其中飽水密度最大，在1.12 g/cm3左右，其次是生材密度，在0.80 g/cm3左右，然后依次是氣干密度、絕干密度，基本密度最小。

對(duì)比圖1，可以看出圖3中的生材密度測(cè)量值波動(dòng)最大。這表明木材鋸截時(shí)其各個(gè)部位的含水率有差異，進(jìn)而導(dǎo)致木材在密度上測(cè)量值波動(dòng)較大。基于Duncan的密度平均值多重比較如圖4所示。結(jié)合圖4的統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析可知，基于不同試件數(shù)量的各組密度測(cè)量值的差異在P<0.05的條件下不顯著，即試件數(shù)量對(duì)密度的測(cè)量影響不顯著。

圖3 試件數(shù)量對(duì)密度測(cè)量的影響

圖4 基于Duncan的密度平均值多重比較

2.3 試件數(shù)量與干縮率測(cè)量結(jié)果

試件數(shù)量對(duì)各含水率階段弦向干縮率測(cè)量的影響如圖5所示。由圖5可知，桉木的絕干干縮率大于氣干。對(duì)比圖1的含水率和圖3的密度，試件數(shù)量對(duì)干縮率測(cè)量的影響波動(dòng)較大，無(wú)論是氣干還是絕干干縮率。當(dāng)試件數(shù)量大于9個(gè)時(shí)，測(cè)量值的誤差棒變大，表明測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)變大。但試件數(shù)量從9個(gè)到15個(gè)的測(cè)量數(shù)據(jù)的波動(dòng)幾乎相等，可以從誤差棒的大小可以看出。

圖5 試件數(shù)量對(duì)弦向干縮率測(cè)量的影響

基于Duncan的弦向干縮率平均值多重比較如圖6所示。盡管隨著測(cè)試試件的數(shù)量增加，數(shù)據(jù)波動(dòng)變大，但是通過(guò)Post Hoc的Duncan功能方差分析，可以看出無(wú)論對(duì)于氣干干縮率還是絕干干縮率，各組試件測(cè)量值之間沒(méi)有顯著差異。測(cè)試試件大于3個(gè)時(shí)，試件的數(shù)量對(duì)弦向干縮率的測(cè)量沒(méi)有顯著影響。

圖6 基于Duncan的弦向干縮率平均值多重比較

3 結(jié)論

(1)試件初始狀態(tài)的含水率及密度值隨測(cè)量試件的數(shù)量波動(dòng)較大，表明這兩項(xiàng)參數(shù)在木材中分布不均。

(2)試件的氣干和絕干弦向干縮率隨測(cè)量試件的數(shù)量增加呈現(xiàn)波動(dòng)，表明木材的干縮率測(cè)量波動(dòng)較大。

(3)Post Hoc中Duncan的統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析表明，當(dāng)測(cè)量試件數(shù)量超過(guò)3個(gè)時(shí)，試件的數(shù)量對(duì)含水率、密度及干縮率的測(cè)量沒(méi)有顯著影響。