木材的加工利用对环境影响的研究

木材的加工利用对环境影响的研究

桉树人工林生长迅速，树干笔直。木材坚硬、直、美观，硬度高，耐腐蚀性好，树干收缩，水分和肿胀，容易开裂，生长能力强，抗弯试验和冲击强度高，切削面光滑，结合和绘画的性能差。致使桉树木材在以实体木材形式加工利用时,锯、刨、铣、钻等加工困难,不仅加工时消耗的动力大,而且加工器具磨损严重。用常规的木工机械较难加工出合格的桉木制品,生产效率也极为低下。综合生产企业近几年对桉树木材加工利用过程中遇到的问题,结合对桉树人工林木材材性的研究成果,现对桉树人工林木材加工过程中出现的几个生产问题进行理论探讨。一、桉树木材的生长强度和真木的利用1.木材生长应变的测量生长应力是立木细胞在生长过程中于形成层部分形成的,存在于所有的树木中,木材中因有生长应力而导致应变。早在1930年就有人用不同的方法测量木材的生长应变,但应力释放的方法不同。现在还没有一种直接的方法来测量生长应力,通常采用生长应变仪测量生长应变,进而推算生长应力。目前测量木材生长应变的方法主要有3种:澳大利亚的Nicholson法,日本、美国的应力片法,法国的应变测量法。法国的应变测量仪比较常用,测量方法易于掌握。2.木材加工与开发2.1王桉木材预冻处理的必要性皱缩是木材收缩时纵向受压而产生的细胞变形,通常发生在纤维饱和点以上。桉树木材在干燥的过程中易于产生皱缩,低密度桉树木材一般比高密度桉树木材发生更多的皱缩。因为皱缩使得桉树木材容易发生内裂。王桉心材部分的平均恢复皱缩率约51%,边材部分的平均恢复皱缩率约46%;而平均未恢复皱缩率心材部分约49%,边材部分约54%。这就意味着由于边材部分皱缩的发生而且未能恢复使得木材的体积损失较多。另外,王桉木材皱缩和原木表面开裂不是紧密相关的。对王桉木材进行零下20℃的预冻处理可以降低木材皱缩和内部开裂。减少木材皱缩与内部开裂有2种途径:首先要找出产生木材皱缩的关键因子,相关的树木生物学特性,环境因素的影响及较理想的改性方法;其次是通过树木选种、育种、无性繁殖来培育出无皱缩发生木材的植株体。2.2采用径向下锯法生产径锯材多数桉树木材因有较高的生长应力和皱缩,导致桉树木材在加工的过程中易于开裂、扭曲和变形,所以在生产桉木的锯材厂常常先用水喷淋原木,使其保持较高的含水率以防止开裂,同时在锯解的过程中采取径向下锯法,生产径锯板材,尽可能减少板材的收缩、开裂和变形。锯解的板材干燥时常采用软基准法,大气干燥与蒸汽干燥窑相结合,通常厚板气干时间较长,约1~2年,薄板气干时间较短,约半年至1年,气干材的含水率大约20%时,再将板材放入蒸汽干燥窑中干燥1~2个月,温度20~35℃,然后进行蒸气处理6h,温度95℃,使木材皱缩部分能够尽快恢复,最后在70~85℃的干燥窑中再干燥5~7天。二、桉属中密度木材。木材密度对木材物理力学性质的影响分为3个层次的划分桉树木材的机械加工是一件很困难的事情。用常规的木工机械和加工工艺加工桉树木材,通常是加工速度慢,或机械动力不够,或加工精度不够。这与桉树木材的密度和强度有关。桉树木材密度的测试结果表明,5种桉树木材,在气干条件下,分别测得密度值为:尾叶桉0.786kg/m3;尾巨桉0.663kg/m3;尾园桉0.873kg/m3;尾赤桉0.635kg/m3;大花序桉0.829kg/m3。按木材物理力学性质的分级,尾叶桉、尾园桉和大花序桉为大密度木材;尾巨桉和尾赤桉属中密度木材。1964年Koch的研究表明,随着木材密度的增加,木材中外来物质的数量也在增加,木材的切削力、冲击力和切削功率都在增加。为了减少切削力,提高切削速度,要改变锯齿的几何形状、齿高和齿距,如锯齿的齿喉角,软材为8~12°,硬材为5~8°。随着锯条厚度的增加,切削功率也在增加;锯料要适当,锯条薄一些,锯料必须大一些,在0.7~0.8mm之间为宜。减小进料速度20%~30%,减少切削木材的深度,增加锯条更换次数。从木工机械的角度讲,加工桉树木材的机械应该是大动力的,在普通动力的基础上增加20%~30%的功率。三、桉树木材涂饰分析用普通胶粘剂和常规的胶合方法很难实现桉树木材的良好胶合。如使用普通乳白胶的常温无压胶合,在木材的端面常有离缝、部分胶合面胶合不好的现象发生。分析产生上述现象的原因,离缝现象与干燥有关,也与桉树木材的尺寸稳定性有关。桉树木材干燥的引进结果表明,桉树木材干燥困难,如果后期调湿处理不彻底,很容易出现干燥材的含水率分布不均匀的现象,这种板材在胶合的过程中,含水率开始均衡,高含水率部分开始干缩,于是产生离缝现象;另外,由于桉树木材材性变异大,尺寸稳定性差,干燥材在使用过程中很容易发生尺寸的变化,板材的端面与大气的接触面最大,与大气之间的湿交换也较彻底,因此木材的端部发生尺寸变化的机会最多。桉树木材的化学成分和酸碱特性与其他木材接近,对胶合的影响可不考虑。桉树木材的含水率也适合木材的胶合。由于桉树木材硬度大,加工表面光滑,胶粘剂一次附着量小,形成的胶钉少,胶合强度就低。因此桉树木材采用常规方法胶合时,应对胶合表面进行预处理,如表面砂光处理和涂饰碱液处理等。木材涂饰是木材加工利用中的一个重要方面,对木材具有保护和装饰的双重作用,涂料和木质材料之间的结合直接影响木材的涂饰性能。在生产实践中,桉树木材表面涂饰时,部分表面附着油漆性能差,常有部分漆面脱落的现象发生。淋漆试验结果表明,在桉树木材板面的一些部位,漆面与木材表面的附着力小,有漆泡出现,漆面干燥速度慢,漆面硬度差。其原因与胶合有相似的地方。进一步探究桉树木材的上述涂饰性能,依据木材与涂饰材料结合理论,如吸附、扩散及化学键等理论,认为桉树木材表面光滑,空隙少,涂料和木材的附着力小是桉树木材表面涂饰性能差的主要原因。桉树木材含有大量的单宁,木材锯解后,表面很快氧化,严重影响胶合质量。综上所述,桉树人工林木材具有较差的机械加工特性,胶合和涂饰性能也不好。基于此,加工桉树木材的机械要加大电机的功率,在生产中增加刀具的刃磨次数。桉木板材在涂饰和胶合以前,要对其表面进行预处理,或选择附着力大的树脂,这些技术措施均可不同程度地提高木材的胶合和涂饰性能。四、桉树木材生产利用的建议20世纪60年代以来,我国营造了大面积的桉树人工林,目前已遍布南方17个省市600多个县,栽培面积150多万hm2,具有一定规模,现已成为南方最具经济活力和市场前景的人工林树种。那么如何能够充分合理地利用好我国现有的桉树木材资源以及更好地引种、培育出高质量的桉树树种,现提出以下建议:(1)应加快研究我国桉树木材材性的早期预测,为更好地引种、选种并培育出速生、优质、高产量的桉木木片和桉木纸浆新品种提供可靠的理论依据。(2)我国桉树木材生长应力和