桉树人工林木材加工技术

桉树人工林木材加工技术

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。1桉树人工林的生长应力2.桉树木材具有较大的生长应力,在树木生长过程中,生长应力在立木内得以自我平衡,不会使木材发生开裂或产生其他缺陷,一旦平衡受到破坏(如锯解、冲击、雷击、风吹等),生长应力就会释放,从而导致木材发生环裂,端部开裂、脆心、压坏等。在树木生长过程中,形成层每年分裂出大量的木质部细胞,细胞的发育和成长主要是细胞的扩大和细胞壁物质的堆积,分2个阶段,第1阶段是木材细胞进行内填式生长,增大直径和细胞长度;第2阶段是细胞壁的增厚过程,初生壁内侧附着堆积更多的纤维素,同时在胞间层的各细胞的角隅会有木素的堆积,在木素的填充过程中,细胞横断面发生膨胀,长度方向上发生收缩,并使两者之间产生限制作用,纵向拉伸应力增加,随着树径的长大,新细胞形成后产生的纵向拉力最终形成对树干中部的高压应力,产生了生长应力。桉树人工林生长在热带地区,树木每天都在生长,生长应力每天同时在堆积,不像生长在其他地区的树木,在冬季,树木停止生长,生长时产生的生长应力可以得以缓解,因此桉树木材的生长应力都比较大。总体来讲,硬阔叶树的生长应力要比针叶树材大,其大小随树种不同而异,似与树的年龄、大小、树干直径或生长速度有关,在相邻树间可能会有很大的变化。一棵31年生王桉的生长应力的变化范围在3.9~5.5MPa,另一棵生长通直的王桉的生长应力在1.9~44.7Mpa,可见其值已远远大于木材的横纹抗拉强度和抗劈力,如柠檬桉的抗劈力为2.3Mpa(弦向)。高应力的树伐倒后,很容易产生端裂,特别是在受到外力冲击的时候。高应力的立木采伐时,要避免对树木大的冲击,或用钻孔法先释放立木中的生长应力,否则会发生端部劈裂,并伴有较大的响声。生长应力大的桉树原木采用水运,也可减少生长应力。2桉树木材组成中的长应力桉树木材在锯解时,由于木材内的生长应力的平衡态受到了破坏,分布在木材各处的生长应力得以释放,局部生长应力大时,特别是在木材的端部,易使木材发生端裂,严重时会发生劈裂;生长应力的分布均匀时,会使木材发生弯曲。桉树人工林木材生长应力与国内其他人工林木材相比属较大者,且处处分布有较大的生长应力,即使横截10cm长的小试件,也会发生端裂。有的原木在锯第1个锯口时,就会使木材发生较大的端部劈裂,劈裂的长度随着锯路走,严重时破裂在前,锯路在后。为避免桉树木材在锯解过程中发生开裂,可使用双联带锯机,并采用对称下锯法。锯解后的板材要轻拿轻放,尽量减少搬运次数,并避免在烈日下爆晒。为了减少板材发生开裂,可对原木进行预处理,以减少原木内的生长应力。如将原木在水中进行浸泡处理、汽蒸处理等,最近的一项试验表明,用微波处理木材可减少木材中的应力,其原理是,微波可加热木材,并使木材中的水分重新分布,水分重新分布的过程也可均衡木材中的应力,加热木材的过程可缓解木材中的应力,因此微波处理可减少原木中的应力。3桉木干燥工艺研究由于桉树木材生长应力大、木材密度高、材性变异大,木材渗透性差,干燥速度慢、皱缩和开裂严重。普遍认为,桉树木材的干燥技术是桉木加工利用的关键,同时也成为最难攻克的一项技术。研究结果表明,桉树木材在干燥过程中产生的皱缩和开裂是较为严重的干燥缺陷,特别是皱缩。皱缩的发生不仅使木材的强度大幅度减少,木材利用率降低,严重的皱缩还使木材产生内裂(蜂窝裂),甚至使木材报废。皱缩(collapse)亦称溃陷,是木材干燥时由于水分移动太快、所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。皱缩通常是在干燥初期含水率很高时,由于干燥温度高、自由水移动速度快而产生的一种木材干燥缺陷,随着含水率的下降而加剧。木材皱缩的宏观表现是板材表面呈不规则的局部向内凹陷,并使横断面呈不规则图形;微观表现通常是呈多边形或圆形的细胞向内溃陷,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,损失增加5%~10%,而且因其并非发生在木材所有部位或某组织的全部细胞,因而导致木材干燥时产生变形。皱缩时还经常伴随内裂和表面开裂,开裂使木材强度降低甚至报废。桉木干燥技术的关键是防止或减少木材产生皱缩和开裂缺陷,目前多采取干燥初期蒸汽处理、预冻处理、后期调湿处理等措施,或采用两段式干燥工艺。这些干燥工艺和技术措施有的在生产中得到了应用,有的还处在理论探讨和实验阶段。桉树木材种类繁多,各种桉木的构造和材性之间有很大的差异,所以应分别研究各种桉木的材性,特别是桉木的干燥特性。可采用小试样法确定每一根原木的干燥特性,然后根据干燥特性将原木进行分类,并将同一类木材用同样的干燥基准或工艺进行干燥。基于皱缩是桉木干燥时产生的主要缺陷,应重点研究有效避免产生皱缩的干燥基准,重点考虑预冻处理和初期调湿处理工艺的实践操作性。在研究机理的基础上,确定最佳干燥工艺条件。基于两段式干燥工艺可减少皱缩的产生已得到实践证明,后期调湿处理可使皱缩细胞得以恢复,建议重点研究各种桉木不同规格板材的预冻处理工艺、初后期调湿工艺,并制定桉木两段式干燥工艺。4桉属中密度木材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。5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