桉树人工加工过程中几个问题

独山

桉树人工林生长迅速，树干通直；木材质地坚硬，纹理通直、美观， 硬度大、耐磨损、干缩和湿胀等变形小，易开裂、生长应力大，弯曲弹性模量和冲击强度大，切削面光滑，胶合和涂饰性能差。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。

桉树人工加工过程

1 采伐时产生端部开裂
　　
　　桉树木材具有较大的生长应力[1]，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3.9～5.5 MPa，另一棵生长通直的王桉的生长应力在1.9～44.7 Mpa［2］，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2.3 Mpa（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 制材加工困难，易产生劈裂
　　
　　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10 cm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。

桉树加工

3 干燥时容易发生皱缩和开裂
　
　　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[4]。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。

桉树

　　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 机械加工困难
　　
　　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0.786 kg/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[6]，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0.7～0.8 mm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 胶合和涂饰困难
　　
　　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。

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