木材加工工艺 木材干燥的物理基础—木材与水分—木材平衡含水率 木材平衡含水率 木材平衡含水率是制定干燥基准，控制和调节干燥过程，控制仓库中的已干材和成品的尺寸，拟定各种木制品用材所需干到的终含水率标准等所必须考虑的问题。 当细胞腔中不含有或极少含有自由水时，每逢周围气候状态(温度，相对湿度或水蒸汽相对压力)发生变化，木材细胞壁中的吸着水含量也相应地变化。若细胞壁中微毛细管系统内的水蒸汽分压力比空气中的大，则水蒸汽从细胞壁内向木材外部移动，并向大气中蒸发，使得吸着水含量减少。此现象叫做解吸。相反地，若微毛细管系统内的水蒸汽分压力比空气中的小，则水蒸汽从空气往细胞壁中渗透，即木材从空气中吸湿，使得吸着水含量增大。此现象叫做吸湿。木材含水率在解吸过程中达到的稳定值叫做解吸稳定含水率，在吸湿过程中达到的稳定值叫做吸湿稳定含水率。细薄木料在一定空气状态下，最后达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率，叫做平衡含水率。一块木材不可能沿着全厚度同时受到气候条件变化的影响，因之，木材表面比内部先达到平衡含水率。在指定的温度下，木材的吸湿量随着空气相对湿度(即空气中水蒸汽相对压力)的升高而加大。当相对湿度升高到接近于100%时，吸湿量达到最大值，此时的平衡含水率叫做纤维饱和点。纤维饱和点随着温度的升高而降低。例如，纤维饱和点在温度为0?时约为30%，在70?时降低为26%，在100?时降低为22%。一般认为，我国多种木材在20?时的平均纤维饱和点为30%。干木材在吸湿时达到的稳定含水率，低于在同样气候条件下湿木材在解吸时的稳定含水率。此现象叫做吸湿滞后，或吸收滞后。在相对湿度变异范围为60%至90%时，多种木材的吸湿滞后的平均值约为2.5%。细薄木料及气干材的吸湿滞后很小，生产上可忽略。高温窑干材吸湿滞后较大。 木材干燥的物理基础—木材在气体介质中的对流干燥过程—木材干燥曲线 木材干燥曲线 当木材在一定的温度和湿度的气态介质中干燥时，若每隔一定时间测定木材含水率的变化，并且以时间为横座标，以含水率为纵座标画出的曲线)。 在干燥曲线图上可以分析干燥过程。木材干燥的全过程可以分为三个阶段。 图4-2 木材干PG PG电子 APP燥曲线 预热阶段 曲线图上的AB阶段是木材的预热阶段。在此阶段内一方面提高干燥窑内介质温度，同时要把它的湿度提高到90-100%。目的是暂时不让木材中的水分向空气中蒸发，从表层到中心均匀地把温度提高到干燥基准上要求的值。预热所需要的时间依树种和锯材的厚度而异。 经过预热以后，木材的温度和含水率沿断面分布均匀一致，此时就可以按照预定的干燥基准降低介质的温度和湿度，开始进行干燥过程。 等速干燥阶段曲线图中向下倾斜的直线BC表示等速干燥阶段。此阶段是自由水蒸发时期。只要介质的温度、湿度和循环速度保持不变，含水率的降低速度也保持不变。由于木材表层的自由水蒸发完毕后，内部还有自由水，所以，曲线图上向下倾斜直线线段的终了，并不等于说木材内的自由水已经完全排除干净。 在等速干燥阶段内，空气温度越高，湿度越低，自由水蒸发越强烈，若气流以较大的速度吹散并破坏木材表面上的饱和蒸汽边界层，则蒸发速度将相应得到提高。 减速干燥阶段自由水蒸发干净以后，吸着水开始蒸发，随着吸着水的蒸发，蒸发过程逐渐向微毛细管部分深入，微毛细管系统对吸着水吸附力越大，水分蒸发时所需吸收的热量越多，干燥过程的时间越长，含水率降低的速度也越慢。因此，纤维饱和点以下的干燥阶段叫减速干燥阶段，曲线图上的CD线段即表示该阶段。 在减速干燥阶段，要提高水分蒸发速度必须提高介质温度，降低湿度并保持较高的气流循环速度。但是水分蒸发速度受木材内部水分传导速度的制约，而且内部水分传导速度决定了总的木材干燥速度 木材干燥时内部水分的移动 木材中的水分在一定条件下可在木材内部移动，这称为木材的水分传导性。水分可以顺纤维方向移动而从 木材两端排出，也可以横跨纤维方向从木材侧面排出，就大多数板材而言，长度远大于厚度宽度。板材的侧面积远大于端面积。因此尽管水分顺纤维传导比横跨纤维的传导为易，但对木材干燥起决定作用的是横跨纤维的传导。 木材干燥过程中，木材内部水分移动的动力主要是含水率梯度和温度梯度。 木材表面水分的蒸发 木材表面水分的蒸发总是在一定的温度、湿度和气流速度下进行。在一般情况下，干燥窑内空气的湿度总是小于100%，而空气的温度则大大高于常温。因此空气的平衡含水率低于木材表面的含水率，木材表面的水分就会向空气中蒸发。木材表面水分蒸发的快慢取决于空气的温度和湿度。当空气温度升高或湿度降低时，木材表面水分蒸发速度就加快;反之，空气温度越低，湿度越大，表面水分蒸发的速度就慢。 木材表面的循环气流速度对木材表面水分蒸发也有重要影响。如果木材表面空气不是流动的，则随着水分的蒸发，很快会在木材表面出现一个不流动的饱和水蒸汽薄膜，称为界层，其相对湿度为100%。它把木材表面包围着，木材表面水分要继续蒸发只能靠缓慢的扩散作用穿过界层才能进入空气中。同时界层也阻碍了热的传递，从而使干燥速度减慢。为此需要加大木材表面的气流循环速度，吹散木材表面的水蒸汽饱和层，使木材表面的水分蒸发速度能继续保持在适当的范围内。 木材表面水分蒸发还与木材的含水率有关，当木材含水率在纤维饱和点以上时，即以蒸发自由水为主的期间，蒸发面位于木材表面及稍下的各层，在此期间若空气的温度、湿度不变，则水分蒸发强度不变。当自由水蒸发完毕，吸着水已开始蒸发时，水分蒸发便逐渐由木材表面移入木材内部，转变为以吸着水的蒸发为主，单位质量水分蒸发所需要热量越来越多，而蒸发强度则趋于减少。 影响木材干燥速度的因素 影响木材干燥速度的主要因素有介质的温度、湿度、气流循环速度、木材含水率梯度、温度梯度。 (1)介质温度 介质温度是决定木材干燥速度的主要外因。 当木材被高温空气所包围时，通过对流传热供应提高木材及其内部水分温度和水分蒸发所需的热量。 介质温度越高，木材及其内部水分的温度也越高，这就加快了水分子的热运动，提高了水分蒸发的速度和强度。 因此介质温度的升高可以加快木材干燥的速度，但温度太高会造成木材强度和性能的降低。 (2)介质湿度 当温度不变时，介质湿度的降低会使木材的水分更容易向空气中蒸发，干燥速度也就加快;反之，介质湿度增加，干燥速度减慢，如果介质湿度达100%，水分停止蒸发，干燥速度为零。 (3)气流循环速度 干燥介质气流速度的大小，直接影响木材表面水分的蒸发，气流速度过小会降低干燥速度，过大则会消耗能源过多。经验表明:通过木材表面的气流速度超过1m/s时，气流呈紊流状态，空气对木材传热和从木材表面吸收水蒸汽的能力提高，但一般不超过3 m/s。 (4)含水率梯度 含水率梯度是木材内部水分移动的驱动力。 木材内的水分是含水率高的地方向含水率低的地方移动，含水率相差越多，即梯度越大，水分移动速度也越快，干燥速度也越快。 在干燥过程中，要形成一个内高外低的含水率梯度，促使内部水分向外移动，但是要注意不要造成过大的含水率梯度，不要在木材表面出现水分枯竭的硬化层，否则不仅水分不能继续向外移动，还会造成干燥缺陷。 (5)温度梯度 温度梯度也是木材内部水分移动的驱动力。 在正常干燥过程中，木材表面温度高于内部温度，因温度梯度是内低外高，对水分向外移动是有阻碍的。为了造成外低内高的温度梯度，使之与内高外低的含水率梯度相一致而共同推动木材内部水分迅速向外移动。通常采用高温介质来处理木材，使木材在不蒸发水分的情况下热透，提高木材内部的温度;然后降低介质的温 度、湿度使木材表面温度随之降低，但这时木材内部仍保持高温，这就形成了内高外低的温度梯度，与内高外低的含水率梯度相一致，加速木材内部水分移动。 木材干燥的物理基础—木材干燥过程中的应力与变形—木材的干缩 木材的干缩 人们在日常生活中，常常会遇到这样一种现象:若木制水桶或木制水盆长时间放置在干燥的空气中不用，会发生漏水现象，把木桶或木盆浸泡在水中，过一段时间后就不漏水了。这个现象就是木材的干缩和湿胀。 当细胞腔内的自由水减少时，木材的尺寸不改变。当细胞壁内吸着水排出时，木材的尺寸随着减小。对于多数木材，当含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的降低而发生的收缩现象叫干缩。 木材之所以发生干缩是由于木材干燥时水分向外蒸发，细胞壁纤维之间的吸着水减少，水层减薄，纤维之间互相靠拢致使细胞壁以至整个木材尺寸缩小。木材干缩不是发生在木材干燥的整个过程。当含水率在纤维饱和点以上时，自由水蒸发，木材尺寸无变化。而只是在纤维饱和点以下，即自由水蒸发完毕，吸着水开始蒸发时木材才发生收缩。在纤维饱和点以下，木材干缩随含水率减少而增大。当含水率达到零时，干缩也达到最大。我们把木材干缩前后的尺寸差值与干燥前生材尺寸的比PG PG电子 APP值的百分数称为干缩率。把木材纤维饱和点以下，含水率每减少1%所引起的干缩率称干缩系数。 干缩系数是衡量木材干缩大小的重要参数。干缩系数越大则干燥时收缩越大，反之则越小。不同树种的木材干缩系数是不同的。同一树种各个方向的干缩系数也是不同的。一般来说，纵向干缩率极小，平均为0.1-0.3%,在应用上可以忽略不计。弦向干缩率最大，约6-12%。径向干缩率为弦向干缩率的1/3-1/2。由于木材在干燥后会发生干缩，所以湿板尺寸必须留有干缩余量才能保证干板有足够的尺寸。 木材干燥的内应力及其产生原因 在外力作用下木材断面上出现的应力叫外应力，而在没有外力作用下木材内部的应力叫内应力。木材在没有任何外力的作用下会发生开裂变形就证实了木材内部确有内应力存在。例如木材的开裂就是由于木材内部的拉应力超过了木材的抗拉强度极限而使木材组织受到破坏而引起的。 刚砍伐下来的湿木材的内部水分分布均匀，没有含水率梯度，也不存在内应力。但是木材在大气中自然干燥，就会发生不均匀的干缩而产生内应力。例如木材表面水分蒸发得快，其含水率首先降到纤维饱和点以下，表面开始干缩。但是内层含水率仍在纤维饱和点以上，不发生干缩，这样外层要收缩，内层不收缩就产生了外部受拉、内部受压的内应力。木材的弦向干缩与径向干缩不同造成的差异干缩也会发生内应力。 干燥过程中木材产生内应力的原因是由于在纤维饱和点以下木材细胞腔和细胞壁的变形而引起的。干燥过程中，木材产生弯曲、开裂等缺陷是内应力存在的具体表现。 木材的内应力是由于木材内部含水率不均匀以及由此而引起的不均匀干缩所造成的。木材由于含水率分布不均匀会引起暂时的应力和变形，等到含水率均匀后应力与变形也随着消失，这种应力叫做含水率应力或弹性应力，这种变形叫做含水率变形或弹性变形。木材除了有弹性以外，还有塑性。在含水率应力与变形的继续期间，由于热湿空气的作用，木材外层或内层会发生塑性变形。在含水率分布均匀之后，塑性变形的部分会固定下来，不能恢复原来的尺寸，也不能减少到应当干缩的尺寸，并且保持一部分应力，这种变形叫残余变形，这种应力叫残余应力。 木材内部的含水率应力和残余应力之和等于木材的全应力。 在木材干燥过程中影响木材干燥质量的是全应力。在干燥过程结束后，继续影响木材质量的是残余应力，为了保证木材质量，两种应力都是越小越好。 不同干燥阶段的木材内应力 木材干燥过程中的内应力变化可分为四个阶段。(图1-3) 干燥刚开始阶段 这时木材还未产生应力，木材内部各部分的含水率都在纤维饱和点以上，如果从材料的中间截取试验片，试验片锯成梳齿形，每个齿的高度和锯开之前原来的尺寸一样，如果把试验片剖成两个半片，每片都保持直形状，这表明，木材内不存在含水率应力，也没有残余应力。 干燥初期阶段 在这个阶段，木材表层的自由水已蒸发完毕，而开始排出吸着水并开始干缩，但木材内部 水分移动远远跟不上表面水分的蒸发，内层的含水率仍高于纤维饱和点，因此外部已干缩，而内部不干缩，内层受到外层的压缩，表层受到拉伸。就象一个橡胶圈拉伸后紧套在一个木棍上，橡胶圈要收缩，而木棍不收缩，必然造成橡胶圈伸长，而木棍受橡胶圈的压缩。 所以，木材干燥初期阶段的内应力是外层受拉应力，内层受压应力，如果这时在木料中间截取试验片并刻成梳齿形，可以看到表面几层齿由于干缩尺寸减少，内部各层的齿仍保持干燥前的尺寸而没有发生干缩。如果把从木料上锯下的试验片剖成两片，刚刚剖开后它们各自向外弯曲，说明外部尺寸比内部短。如果把这两片放入恒温箱内或放在通风处使含水率降低并变均匀，由于木材的塑性使木材一产生内应力就同时出现塑性变形，原来在表面的木材已经在一定程度上塑化固定，而原来靠内层的木材在含水率降低时，还可以自由干缩，因此两半片的含水率降低并分布均匀后，两片的形状就转化成和原来的相反，由向外弯变为向内弯。 这种应力在干燥中是允许存在的，因为木材内部水分的移动要借助于含水率的梯度，而含水率梯度必然造成内应力，但是这种应力不宜过大，时间不应过长，否则会引起木材表面开裂。 在这个阶段既要利用含水率梯度，又不能使木材的应力过大，这就需要采取定期的喷蒸处理，并维持一段时间的高湿度来提高木材表层的含水率，使已固定的塑性变形部分重新软化并可以收缩，从而消除或减小表层的拉应力及内层的压应力。 总的来说，干燥初期阶段是干燥过程中注意防止表裂的阶段，是含水率下降较快的阶段。 干燥中期阶段 在这个阶段，木材内部的含水率已低于纤维饱和点。如果在上阶段没有进行喷蒸处理，则外层木材早已失去正常的干缩条件，而固定于伸张状态，这时尽管内部含水率还高于外层的含水率，但是内部木材干缩的程度就象外层木材的塑化固定以前所产生的不完全干缩，内部尺寸与外层尺寸暂时平衡，因此木材的内应力也暂时处平衡状态。这时如果把试验片锯成梳齿状，各个齿的长度暂时是一样的，但在放置以后含水率下降，试验片内层的一些齿会因干缩而变短。 如果把试验片剖为两片，两片在当时会保持平直，但在含水率降低并分布均匀后，内边的木材由于干缩而变短，使两片向内弯曲。这说明在这个阶段内尽管暂时观察不到木材中的应力，但在干燥终了后，木材内的残余应力仍将表现出来。 在这个阶段，木材内部水分向表面移动的距离更长，木材干燥更加困难更缓慢。 如果外层干燥过快，内部水分不能及时移到表层，会造成外部很干内部很湿的、所谓“ 湿心”，表层由于含水率极低又处于固定的拉伸应变状态，成为一层硬壳，它不仅使木材内部水分难以通过木材表面进入空气，而且还影响内部木材的干缩，这种现象称为“表面硬化”。如不及时解除表面硬化，则干燥难以继续进行并将导致严重的干燥缺陷，因此在这一干燥阶段必须采用喷蒸处理，用高温高湿空气把已塑化固定的木材表面重新吸湿软化来解除表面硬化。 干燥终了阶段 这时木材含水率沿着木材断面各层已分布得相当均匀，由内到外的含水率梯度较小，如果在上个阶段没有进行喷蒸处理，由于外层木材塑化变形的固定并早已停止收缩，而内层木材随着吸着水的排除应当干缩，这样内层木材的收缩受到外层木材的限制，就产生了内层受拉伸，外层受压缩的应力，这个内应力的情形和干燥初期正好相反，这时如果把试验片锯成梳齿形，试验片中间的一些齿脱离了外层的束缚后得到自由干缩，它们的尺寸比外层短些。 如果把试验片剖为两片，刚剖开时两片向内弯曲，说明内边尺寸比外边短，内部受拉，外部受压，当它们的含水率降低并分布均匀后两片向内弯曲的程度更大，说明存在相当大的残余应力。 这个阶段的含水率梯度虽然不大，但是随着干燥的继续进行，内应力随之增加，如不及时消除，当内应力超过木材的强度极限时就会出现内裂，即木材内层的拉应力超过内层的抗拉强度极限使内层木材破坏，内裂的木材将失去使用价值，造成严重浪费，因此这阶段的应力非常危险，要及时消除。 通常采用的方法仍是喷蒸处理，使表层木材在窑内高温高湿空气的作用下重新湿润软化并得到补充的干缩，从而使表层木材能与内层木材一起收缩，减少了内层受拉，外层受压的应力，在整个木材干燥过程结束后，木材内部还可能有残余应力，为了消除这些残余应力，使木材在以后的加工和使用过程中不会发生变形、开裂等缺陷还必须进行一次喷蒸处理，才能保证最终的干燥质量。 总之，在木材干燥的过程中，各阶段都存在内应力，这是无法避免的，它是造成各种干燥缺陷的原因，因 此，为了保证干燥质量应随时掌握木材内应力的变化情况并采用有效措施使之降到安全程度。 木材各向异性引起的应力变形 实际上，木材是各向异性体。干燥时，除含水率梯度会引起应力外，因径弦向干缩不一致，也会引起应力，这就是附加应力。它的大小只与木材断面上年轮分布有关，和含水率梯度无关。一般来说，径切板几乎不产生附加应力，因为虽然径切板的径向干缩与弦向干缩也不同，但在木料厚度的不同层次上不会引起不均匀变形。而弦切板正面(距髓心较远的材面)接近于弦向，它干缩大小接近径向的背面(距髓心较近的材面)，结果板子向正面翘曲(图1-4，a)，如果板材受外加载荷(如材堆重量和顶部压块)作用，则板材会产生附加应力，板材正面为拉应力，背面为压应力，板材正面的这种拉应力与木材含水率不均匀引起的拉应力相叠加，这样弦切板的正面受的拉应力更大，很容易超过木材的横纹抗拉强度而引起表面开裂。 在干燥原木或带髓心的方材时，因圆周方向(弦向)的干缩大于径向干缩，结果在表层区域产生附加拉应力，在中心区域产生附加压应力(这种应力与含水率应力无关)，在干燥过程第一阶段，表层的这种附加拉应力与含水率不均匀引起的拉应力相叠加，超过木材横纹抗拉强度时，就会引起径裂(图1-4，b)。所以干燥原木或大髓心方材时要特别小心。 木材干燥的基本原理 通过上面介绍我们已经知道木材中的水分主要由两种水分组成，也就是自由水和吸着水。存在于由细胞腔组成的大毛细管系统内的水分叫做自由水，它的增加或减少只影响木材的重量，而不影响木材的性质;存在于细胞壁组成的微毛细管系统内的水分叫做吸着水，它的变化，不仅使木材产生收缩和膨胀，而且也将影响木材的其它物理力学性质。 木材干燥的目的就是要排除木材中的自由水和吸着水，以适应不同的用途和质量要求。木材干燥的方法虽然有多种，但基本原理是相同的，即利用沿木材厚度上的含水率梯度，以及木材在加热后形成的内部大、外部小的水蒸汽分压力差，促使木材中的水分以液态和汽态两种形式连续地由内部向外部移动，并通过木材表面向外蒸发;内部的水分移动强度应与表面的水分蒸发强度协调一致，使木材由表及里均衡地变干。 以常规干燥中的蒸汽干燥为例，它的干燥过程是:先使高温度(100?以下)和高湿度(饱和或接近饱和)的湿空气在循环流动中不断地穿过材堆，对木材预热。当木材及其水分被加热到一定程度后，按干燥基准的规定，降低介质的温度和相对湿度，迫使木材中的水分从表面蒸发，这是干燥的开始阶段。然后按照干燥基准规定的程序，逐步提高介质的温度及降低相对湿度，使木材中水分的蒸发面逐渐移向内部，直到干燥结束。在干燥过程中，应注意要消除或减轻干燥内应力、开裂和变形的发生，不降低木材的物理力学性质，以保证干燥质量。 材干燥的基本原则 木材干燥的基本原则是在保证干燥质量的前提下提高干燥速度，节约能源消耗，降低干燥费用。干燥质量是指:必须使木材的含水率及干燥均匀度能满足加工工艺的要求;还必须保证木材的完整性、不发生工艺规范所不容许的缺陷，不削弱木材及其制品所应有的性质。干燥速度是指:在单位时间内木材含水率降低的程度。干燥速度快，所需要的干燥设备与投资越少，生产率也就越高，干燥费用越少。 生产上选用干燥设备时，应根据木材的树种、规格、数量、用途和生产单位的现实条件等。对于现代化木材干燥窑的要求在工艺上能保证干燥介质的温度、湿度和气流速度，堆装的成材所受到的外部条件基本相同，以达到均匀干燥的目的。 木材干燥的基本原理是什么, 发布日期 :11-04-07 木材中的水分主要有自由水和吸着水两种。 存在于由细胞腔组成的大毛细管系统内的水分叫做自 由水，它的增减只影响木材的重量，而不影响木材的性质;存在于细胞壁组成的微毛细管系统内的水 分叫做吸着水，它的变化，不仅能使木材产生收缩和膨胀，而且也将影响木材的其他物理力学性质。 木材干燥就是要排除木材中的自由水和吸着水，以适应不同的用途和质量要求。干燥木材的方法 虽然有多种， 但基本原理是共同的， 即利用沿木材厚度上的含水率梯度， 以及在加热后形成的内部大、 外部小的水蒸汽分 压力差，促使水分以液态和汽态两种形式连续地由内部向外部移动，并通过木材表 面向外界蒸发; 内部的水分移动强度应与表面的水分蒸发强度协调一致， 使木材由表及里均衡地变干。 传统的蒸汽干燥室，它的干燥过程是:先使高温度(100?以下)和高温度(饱和或接近饱和) 的湿空气在循环流动中不断地穿过材堆，对木材预热。当木材及其水分被加热到一定程度后，按干燥 基准的规定，降低介质的温度和相对湿度，迫使木材中的水分从表面蒸发，这是干燥开始。然后按照 干燥基准规定的程序，逐步提高介质的温度及降低相对湿度，使木材中水分的蒸发面逐渐移向内部， 直到干燥结束。在干燥过程中，应能消除或减轻内应力、开裂和变形，不降低木材的物理力学性质， 以保证干燥质量。 什么叫干球温度,什么叫湿球温度, 发布日期 :11-04-07 在木材干燥生产中，经常需要测定空气的相对湿度，简称湿度。测定空气湿度的仪器是湿度计。 通常采用的湿度计是由两支经校正的温度计组成的。一支温度计的水银球外而包着纱布，纱布下 面浸在清洁水里，另一支温度计的水银球不包沙布。水银球包着湿纱布的温度计叫做湿球温度计，用 它测得的温度叫做湿球温度，用 t 湿表示;水银球没有包纱布的温度计叫做干球温度计，用它测得的 温度叫做干球温度用 t 干表球。 当空气湿度较小时，包在湿球外的纱布中所含的水分要向空气中蒸发。水分蒸发时从湿球吸取热 量，使得湿球温度小于干球温度，也就是小于空气的温度。干球温度和温球温度之间的差值，叫做湿 度计差，或称干、湿球温度差，因其关系到蒸发能力，所以也可把湿度计差的数值 干燥势，即: ε=t 干-t 湿 空气越干、 湿度计差的数值越大， 空气容纳水蒸汽的能力越强， 湿木料中的水分蒸发越快。 反之， 空气越湿、湿度计差的数值越小，空气容纳水蒸汽的能力越弱，湿木料中的水分蒸发的就越慢。当空 气完全被水蒸汽所饱和时，湿度 φ=100%，干球温度和湿球温度相等，湿度计差的数值为零，此时， 湿木料中的水分停止蒸发或空气和木材表面水蒸汽处于动平衡状态。 在木材干燥生产中，空气的湿度数值可在根据干球温度 t 干和湿度计差两个数值制定的湿度表上 查得(附录 3，4) 。 示例:在强制循环干燥室内，湿度计上的两个读数分别为 t 干=76?，t 湿=72?，确定此状态下 空气的相对湿度。 解:先计算出湿度计差: ε=t 干-t 湿=76-72=4(?) 根据湿度计差为 4?，干球温度 t 干=76?，在附录 3 中可查得此时空气湿度，即: φ=83% 什么叫木材的含水率, 发布日期 :11-04-07 木材中水分的含量，叫做含水率，或称含水量。用水分的重量对木材的重量之比的百分率(%) 表示。 木材的含水率有二种表示方式: 第一种叫绝对含水率，或称含水率。用全干木材的重量作为计算基础，用字母 W 表示，其计算 公式为: W=(湿材重量-全干材重量)/全干材重量*100% 第二种叫相对含水率，是用湿材重量作为计算基础的，用符号 W0 表示，计算公式为: W0=(湿材重量-全干材重量)/湿材重量*100% 在木材干燥生产中，广泛采用的是绝对含水率(简称含水率) 。 什么叫自由水,什么叫吸着水, 发布日期 :11-04-07 木材中的毛细管系统有两大类，即大细管系统和微毛细管系统。木材中的水分就存在于这些毛细 管系统之中。 由细胞腔组成的大毛细管系统，对水分的束缚力很小以至无束缚力，水分能够从大毛细管系统的 断面自由地蒸发出去。因此，把存在于大毛细管系统内的水分，叫做自由水。自由水的增减，只能影 响木材的重量、保存和燃烧能力，而不影响木材的性质。 由互相通连的细胞壁构成的微毛细管系统，对水分有程度不同的束缚力，若要使微毛细管系统内 的水分向空中蒸发，必须把空气的湿度降低到一定的程度;或者在加热条件下加速水分的运动，才能 克服微毛细管的束缚力， 向空气中蒸发。 同时， 微毛细管系统不但在一定的条件下向空气中蒸发水分， 而且也能够吸收空气中的水分。因此，把存在于微毛细管系统 内的水分，叫做吸着水。吸着水的增减 变化，不仅使木材发生膨胀和收缩，而且也影响到木材的其它物理力学性质。 另外，木材中还有一种化合水，它存在于木材的化学成分中。化合水的数理很小，只有在化学加 工时，才有意义。 什么叫木材的纤维包和点, 发布日期 :11-04-07 吸着水存在于细胞壁内，而细胞壁能容纳水分的空间是有限的，也就是说吸着水的 数量有一定限度。在大气条件下，当自由水已蒸发干净，而吸着水还保持着最高量时的木材含水率， 叫做纤维饱和点，亦称吸湿极限，用 W 纤表示。 木材的纤维饱和点随树种与温度而异。就多种木材来说，在空气温度为 20?湿度为 100%时。纤 维饱和点的含水率 W 纤的平均值为 30%，变异范围为 23-33%。 纤维饱和点，随着温度的升高而变小。表 3-3 是木材在被水蒸汽饱和的空气内，纤维饱和点的变 化情况。 空气温度(?) 20 60 120 纤维饱和点(?) 30 26 18 从表 3-3 中可以看出，随着温度的升高，木材从饱和空气中吸湿的能力将降低。 木材的纤维饱和点这个概念，在干燥工艺中经常用到，应当记住。当木材的含水率在纤维饱和以 上时(W 纤,30%) ，木材不产生干缩;当木材含水率在纤维饱和点以下时(W 纤,30%) ，其干缩趋 势呈直线%，而相应的干缩系数的数值是不变的，只是随着 树种及弦、径向的不同而稍有差异。 另外，木材的纤维饱主和点与其导电性有关。全干木材是良好的绝缘体。湿木材是半导体。当含 水率由 0%增加到 30%左右时，木材的比电导加大达10 万倍以上;含水率从 30%增大到最高限度时， 比电导的加大不过 4 倍。 木材的平衡含水率 发布日期 :11-04-08 放置在大气中的湿木材，它的含水率将随着时间的延续而逐渐降低。当木材中的水分与大气中 的水分不再进行交换而达到平衡状态，即水分处于静止状态时，木材的含水率即是该温度、湿度条件 下的平衡含水率， 以 W 衡表示。 平衡含水率随着木材所处的空气状态的不同而变化。当空气的相对湿度升高时，平衡含水率也升 高;空气的相对湿度降低时，平衡含水率也降低;与上述情况相反，当空气温度升高时，将使平衡含 水率降低。这就是说，随着温度的升高，木材的吸湿性将会降低。 木材在由湿变干和由干变湿的过程中，在一定的空气状态下都逐渐地趋向于平衡含水率。在一般 的情况下， 由湿变干的含水率常常稍大于由干变湿的含水率。 这是由于木材的微毛细管系统内的空隙， 已有一部分被渗透进来的空气所占据，而防碍了木材对水分吸收的缘故。这个现 象叫做吸湿滞后或吸收滞后，用 ?W 表示。 图 3-2 木材平衡含水率图 单板、木屑、刨花等细小木料的吸收滞后的数值极小，可以忽略不计。 气干材的吸收滞后的数值不大，实际生产上可以不计。 室干成材的吸收滞后数值较大。干燥期间介质的温度越高，成材的吸收滞后越大。吸收滞后数值 的变异范围在 1-5%，平均值为 2.5%。 各种空气状态下的木材平衡含水率可在图 3-2 中查得。 木材平衡含水率，在实际生产上有一定的意义。某地区的木材在干燥时，一定要达到该地区的木 材平衡含水率范围。否则，将会影响木材制品的质量。 为什么木材各个方向的干缩程度不一样, 发布日期 :11-04-08 木材是各向异性的，其干缩情况也比较复杂。干缩情况不但随树种而不同，就是同一块木材，纵 向、弦向、径向的干缩也不一样，纵向干缩极小，弦向干缩最大，径向干缩约为弦向干缩的 1/3-1/2。 木材是由许许多多的长细胞组成的。在纤维的饱和点以下，当吸着水减小时，木材细胞长度上的干缩 不如截面的变细来的得大，所以纵向干缩 极小。 弦向干缩大于径向干缩的原因是: (1)木射线细胞在径向上是它的长度，在弦向上是它的端面，而木射线的横向干缩较纵向干缩 大; (2)木射线沿径向排列，牵制着其它纵行细胞的收缩，而弦向上就不受这种牵制作用; (3)有些细胞在干缩时，弦向受到压力而径向却微 有伸长; (4)木材径而细胞壁上的纹孔大而多，细胞壁的含量少，也就干缩小;而木材弦面细胞壁的纹 孔小而少，细胞壁的含量多，也就干缩大。 由于木材在各个方向上的干缩不同， 在使用木材时应引起重视， 纵向干缩 (沿着纤维方向的干缩) 极小，在工业生产上不考虑留有干燥余 量;由于一般成材大多都是弦面板，配料时必须留有足够的干缩余量。 在干燥过程中，由于木材在径向与弦向的干缩率不同，在同一含水率阶段二者的差别越大，木材 发生干裂的可能性也越大。若径向与弦向 的干缩率差别在干燥初期就比较大，木材将会发生表裂，在干燥中期与后期二者的差别还比较大时， 木材将易于产生内裂。为避免上述现象的 发生，在干燥工艺上就必须采取喷蒸处理(预热处理、中间处理、后期处理)的措施 干燥过程中产生干燥缺陷的5大原因 发布日期 :11-04-08 在木材干燥过程中会产生各种缺陷， 这些缺陷大多数是能够防止或减轻的。 变形大体上是由树种、 材料等级等因素而决定的;塌陷容易发 生在某些树种靠近髓心的径向材上;开裂在干燥初期出现的是端面开裂和表面开裂，干燥后期发生内 部开裂。表 4-1 列出了干燥过程中容易产生 的各种缺陷。 (1)初期开裂:干燥初期的开裂有两种，即端面开裂和表面开裂。端面开裂多数是制材前原木 的生长应力和干缩出现的裂纹。当干燥条件 恶劣时会发生的新的端裂，而且使原来的裂纹进一步扩展。表面开裂会从木材端面延伸到内部。厚度 2 厘米以下的板发生干燥初期的表面开裂较 厉害，厚度 1 厘米以下的板材几乎没有。表面开裂的原因是因为表层干燥后要收缩，但受到了内部的 约束。与其有关的因子是木材的干燥条件、 干缩率、水分移动的难易程度以及材料抵抗变形的能力等。在同一干燥条件下，木材的密度越大，越 容易产生开裂;弦向材宽度方向的干缩量 约是径向材的 2 倍，所以弦向材容易发生表面开裂。 干燥温度和表面开裂关系密切。在 0-5?的低温时容易发生开裂，其主要原因是温度低、水分扩 散系数小、含水率梯度大。所以冬季自然干 燥时，应尽量避免将易开裂的木材暴露在强烈的北风中。温度在 50?以上干燥木时，也容易发生表 面开裂。对容易发生细胞塌陷的树种，用 60 -75?进行缓慢干燥，若干湿球温度差急剧增大，容易发生表面开裂。在一定的温度条件下，对细胞 塌陷小，但容易开裂的木材干燥时，温度高 ，容易开裂。因此就该选择适合的干燥条件，防止木材发生初期开裂。 (2)塌陷:所谓塌陷主要指因细胞的极端变形使木材出现了异常变形，它是由于细胞腔产生了 因水分的变化引起的拉力与压应力的原因。 一般含水率高的木材，干燥初期若温度过高时容易发生塌陷。根据树种不同，塌陷集中的部分会出现 板面的凸凹不平现象。为了避免产生这种 缺陷，对于塌陷大的树种，可经过一段时间的气干或用低温进行干燥。 (3)内部开裂:干燥厚度 1 厘米以下的薄板或用气干的方法，几乎不会发生内部开裂。内部开 裂是表面开裂向内发展之后，表面开裂闭合 而形成的，也有表面没有裂纹只在内部发生开裂的情况。 弦向材的内裂发生在干燥末期，是因为内层沿宽度方向收缩比表面大的原因。内部开裂与干燥温 度的关系很大。一般干燥初期温度较低 (50?左右) ，表层细胞发生塌陷困难。但是，木材内层在含水率高的状态下长期受热，随着干燥的 进行，干燥温度逐渐地上升，细胞塌陷也 就加大。所以大多数厚板因内部受热时间的加长，而容易发生内部开裂。另外，如果干燥初期干湿球 温差大，表层张应力就大，再加上内部细 胞如果有塌陷，也容易产生内部开裂。 (4)变形:木材的变形主要有横弯、纵弯、扭曲和翘曲等几种，主要原因是各部位的收缩 不同、不同组织间(如木射线与纤维素、心 边材)的收缩差及其局部塌陷而引起的。 (5)变色:木材经干燥后都不同程度地会发生变色现象，有的比较严重。变色有两种:一种是 由于变色菌、腐朽菌的繁殖而发生了变色; 一种是由于木材中含有的成分在湿热状态下酸化而造成的变色。 用高温干燥含水率高的木材时往往会 使木材的颜色加深或变暗;有时也会因喷 蒸处理时湿度过大或干燥室长期未清扫而使木材表面变黑。
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