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    木材知識

    為什么要烘干木材?木材烘干方法技術有哪些?

    來源:http://www.aids2008.com/ ? 作者:木材加工廠 ? 時間:2018-06-04 10:36

    問:1、什么叫木材干燥?
    答:木材中含有一定數量的水分。木材中水分的多少隨著樹種、樹齡和砍伐季節而異。為了保證木材與木制品的質量和延長使用壽命,必須采取適當的措施使木材中的水分(含水率)降低到一定的程度。要降低木材的含水率,須提高木材的溫度,使木材中的水分蒸發和向外移動,在一定流動速度的空氣中,使水分迅速地離開木材,達到干燥的目的。為了保證被干木材的質量,還必須控制干燥介質(如目前通常采用的濕空氣)的濕度,以獲得快速高質量地干燥木材的效果,這個過程叫做木材干燥。由于上述方法是利用對流傳熱方式,從木材的外部外熱干燥的方法,所以,又稱為對流干燥。
      概括地說木材干燥就是水分以蒸發或汽化的方式由木材中排出的過程。

    問:2、木材干燥的意義有哪些?
    答:木材具有較小的密度和較大的強度(品質系數較高),耐酸堿腐蝕,絕緣性能較好,易于切削,紋理和色澤美麗等優良性質。在建筑、機械、車輛、船舶、紡織、農具、家具、樂器、航空等國民經濟的各部分都需要使用大量的木材。但是,用未經干燥的木材制成的產品不能保證質量的,所以必須對木材進行干燥處理。
    木材經過干燥處理以后,可以取得以下幾方面的效果。
     ?。?)提高木材和木制品使用的穩定性。木材長期暴露在空氣中會發生濕脹和干縮現象,而木材的不均勻的濕脹干縮,往往會引起木材開裂和變形,影響使用,造成浪費。若用濕的木材或沒有干燥好的木材制造產品(如門窗、地板、家具等)時,剛剛做好時好像不錯,可是經過一段時間后,隨著木材的變干就會發生門框歪斜、地板翹曲、接榫松脫或板面開裂等現象,造成很大的損失。生產單位若在使用前,將木材干燥到使用要求的含水率,就可以保證木制品結構的穩定性,使之外形美觀、經久耐用。
     ?。?)提高木材和木制零件的強度,當木材含水率低于纖維和飽和點時,木材的強度將隨著木材含水率的降低而提高。經過干燥后的木材,可以改善切削加工條件,提高木結構零件的強度、膠接強度與木制品的表面裝飾質量。木材的導熱性質與導電性質是隨著它的含水率的改變而改變的,要提高木材的保溫性與絕緣性,也需要用降低含水率的辦法來減小導熱性與導電性。
     ?。?)預防木材的貶質和腐朽。濕木材如果長時間堆放在露天空氣中,若不采取適當的措施,往往會發生腐朽或遭蟲害。當木材含水率降低到20%以下時,可大大減少菌類和害蟲的侵害與破壞。所以,一般在生產單位,把木材干燥到含水率8-15%左右。這樣不僅保證了木材的固有性質和強度,而且也提高了木材的抗腐蝕能力。
     ?。?)減輕木材的重量。新砍伐的木材,其含水量甚至超過了本身的重量,經過短期存放、自然干燥后,它的含水量仍然很高。木材經過室干后,其重量可減輕約30-50%,有利于提高車輛的運載能力。
    總之,經過干燥的木材,可以保證木材制品的質量,改善木材的使用性能,延長使用年限,從而節約了木材。多年來的實踐證明,木材干燥在生產上是不可缺少的過程,在科學上已成為專門的學科。

    問:3、什么叫室干法?有什么特點?
    答:木材在建筑結構(如磚混凝土結構或鋼筋混凝土結構)或金屬結構的干燥室內,人工控制和調節干燥介質(空氣、過熱蒸汽等)的溫度、濕度和氣流循環速度,利用對流等傳熱傳濕的作用,對木材進行干燥的方法,叫做室干法。
      利用干燥室對木材進行干燥處理是人工干燥的最基本的形式,也是目前國內外木材加工工業中應用最普遍的干燥木材的方法。這種干燥方法具有以下特點:
     ?。?)需要建造干燥室或較大的金屬結構設備,但占地面積比氣干場地少。
     ?。?)必須配置供熱和供電的設備。
     ?。?)干燥木材的生產周期短,容易保證木材加工全過程的連續性。
     ?。?)木村的干燥程度不受自然條件、地區、季節和樹種的限制,可根據要求獲得任何程度的最終含水率。
     ?。?)具有較成熟的干燥理論和工藝技術,能保證干燥質量。
     ?。?)干燥設備的結構并不太復雜,使用安全可靠,不管那種類型的木材干燥室,只要按設計要求建造和定期維修保養,一般均可使用15年以上。

    問:4、木材干燥的基本原則是什么?
    答:木材干燥的基本原則是在保證干燥質量的前提下提高干燥速度,節約能源消耗,降低干燥費用。干燥質量是指:必須使被干木材的含水率及干燥均勻度能滿足加工工藝的要求;還必須保持木材的完整性、不發生工藝規范所不容許的缺陷,不削弱木材及其制品所應有的性質。干燥速度是指:在單位時間內木材含水率降低的程度。干燥速度越快(或干燥周期越短),所需要的干燥設備與投資越少,生產率也就越高,干燥費用越少。
      生產上選用干燥設備時,應根據被干木材的樹種、規格、數量、用途和生產單位的現實條件等。對于現代化木材干燥室要求在工藝上能保證干燥介質的溫度、濕度和氣流速度、堆裝的被干成材所受到的外部條件基本相同,以達到均勻干燥的目的,在操作上要安全可靠、控制靈活、工人的勞動強度小。設備投資少、占地小、見效快,節約能源,同時還應盡可能地減少對周圍環境的污染。


    問:5、木材干燥的基本原理是什么?
    答:木材中的水分主要有自由水和吸著水兩種。存在于由細胞腔組成的大毛細管系統內的水分叫做自由水,它的增減只影響木材的重量,而不影響木材的性質;存在于細胞壁組成的微毛細管系統內的水分叫做吸著水,它的變化,不僅能使木材產生收縮和膨脹,而且也將影響木材的其他物理力學性質。
      木材干燥就是要排除木材中的自由水和吸著水,以適應不同的用途和質量要求。干燥木材的方法雖然有多種,但基本原理是共同的,即利用沿木材厚度上的含水率梯度,以及在加熱后形成的內部大、外部小的水蒸汽分壓力差,促使水分以液態和汽態兩種形式連續地由內部向外部移動,并通過木材表面向外界蒸發;內部的水分移動強度應與表面的水分蒸發強度協調一致,使木材由表及里均衡地變干。
      傳統的蒸汽干燥室,它的干燥過程是:先使高溫度(100℃以下)和高溫度(飽和或接近飽和)的濕空氣在循環流動中不斷地穿過材堆,對木材預熱。當木材及其水分被加熱到一定程度后,按干燥基準的規定,降低介質的溫度和相對濕度,迫使木材中的水分從表面蒸發,這是干燥開始。然后按照干燥基準規定的程序,逐步提高介質的溫度及降低相對濕度,使木材中水分的蒸發面逐漸移向內部,直到干燥結束。在干燥過程中,應能消除或減輕內應力、開裂和變形,不降低木材的物理力學性質,以保證干燥質量。


    問:6、什么叫干球溫度?什么叫濕球溫度?
    答:在木材干燥生產中,經常需要測定空氣的相對濕度,簡稱濕度。測定空氣濕度的儀器是濕度計。
      通常采用的濕度計是由兩支經校正的溫度計組成的。一支溫度計的水銀球外而包著紗布,紗布下面浸在清潔水里,另一支溫度計的水銀球不包沙布。水銀球包著濕紗布的溫度計叫做濕球溫度計,用它測得的溫度叫做濕球溫度,用t濕表示;水銀球沒有包紗布的溫度計叫做干球溫度計,用它測得的溫度叫做干球溫度用t干表球。
      當空氣濕度較小時,包在濕球外的紗布中所含的水分要向空氣中蒸發。水分蒸發時從濕球吸取熱量,使得濕球溫度小于干球溫度,也就是小于空氣的溫度。干球溫度和溫球溫度之間的差值,叫做濕度計差,或稱干、濕球溫度差,因其關系到蒸發能力,所以也可把濕度計差的數值干燥勢,即:
      ε=t干-t濕
      空氣越干、濕度計差的數值越大,空氣容納水蒸汽的能力越強,濕木料中的水分蒸發越快。反之,空氣越濕、濕度計差的數值越小,空氣容納水蒸汽的能力越弱,濕木料中的水分蒸發的就越慢。當空氣完全被水蒸汽所飽和時,濕度φ=100%,干球溫度和濕球溫度相等,濕度計差的數值為零,此時,濕木料中的水分停止蒸發或空氣和木材表面水蒸汽處于動平衡狀態。
      在木材干燥生產中,空氣的濕度數值可在根據干球溫度t干和濕度計差兩個數值制定的濕度表上查得(附錄3,4)。
      示例:在強制循環干燥室內,濕度計上的兩個讀數分別為t干=76℃,t濕=72℃,確定此狀態下空氣的相對濕度。
      解:先計算出濕度計差:
      ε=t干-t濕=76-72=4(℃)
      根據濕度計差為4℃,干球溫度t干=76℃,在附錄3中可查得此時空氣濕度,即:
      φ=83%


    問:7、什么叫木材的含水率?
    答:木材中水分的含量,叫做含水率,或稱含水量。用水分的重量對木材的重量之比的百分率(%)表示。
    木材的含水率有二種表示方式:
      第一種叫絕對含水率,或稱含水率。用全干木材的重量作為計算基礎,用字母W表示,其計算公式為:

      如用符號表示,計算公式是:

      第二種叫相對含水率,是用濕材重量作為計算基礎的,用符號W0表示,計算公式為:


      在木材干燥生產中,廣泛采用的是絕對含水率(簡稱含水率)。


    問:8、什么叫自由水?什么叫吸著水?
    答:木材中的毛細管系統有兩大類,即大細管系統和微毛細管系統。木材中的水分就存在于這些毛細管系統之中。
      由細胞腔組成的大毛細管系統,對水分的束縛力很小以至無束縛力,水分能夠從大毛細管系統的斷面自由地蒸發出去。因此,把存在于大毛細管系統內的水分,叫做自由水。自由水的增減,只能影響木材的重量、保存和燃燒能力,而不影響木材的性質。
      由互相通連的細胞壁構成的微毛細管系統,對水分有程度不同的束縛力,若要使微毛細管系統內的水分向空中蒸發,必須把空氣的濕度降低到一定的程度;或者在加熱條件下加速水分的運動,才能克服微毛細管的束縛力,向空氣中蒸發。同時,微毛細管系統不但在一定的條件下向空氣中蒸發水分,而且也能夠吸收空氣中的水分。因此,把存在于微毛細管系統內的水分,叫做吸著水。吸著水的增減變化,不僅使木材發生膨脹和收縮,而且也影響到木材的其它物理力學性質。
      另外,木材中還有一種化合水,它存在于木材的化學成分中?;纤臄道砗苄?,只有在化學加工時,才有意義。


    問:9、什么叫木材的纖維包和點?
    答:前面已講到,吸著水存在于細胞壁內,而細胞壁能容納水分的空間是有限的,也就是說吸著水的數量有一定限度。在大氣條件下,當自由水已蒸發干凈,而吸著水還保持著最高量時的木材含水率,叫做纖維飽和點,亦稱吸濕極限,用W纖表示。
      木材的纖維飽和點隨樹種與溫度而異。就多種木材來說,在空氣溫度為20℃濕度為100%時。纖維飽和點的含水率W纖的平均值為30%,變異范圍為23-33%。
      纖維飽和點,隨著溫度的升高而變小。表3-3是木材在被水蒸汽飽和的空氣內,纖維飽和點的變化情況。

      從表3-3中可以看出,隨著溫度的升高,木材從飽和空氣中吸濕的能力將降低。
      木材的纖維飽和點這個概念,在干燥工藝中經常用到,應當記住。當木材的含水率在纖維飽和以上時(W纖>30%),木材不產生干縮;當木材含水率在纖維飽和點以下時(W纖<30%),其干縮趨勢呈直線變化,即從含水率30%降低時,每減少1%,而相應的干縮系數的數值是不變的,只是隨著樹種及弦、徑向的不同而稍有差異。
      另外,木材的纖維飽主和點與其導電性有關。全干木材是良好的絕緣體。濕木材是半導體。當含水率由0%增加到30%左右時,木材的比電導加大達10萬倍以上;含水率從30%增大到最高限度時,比電導的加大不過4倍。

    問:10、什么叫木材的平衡含水率?
    答:放置在大氣中的濕木材,它的含水率將隨著時間的延續而逐漸降低。當木材中的水分與大氣中的水分不再進行交換而達到平衡狀態,即水分處于靜止狀態時,木材的含水率即是該溫度、濕度條件下的平衡含水率,以W衡表示。
      平衡含水率隨著木材所處的空氣狀態的不同而變化。當空氣的相對濕度升高時,平衡含水率也升高;空氣的相對濕度降低時,平衡含水率也降低;與上述情況相反,當空氣溫度升高時,將使平衡含水率降低。這就是說,隨著溫度的升高,木材的吸濕性將會降低。
      木材在由濕變干和由干變濕的過程中,在一定的空氣狀態下都逐漸地趨向于平衡含水率。在一般的情況下,由濕變干的含水率常常稍大于由干變濕的含水率。這是由于木材的微毛細管系統內的空隙,已有一部分被滲透進來的空氣所占據,而防礙了木材對水分吸收的緣故。這個現象叫做吸濕滯后或吸收滯后,用ΔW表示。
      圖3-2 木材平衡含水率圖
      單板、木屑、刨花等細小木料的吸收滯后的數值極小,可以忽略不計。
      氣干材的吸收滯后的數值不大,實際生產上可以不計。
      室干成材的吸收滯后數值較大。干燥期間介質的溫度越高,成材的吸收滯后越大。吸收滯后數值的變異范圍在1-5%,平均值為2.5%。
      各種空氣狀態下的木材平衡含水率可在圖3-2中查得。
      木材平衡含水率,在實際生產上有一定的意義。某地區的木材在干燥時,一定要達到該地區的木材平衡含水率范圍。否則,將會影響木材制品的質量。


    問:11、為什么木材各個方向的干縮程度不一樣?
    答:木材是各向異性的,其干縮情況也比較復雜。干縮情況不但隨樹種而不同,就是同一塊木材,縱向、弦向、徑向的干縮也不一樣,縱向干縮極小,弦向干縮最大,徑向干縮約為弦向干縮的1/3-1/2。
      木材是由許許多多的長細胞組成的。在纖維的飽和點以下,當吸著水減小時,木材細胞長度上的干縮不如截面的變細來的得大,所以縱向干縮極小。
      弦向干縮大于徑向干縮的原因是:
     ?。?)木射線細胞在徑向上是它的長度,在弦向上是它的端面,而木射線的橫向干縮較縱向干縮大;
     ?。?)木射線沿徑向排列,牽制著其它縱行細胞的收縮,而弦向上就不受這種牽制作用;
     ?。?)有些細胞在干縮時,弦向受到壓力而徑向卻微有伸長;
     ?。?)木材徑而細胞壁上的紋孔大而多,細胞壁的含量少,也就干縮??;而木材弦面細胞壁的紋孔小而少,細胞壁的含量多,也就干縮大。
      由于木材在各個方向上的干縮不同,在使用木材時應引起重視,縱向干縮(沿著纖維方向的干縮)極小,在工業生產上不考慮留有干燥余量;由于一般成材大多都是弦面板,配料時必須留有足夠的干縮余量。
      在干燥過程中,由于木材在徑向與弦向的干縮率不同,在同一含水率階段二者的差別越大,木材發生干裂的可能性也越大。若徑向與弦向的干縮率差別在干燥初期就比較大,木材將會發生表裂,在干燥中期與后期二者的差別還比較大時,木材將易于產生內裂。為避免上述現象的發生,在干燥工藝上就必須采取噴蒸處理(預熱處理、中間處理、后期處理)的措施。

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