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南京榮耀木材干燥設備公司
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木材為什么要干燥

生木材中含有大量的水份,其數量約占全干木材重量的30%~200%。將這些水份除去的過程叫做木材干燥。

未干木材很容易受真菌感染而長霉、變色和腐朽,也易受昆蟲侵害。如將未干透的木材做成木制品,則該木制品會在使用過程中繼續緩慢變干而發生收縮、變形甚至開裂,并出現榫頭松動和拼板裂縫等缺陷。因此,木材必須經過干燥才能加工、使用。

總的說來,經過干燥的木材有以下優點:

⑴提高尺寸穩定性只要將木材干燥到使用含水率范圍內,木材含水率便趨于穩定,木材就不會發生收縮和變形。

⑵提高耐久性能當木材的含水率降到20%以下時,真菌便不能在木材中生長繁殖,也可避免大部份昆蟲的侵害。木材人工干燥還起殺菌消毒的作用,從而可避免木材的生物破壞,延長其使用壽命。

⑶提高物理力學性能經過干燥的木材,結構更加緊密,故機械強度提高了。此外,木材的彈性、絕緣性、保溫性和聲學性能等也都顯著提高。

⑷提高加工性能干木材的表面加工光潔度高;榫接合和膠合強度高;對連接螺釘和鐵釘的握釘力強;不會腐蝕金屬連接件;表面油漆性能也較好。

⑸可減輕運輸重量鋸材長途運輸,必須將其干燥到含水率20%以下,這一方面是為了防止木材在運輸過程中發生長霉、變色和腐朽,同時也可減輕運輸重量。

因此,木材干燥是木材加工過程中的一個重要環節,是確保木制品質量和延長木制品使用壽命的先決條件。(翁文增)

木材干燥有什么要求

不管用哪種方法干燥木材,總的原則都是在保證干燥質量的前提下,盡量縮短干燥時間,以提高產量、降低能耗、降低干燥成本。如經驗不足,應以確保干燥質量為主,然后再總結經驗,修改基準,縮短干燥時間。

木材干燥質量以國家標準GB/T 6491-1999《鋸材干燥質量》為檢驗依據,包括終含水率及其分布均勻度;沿木板厚度上的含水率偏差;干燥應力指標;彎曲、開裂等可見干燥缺陷;以及外觀質量如皺縮、炭化和變色等。必須符合標準規定的要求,并使等級品率達到96%以上。

至于干燥時間,還沒有統一的標準。干燥時間除了與木材的樹種、厚度,初含水率等內在因素有關外,還與干燥方法、干燥設備、干燥工藝、干燥質量要求和干燥過程操作等有關。對于常規蒸汽干燥,可參考《木材干燥》教科書的《木材干燥時間定額》,也可根據干燥條件,用經驗公式推算理論的干燥時間作為判斷實際干燥時間是否合理的參考。企業也可根據實踐經驗的總結,制訂適合自身條件的《木材干燥時間定額》,作為質量管理的依據。由于該項內容篇幅較長,又理論計算比較繁瑣,在生產上極少應用,有興趣的可參考相關資料。(翁文增)

如何控制和防止木材發生開裂

    木材開裂有端裂、表裂和內裂三種狀況,分別討論如下:

    ⑴端裂(劈裂或縱裂)木料端頭由于水份蒸發較快而先干燥,當端頭水份低于纖維飽和點時,端頭細胞便開始收縮,當其干縮應力達到木材的強度極限時,便發生端裂,即在髓心處或粗木射線處或沿外板面發生縱向裂口。含髓心的木板沿髓心發生端裂幾乎是不可避免的,因為髓心是射線薄壁細胞最集中的地方,橫向抗拉強度極低。木射線粗的硬闊葉材厚板也較容易發生端裂。對于數米長的毛邊板來說,端裂在10cm~15cm以內是允許的,因為加工時總要截去部分端頭。但對于整邊板或地板坯料,一般不允許端裂。

    防止端裂可以采取以下措施:①如允許,最好將厚板改剖成薄板或小方材進行干燥最合理,可以有效防止端裂和其它干燥缺陷。②窯干前將已發生端裂部分截除,因為原有的端裂極易繼續延伸。③在沒有發生端裂的木板端頭涂刷石臘油或厚油漆,阻礙水份從端頭蒸發。④裝堆時,材堆端頭的隔條盡量靠近端頭壓緊并上下對齊。⑤裝窯時,材堆與材堆的端頭盡量緊挨著,防止氣流從材堆之間的空檔短路,以免端頭干燥過快。⑥對于容易發生端裂的硬闊葉材或厚板,盡量采用偏軟的干燥工藝,并注意及時進行調濕處理。

    ⑵表裂表裂是指鋸材的外表面(通常是弦切板的外切面)上沿木射線發生的縱向裂紋。它是由于干燥前期表面張應力過大引起的。當表面張應力由最大值逐漸遞減時,表面裂紋也開始逐漸縮小。若裂紋不太嚴重,到干燥的中、后期可完全閉合,乃至肉眼不易察見。輕度的表裂對質量影響不大。但在加工為成品后油漆時,裂紋處會滲入油漆而留下痕跡,影響美觀。對于承受剪切力的構件,可能會降低順紋抗剪強度。窯干時若過早發生表裂,將會影響窯干過程的正確實施,并可能發展成明顯的干燥缺陷。故干燥前期應盡量避免發生表裂,保持木材的完整性。防止表裂的辦法是前期基準不能太硬,并注意控制干燥應力的發展。應在初含水率大約減少1/3時進行中間調濕處理,因為這時表面張應力可能達到最大值。對于厚板或硬闊葉材,中間處理應進行多次,可在含水率每降低10%左右或每隔2~3天處理一次,以消除表層張應力。

    ⑶內裂(蜂窩裂)木材內裂發生在木材內部,沿木射線裂開,如蜂窩狀,也叫蜂窩裂。外表無開裂痕跡,只有鋸斷才能發現。但通常伴隨有外表不平坦或明顯皺縮,或炭化,或重量變輕等。這是明顯的干燥過度的特征。內裂一般發生于干燥后期,是由于表面硬化較嚴重,后期干燥條件又較劇烈,使內部張應力過大引起的。厚度較大的鋸材,尤其是基本密度大的、木射線粗的、或木質較硬的樹種,如櫟木、水曲柳、柯木、栲木、楓香、柳安等硬闊葉樹材,都較易發生內裂。內裂是一種嚴重的干燥缺陷,對木材的強度、材質、加工及產品質量都有極其不利的影響,一般不允許發生。防止的辦法是在窯干的中、后期及時進行中間處理,以解除表面硬化。對于厚度較大的鋸材,尤其是硬闊葉樹材,后期干燥溫度不能太高。(翁文增)

如何提高木材干燥均勻度

    木材干燥均勻度是指窯內材堆各部位的木材干燥終含水率差異的程度,可在窯內裝堆區的上、中、下、左、中、右、前、中、后部位抽取27塊檢驗板,分別測定其終含水率,應全部達到要求的終含水率范圍,如8%~12%,如有個別超出此范圍,須用均方差檢驗是否符合《標準》的要求。

    與干燥均勻度相關的還有沿木板厚度的含水率偏差,可對上述抽樣的檢驗板,分別測定其表層和芯層含水率,看是否符合《標準》的要求。

    影響木材干燥均勻度的因子有①干燥窯的干燥均勻性,包括風速分布是否均勻,通過材堆的氣流速度是否達到1.5m/s~3m/s,氣流穿過材堆的路徑長短,風壓是否足以克服沿程阻力,是否采用可逆風機并設定定時正反轉,溫度場和濕度場分布是否均勻等。②木材初含水率的均勻性〔要求同一窯被干木料必須樹種相同、厚度相同、初含水率基本相同〕。③裝堆、裝窯是否合理,要求材堆的迎風面必須裝滿,盡量不留空檔,以防止氣流短路。

    為了提高干燥均勻度,窯干操作必須根據具體情況,適當進行“平衡處理”,即在達到終含水率要求之后,將干、濕球溫度差調為10℃左右,干球溫度仍為最后階段的干球溫度,保持的時間約為4h~8h/cm厚,視干燥窯的干燥均勻性和木材初含水率的均勻性等條件而定。在該條件下含水率較低的木材會減緩或停止干燥,而含水率尚未達到要求的木材仍繼續干燥,使終含水率逐漸趨于均勻。

    如若干燥比較均勻,可不進行平衡處理。(翁文增)

如何控制木材干燥應力

    干燥應力是由于木板的表層和內層失水而干縮的不同步而引起的內應力。

    在干燥的前期階段,木材表層先干燥到纖維飽和點(細胞腔中的自由水蒸發完畢,細胞壁的結合水仍處于飽和狀態時的含水率)以下,已蒸發細胞壁中的結和水,使表層細胞壁發生收縮。而這時內層含水率仍處在纖維飽和點以上,細胞壁處于飽和狀態而未收縮。這樣,表層細胞受到內層細胞的牽制而產生張應力,內層則產生壓應力。當表層張應力發展到木材的強度極限時,木材便會發生表裂。如若表層張應力未達到強度極限,表裂未發生,但當表層張應力持續時間較長時,表層便會在拉伸狀態下發生一定程度的“塑性變定”而固定下來,形成一層“硬殼”,稱之為“表面硬化”。如果表面硬化沒有及時解除,接下來的干燥使內層的含水率降到纖維飽和點以下,內層便發生收縮。已發生表面硬化的表層反過來牽制內層的收縮,使內層出現張應力,表層出現壓應力。若內層的張應力發展到木材的強度極限,木材便發生內裂。即使內裂未發生,當內、外層含水率均勻后,該應力仍會殘留下來,稱為“殘余應力”。殘余應力若不解除,會使木材在加工過程中發生變形。因此,它是一種干燥缺陷?!稑藴省芬幎ㄒ?、二級材的殘余應力指標分別不應超過2.5%和3.5%。

    干燥應力的發生和發展與樹種、厚度、含水率階段及干燥基準的軟硬程度等因子有關。雖然軟基準的緩慢干燥能緩和干燥應力,但延長干燥時間會降低生產率和增加干燥成本。因此,采用軟基準來緩和干燥應力是片面的。

    通常采用調濕處理的方法來消除干燥應力:

    在常規干燥條件下,當含水率干燥掉大約1/3左右時,表層張應力有可能接近或達到最大值,這時應進行中間處理(調濕處理),即將干、濕球溫度差調到3℃,干球溫度不變或略升高,維持時間為針葉材1~1.5h/cm厚度,闊葉材1.5~2h/cm厚度。處理期間木材不干燥或略有吸濕,以提高塑性,消除干燥應力或消除表面硬化。厚板或硬闊葉材中間處理應進行多次??稍诤拭拷档?0%,或每隔2~3天處理一次。

    在窯干結束之前,即在干燥的最后階段或平衡處理階段結束之后,應進行終了處理,以消除殘余應力。終了處理的條件依然是干、濕球溫度差3℃,干球溫度不變,維持時間也與中間處理相同,或略有延長。

    實踐中應通過檢驗應力指標來對處理效果進行總結,以修正和完善調濕處理工藝。(翁文增)

如何控制木材干燥變形

    木材是干縮各向異性的非均質材料。其弦向(沿年輪方向)干縮率最大,約為8%~12%。徑向(沿半徑方向)干縮只接近于弦向干縮的1/2~1/3。而縱向干縮率最小,只有0.1%~0.3%,可忽略不計。不同的樹種,干縮率略有差異。

    木材含水率降到纖維飽和點以下時,細胞開始收縮,直至水分蒸發完畢。在這過程中,由于木材干縮的各向異性,便根據紋理構造的不同,導致不同形狀的變形。如弦切板,年輪切面上的年輪長度比年輪弦面上的年輪長度長,即年輪切面的干縮量比年輪弦面大,干縮的結果便使木板向年輪切面方向起翹成瓦形。又如年輪傾鈄的方木,弦向方向的對角線干縮比徑向方向對角線大,干縮結果便變成菱形。而徑切板因年輪與板面垂直,兩板面干縮量相等,故干縮結果不變形。在縱向方向上,若縱向紋理傾鈄,干縮結果會導致縱彎和翹曲等變形。因此,木材若自由變干,其干縮變形是不可避免的,變形的形狀根據紋理決定,這是木材的固有性質。

    然而,由于木材是彈性-塑性材料,我們可以通過人工干燥時的合理裝堆,來控制和克服木材的干燥變形。合理裝堆在于確保木板保持平整的形狀,并施加一定的壓力。在窯干過程中,木材干縮本欲變形,但在窯內溫、濕度的作用下,使其塑性提高,又有材堆夾持的壓力,木材便以夾持的形狀固定下來。

    可以認為:合理裝堆是控制木材干燥變形的主要手段,但對于紋理扭曲嚴重或節疤較多、紋理雜亂的木材,即使有合理裝堆,也不能完全確保木材不變形,因為材堆中夾持木板的隔條總需要保持一定的間距。

    劇烈的干燥工藝對于木材干燥變形也有一定程度的不利影響,但可通過適當縮短隔條間距和增加堆頂壓力來克服。

    至于合理裝堆的方法和要求,一般在干燥窯使用說明書和木材干燥教科書中都有詳細介紹,這里就不贅述了。(翁文增)

 

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