木材干燥理論知識(shí)大全

1、什么叫木材干燥？
木材中含有一定數(shù)量的水分。木材中水分的多少隨著樹種、樹齡和砍伐季節(jié)而異。為了保證木材與木制品的質(zhì)量和延長使用壽命，采取適當(dāng)?shù)拇胧┦鼓静闹械乃郑ê剩┙档偷揭欢ǖ某潭取Ｒ档湍静牡暮?，須提高木材的溫度，使木材中的水分蒸發(fā)和向外移動(dòng)，在一定流動(dòng)速度的空氣中，使水分迅速地離開木材，達(dá)到干燥的目的。為了保證木材的質(zhì)量，還控制干燥介質(zhì)（如目前通常采用的濕空氣）的濕度，以獲得快速高質(zhì)量地干燥木材的效果，這個(gè)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。
2、木材干燥的意義有哪些？
木材具有較小的密度和較大的強(qiáng)度（品質(zhì)系數(shù)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(yōu)良性質(zhì)。在建筑、機(jī)械、車輛、船舶、紡織、農(nóng)具、家具、樂器、航空等國民經(jīng)濟(jì)的各部分都需要使用大量的木材。但是，用未經(jīng)干燥的木材制成的產(chǎn)品不能保證質(zhì)量的，所以對木材進(jìn)行干燥處理。
木材經(jīng)過干燥處理以后，可以取得以下幾方面的效果。
（1）提高木材和木制品使用的穩(wěn)定性。木材長期暴露在空氣中會(huì)發(fā)生濕脹和干縮現(xiàn)象，而木材的不均勻的濕脹干縮，往往會(huì)引起木材開裂和變形，影響使用，造成浪費(fèi)。若用濕的木材或沒有干燥好的木材制造產(chǎn)品（如門窗、地板、家具等）時(shí)，剛剛做好時(shí)好像不錯(cuò)，可是經(jīng)過一段時(shí)間后，隨著木材的變干就會(huì)發(fā)生門框歪斜、地板翹曲、接榫松脫或板面開裂等現(xiàn)象，造成很大的損失。生產(chǎn)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使之外形美觀、經(jīng)久耐用。
（2）提高木材和木制零件的強(qiáng)度，當(dāng)木材含水率低于纖維和飽和點(diǎn)時(shí)，木材的強(qiáng)度將隨著木材含水率的降低而提高。經(jīng)過干燥后的木材，可以切削加工條件，提高木結(jié)構(gòu)零件的強(qiáng)度、膠接強(qiáng)度與木制品的表面裝飾質(zhì)量。木材的導(dǎo)熱性質(zhì)與導(dǎo)電性質(zhì)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(dǎo)熱性與導(dǎo)電性。
（3）預(yù)防木材的貶質(zhì)和腐朽。濕木材如果長時(shí)間堆放在露天空氣中，若不采取適當(dāng)?shù)拇胧鶗?huì)發(fā)生腐朽或遭蟲害。當(dāng)木材含水率降低到20%以下時(shí)，可大大減少菌類和害蟲的侵害與破壞。所以，一般在生產(chǎn)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(zhì)和強(qiáng)度，而且也提高了木材的抗腐蝕能力。
（4）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(jīng)過短期存放、自然干燥后，它的含水量仍然很高。木材經(jīng)過室干后，其重量可減輕約30-50%，有利于提高車輛的運(yùn)載能力?？傊?，經(jīng)過干燥的木材，可以保證木材制品的質(zhì)量，木材的使用性能，延長使用年限，從而節(jié)約了木材。多年來的實(shí)踐證明，木材干燥在生產(chǎn)上是不可缺少的過程，在科學(xué)上已成為專門的學(xué)科。
3、什么叫室干法？有什么特點(diǎn)？
木材在建筑結(jié)構(gòu)（如磚混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）或金屬結(jié)構(gòu)的干燥室內(nèi)，人工控制和調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)（空氣、過熱蒸汽等）的溫度、濕度和氣流循環(huán)速度，利用對流等傳熱傳濕的作用，對木材進(jìn)行干燥的方法，叫做室干法。
利用干燥室對木材進(jìn)行干燥處理是人工干燥的最基本的形式，也是目前國內(nèi)外木材加工工業(yè)中應(yīng)用最普遍的干燥木材的方法。這種干燥方法具有以下特點(diǎn)：
（1）需要建造干燥室或較大的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備，但占地面積比氣干場地少。
（2）配置供熱和供電的設(shè)備。
（3）干燥木材的生產(chǎn)周期短，容易保證木材加工全過程的連續(xù)性。
（4）木村的干燥程度不受自然條件、地區(qū)、季節(jié)和樹種的限制，可根據(jù)要求獲得任何程度的最終含水率。
（5）具有較成熟的干燥理論和工藝技術(shù)，能保證干燥質(zhì)量。
（6）干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)并不太復(fù)雜，使用安全可靠，不管那種類型的木材干燥室，只要按設(shè)計(jì)要求建造和定期維修保養(yǎng)，一般均可使用15年以上。
4、木材干燥的基本原則是什么？
木材干燥的基本原則是在保證干燥質(zhì)量的前提下提高干燥速度，節(jié)約能源消耗，降低干燥費(fèi)用。
干燥質(zhì)量是指：使木材的含水率及干燥均勻度能滿足加工工藝的要求；還保持木材的完整性、不發(fā)生工藝規(guī)范所不容許的缺陷，不削弱木材及其制品所應(yīng)有的性質(zhì)。
干燥速度是指：在單位時(shí)間內(nèi)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(shè)備與投資越少，生產(chǎn)率也就越高，干燥費(fèi)用越少。
生產(chǎn)上干燥設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)木材的樹種、規(guī)格、數(shù)量、用途和生產(chǎn)單位的現(xiàn)實(shí)條件等。對于現(xiàn)代化木材干燥室要求在工藝上能保證干燥介質(zhì)的溫度、濕度和氣流速度、堆裝的成材所受到的外部條件基本相同，以達(dá)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(dòng)強(qiáng)度小。設(shè)備投資少、占地小、快，節(jié)約能源，同時(shí)還應(yīng)盡可能地減少對周圍環(huán)境的污染。
5、木材干燥的基本原理是什么？
木材中的水分主要有自由水和吸著水兩種。存在于由細(xì)胞腔組成的大毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)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(zhì)；存在于細(xì)胞壁組成的微毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的水分叫做吸著水，它的變化，不僅能使木材產(chǎn)生收縮和膨脹，而且也將影響木材的其他物理力學(xué)性質(zhì)。
木材干燥就是要排除木材中的自由水和吸著水，以適應(yīng)不同的用途和質(zhì)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(nèi)部大、外部小的水蒸汽分壓力差，促使水分以液態(tài)和汽態(tài)兩種形式連續(xù)地由內(nèi)部向外部移動(dòng)，并通過木材表面向外界蒸發(fā)；內(nèi)部的水分移動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)與表面的水分蒸發(fā)強(qiáng)度協(xié)調(diào)一致，使木材由表及里均衡地變干。
傳統(tǒng)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(huán)流動(dòng)中不斷地穿過材堆，對木材預(yù)熱。當(dāng)木材及其水分被加熱到一定程度后，按干燥基準(zhǔn)的規(guī)定，降低介質(zhì)的溫度和相對濕度，迫使木材中的水分從表面蒸發(fā)，這是干燥開始。然后按照干燥基準(zhǔn)規(guī)定的程序，逐步提高介質(zhì)的溫度及降低相對濕度，使木材中水分的蒸發(fā)面逐漸移向內(nèi)部，直到干燥結(jié)束。在干燥過程中，應(yīng)能消除或減輕內(nèi)應(yīng)力、開裂和變形，不降低木材的物理力學(xué)性質(zhì)，以保證干燥質(zhì)量。
6、什么叫干球溫度？什么叫濕球溫度？
在木材干燥生產(chǎn)中，經(jīng)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(jì)。
通常采用的濕度計(jì)是由兩支經(jīng)校正的溫度計(jì)組成的。一支溫度計(jì)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(jì)的水銀球不包沙布。水銀球包著濕紗布的溫度計(jì)叫做濕球溫度計(jì)，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(jì)叫做干球溫度計(jì)，用它測得的溫度叫做干球溫度用t干表球。
當(dāng)空氣濕度較小時(shí)，包在濕球外的紗布中所含的水分要向空氣中蒸發(fā)。水分蒸發(fā)時(shí)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(jì)差，或稱干、濕球溫度差，因其關(guān)系到蒸發(fā)能力，所以也可把濕度計(jì)差的數(shù)值干燥勢，即： ε=t干-t濕 。
空氣越干、濕度計(jì)差的數(shù)值越大，空氣容納水蒸汽的能力越強(qiáng)，濕木料中的水分蒸發(fā)越快。反之，空氣越濕、濕度計(jì)差的數(shù)值越小，空氣容納水蒸汽的能力越弱，濕木料中的水分蒸發(fā)的就越慢。當(dāng)空氣完全被水蒸汽所飽和時(shí)，濕度φ=100%，干球溫度和濕球溫度相等，濕度計(jì)差的數(shù)值為零，此時(shí)，濕木料中的水分停止蒸發(fā)或空氣和木材表面水蒸汽處于動(dòng)平衡狀態(tài)。
在木材干燥生產(chǎn)中，空氣的濕度數(shù)值可在根據(jù)干球溫度t干和濕度計(jì)差兩個(gè)數(shù)值制定的濕度表上查得。
示例：在強(qiáng)制循環(huán)干燥室內(nèi)，濕度計(jì)上的兩個(gè)讀數(shù)分別為t干=76℃，t濕=72℃，確定此狀態(tài)下空氣的相對濕度。
解：先計(jì)算出濕度計(jì)差：ε=t干-t濕=76-72=4（℃）
根據(jù)濕度計(jì)差為4℃，干球溫度t干=76℃，在濕度表中可查得此時(shí)空氣濕度，即：φ=83%
7、什么叫木材的含水率？
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：
種叫含水率，或稱含水率。用全干木材的重量作為計(jì)算基礎(chǔ)，用字母w表示，其計(jì)算公式為：w=(濕材重量-全干材重量)/全干材重量*100% 。
種叫相對含水率，是用濕材重量作為計(jì)算基礎(chǔ)的，用符號(hào)w0表示，計(jì)算公式為：w0=(濕材重量-全干材重量)/濕材重量*100% 。
在木材干燥生產(chǎn)中，廣泛采用的是含水率（簡稱含水率）。
8、什么叫自由水？什么叫吸著水？
木材中的毛細(xì)管系統(tǒng)有兩大類，即大細(xì)管系統(tǒng)和微毛細(xì)管系統(tǒng)。木材中的水分就存在于這些毛細(xì)管系統(tǒng)之中。
由細(xì)胞腔組成的大毛細(xì)管系統(tǒng)，對水分的束縛力很小以至無束縛力，水分能夠從大毛細(xì)管系統(tǒng)的斷面自由地蒸發(fā)出去。因此，把存在于大毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)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(zhì)。
由互相通連的細(xì)胞壁構(gòu)成的微毛細(xì)管系統(tǒng)，對水分有程度不同的束縛力，若要使微毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的水分向空中蒸發(fā)，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(yùn)動(dòng)，才能克服微毛細(xì)管的束縛力，向空氣中蒸發(fā)。同時(shí)，微毛細(xì)管系統(tǒng)不但在一定的條件下向空氣中蒸發(fā)水分，而且也能夠吸收空氣中的水分。因此，把存在于微毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的水分，叫做吸著水。吸著水的增減變化，不僅使木材發(fā)生膨脹和收縮，而且也影響到木材的其它物理力學(xué)性質(zhì)。
另外，木材中還有一種化合水，它存在于木材的化學(xué)成分中?；纤臄?shù)理很小，只有在化學(xué)加工時(shí)，才有意義。
9、什么叫木材的纖維包和點(diǎn)？
前面已講到，吸著水存在于細(xì)胞壁內(nèi)，而細(xì)胞壁能容納水分的空間是有限的，也就是說吸著水的數(shù)量有一定限度。在大氣條件下，當(dāng)自由水已蒸發(fā)干凈，而吸著水還保持著量時(shí)的木材含水率，叫做"纖維飽和點(diǎn)"，亦稱"吸濕極限"，用w纖表示。
木材的纖維飽和點(diǎn)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(shí)。纖維飽和點(diǎn)的含水率w纖的平均值為30%，變異范圍為23-33%。
纖維飽和點(diǎn)，隨著溫度的升高而變小。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(diǎn)這個(gè)概念，在干燥工藝中經(jīng)常用到，應(yīng)當(dāng)記住。當(dāng)木材的含水率在纖維飽和以上時(shí)（w纖＞30%），木材不產(chǎn)生干縮；當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)（w纖＜30%），其干縮趨勢呈直線變化，即從含水率30%降低時(shí)，每減少1%，而相應(yīng)的干縮系數(shù)的數(shù)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(diǎn)與其導(dǎo)電性有關(guān)。全干木材是良好的絕緣體。濕木材是半導(dǎo)體。當(dāng)含水率由0%增加到30%左右時(shí)，木材的比電導(dǎo)加大達(dá)10萬倍以上；含水率從30%增大到限度時(shí)，比電導(dǎo)的加大不過4倍。
10、什么叫木材的平衡含水率？
放置在大氣中的濕木材，它的含水率將隨著時(shí)間的延續(xù)而逐漸降低。當(dāng)木材中的水分與大氣中的水分不再進(jìn)行交換而達(dá)到平衡狀態(tài)，即水分處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，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(tài)的不同而變化。當(dāng)空氣的相對濕度升高時(shí)，平衡含水率也升高；空氣的相對濕度降低時(shí)，平衡含水率也降低；與上述情況相反，當(dāng)空氣溫度升高時(shí)，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(huì)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(tài)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(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的空隙，已有一部分被滲透進(jìn)來的空氣所占據(jù)，而防礙了木材對水分吸收的緣故。這個(gè)現(xiàn)象叫做吸濕滯后或吸收滯后，用Δw表示。
單板、木屑、刨花等細(xì)小木料的吸收滯后的數(shù)值極小，可以忽略不計(jì)。
氣干材的吸收滯后的數(shù)值不大，實(shí)際生產(chǎn)上可以不計(jì)。
室干成材的吸收滯后數(shù)值較大。干燥期間介質(zhì)的溫度越高，成材的吸收滯后越大。吸收滯后數(shù)值的變異范圍在1-5%，平均值為2.5%。
木材平衡含水率，在實(shí)際生產(chǎn)上有一定的意義。某地區(qū)的木材在干燥時(shí)，一定要達(dá)到該地區(qū)的木材平衡含水率范圍。否則，將會(huì)影響木材制品的質(zhì)量。
11、為什么木材各個(gè)方向的干縮程度不一樣？
木材是各向異性的，其干縮情況也比較復(fù)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(xì)胞組成的。在纖維的飽和點(diǎn)以下，當(dāng)吸著水減小時(shí)，木材細(xì)胞長度上的干縮不如截面的變細(xì)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：
（1）木射線細(xì)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；
（2）木射線沿徑向排列，牽制著其它縱行細(xì)胞的收縮，而弦向上就不受這種牽制作用；
（3）有些細(xì)胞在干縮時(shí)，弦向受到壓力而徑向卻微有伸長；
（4）木材徑而細(xì)胞壁上的紋孔大而多，細(xì)胞壁的含量少，也就干縮??；而木材弦面細(xì)胞壁的紋孔小而少，細(xì)胞壁的含量多，也就干縮大。
由于木材在各個(gè)方向上的干縮不同，在使用木材時(shí)應(yīng)引起重視，縱向干縮（沿著纖維方向的干縮）極小，在工業(yè)生產(chǎn)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(shí)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(fā)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(huì)發(fā)生表裂，在干燥中期與后期二者的差別還比較大時(shí)，木材將易于產(chǎn)生內(nèi)裂。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，在干燥工藝上就采取噴蒸處理（預(yù)熱處理、中間處理、后期處理）的措施。
12、干燥過程中產(chǎn)生干燥缺陷的原因是什么？
在木材干燥過程中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，這些缺陷大多數(shù)是能夠防止或減輕的。變形大體上是由樹種、材料等級(jí)等因素而決定的；塌陷容易發(fā)生在某些樹種靠近髓心的徑向材上；開裂在干燥初期出現(xiàn)的是端面開裂和表面開裂，干燥后期發(fā)生內(nèi)部開裂。
（1）初期開裂：干燥初期的開裂有兩種，即端面開裂和表面開裂。端面開裂多數(shù)是制材前原木的生長應(yīng)力和干縮出現(xiàn)的裂紋。當(dāng)干燥條件惡劣時(shí)會(huì)發(fā)生的新的端裂，而且使原來的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。表面開裂會(huì)從木材端面延伸到內(nèi)部。厚度2厘米以下的板發(fā)生干燥初期的表面開裂較厲害，厚度1厘米以下的板材幾乎沒有。表面開裂的原因是因?yàn)楸韺痈稍锖笠湛s，但受到了內(nèi)部的約束。與其有關(guān)的因子是木材的干燥條件、干縮率、水分移動(dòng)的難易程度以及材料抵抗變形的能力等。
在同一干燥條件下，木材的密度越大，越容易產(chǎn)生開裂；弦向材寬度方向的干縮量約是徑向材的2倍，所以弦向材容易發(fā)生表面開裂。
干燥溫度和表面開裂關(guān)系密切。在0-5℃的低溫時(shí)容易發(fā)生開裂，其主要原因是溫度低、水分?jǐn)U散系數(shù)小、含水率梯度大。所以冬季自然干燥時(shí)，應(yīng)盡量避免將易開裂的木材暴露在強(qiáng)烈的北風(fēng)中。
溫度在50℃以上干燥木時(shí)，也容易發(fā)生表面開裂。對容易發(fā)生細(xì)胞塌陷的樹種，用60-75℃進(jìn)行緩慢干燥，若干濕球溫度差急劇增大，容易發(fā)生表面開裂。在一定的溫度條件下，對細(xì)胞塌陷小，但容易開裂的木材干燥時(shí)，溫度高，容易開裂。因此就該選擇適合的干燥條件，防止木材發(fā)生初期開裂。
（2）塌陷：所謂塌陷主要指因細(xì)胞的變形使木材出現(xiàn)了異常變形，它是由于細(xì)胞腔產(chǎn)生了因水分的變化引起的拉力與壓應(yīng)力的原因。一般含水率高的木材，干燥初期若溫度過高時(shí)容易發(fā)生塌陷。根據(jù)樹種不同，塌陷集中的部分會(huì)出現(xiàn)板面的凸凹不平現(xiàn)象。為了避免產(chǎn)生這種缺陷，對于塌陷大的樹種，可經(jīng)過一段時(shí)間的氣干或用低溫進(jìn)行干燥。
（3）內(nèi)部開裂：干燥厚度1厘米以下的薄板或用氣干的方法，幾乎不會(huì)發(fā)生內(nèi)部開裂。內(nèi)部開裂是表面開裂向內(nèi)發(fā)展之后，表面開裂閉合而形成的，也有表面沒有裂紋只在內(nèi)部發(fā)生開裂的情況。 弦向材的內(nèi)裂發(fā)生在干燥末期，是因?yàn)閮?nèi)層沿寬度方向收縮比表面大的原因。內(nèi)部開裂與干燥溫度的關(guān)系很大。一般干燥初期溫度較低（50℃左右），表層細(xì)胞發(fā)生塌陷困難。但是，木材內(nèi)層在含水率高的狀態(tài)下長期受熱，隨著干燥的進(jìn)行，干燥溫度逐漸地上升，細(xì)胞塌陷也就加大。所以大多數(shù)厚板因內(nèi)部受熱時(shí)間的加長，而容易發(fā)生內(nèi)部開裂。另外，如果干燥初期干濕球溫差大，表層張應(yīng)力就大，再加上內(nèi)部細(xì)胞如果有塌陷，也容易產(chǎn)生內(nèi)部開裂。
（4）變形：木材的變形主要有橫彎、縱彎、扭曲和翹曲等幾種，主要原因是各部位的收縮不同、不同組織間（如木射線與纖維素、心邊材）的收縮差及其局部塌陷而引起的。
（5）變色：木材經(jīng)干燥后都不同程度地會(huì)發(fā)生變色現(xiàn)象，有的比較嚴(yán)重。變色有兩種：一種是由于變色菌、腐朽菌的繁殖而發(fā)生了變色；一種是由于木材中含有的成分在濕熱狀態(tài)下酸化而造成的變色。用高溫干燥含水率高的木材時(shí)往往會(huì)使木材的顏色加深或變暗；有時(shí)也會(huì)因噴蒸處理時(shí)濕度過大或干燥室長期未清掃而使木材表面變黑。