日期:2022/12/13 Click:511
木材烘干方法技術(shù)
問:1、什么叫木材干燥?
答: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,必須采取適當?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,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(zhì)量,還必須控制干燥介質(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(fā)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(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、機械、車輛、船舶、紡織、農(nóng)具、家具、樂器、航空等國民經(jīng)濟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,所以必須對木材進行干燥處理。
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(chǎn)品(如門窗、地板、家具等)時,剛剛做好時好像不錯,可是經(jīng)過一段時間后,隨著木材的變干就會發(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(jīng)過干燥后的木材,可以改善切削加工條件,提高木結(jié)構(gòu)零件的強度、膠接強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。濕木材如果長時間堆放在露天空氣中,若不采取適當?shù)拇胧,往往會發(fā)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(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載能力。
總之,經(jīng)過干燥的木材,可以保證木材制品的質(zhì)量,改善木材的使用性能,延長使用年限,從而節(jié)約了木材。多年來的實踐證明,木材干燥在生產(chǎn)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(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*基本的形式,也是目前國內(nèi)外木材加工工業(yè)中應(yīng)用*普遍的干燥木材的方法。這種干燥方法具有以下特點:
。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)必須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*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)計要求建造和定期維修保養(yǎng),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(zhì)量的前提下提高干燥速度,節(jié)約能源消耗,降低干燥費用。干燥質(zhì)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(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,干燥費用越少。
生產(chǎn)上選用干燥設(shè)備時,應(yīng)根據(jù)被干木材的樹種、規(guī)格、數(shù)量、用途和生產(chǎn)單位的現(xiàn)實條件等。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(shè)備投資少、占地小、見效快,節(jié)約能源,同時還應(yīng)盡可能地減少對周圍環(huán)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(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);存在于細胞壁組成的微毛細管系統(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,并通過木材表面向外界蒸發(fā);內(nèi)部的水分移動強度應(yīng)與表面的水分蒸發(fā)強度協(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)流動中不斷地穿過材堆,對木材預(yù)熱。當木材及其水分被加熱到一定程度后,按干燥基準的規(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性質(zhì),以保證干燥質(zhì)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(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。
通常采用的濕度計是由兩支經(jīng)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(fā)。水分蒸發(fā)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(guān)系到蒸發(fā)能力,所以也可把濕度計差的數(shù)值干燥勢,即:
ε=t干-t濕
空氣越干、濕度計差的數(shù)值越大,空氣容納水蒸汽的能力越強,濕木料中的水分蒸發(fā)越快。反之,空氣越濕、濕度計差的數(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(shù)值為零,此時,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干和濕度計差兩個數(shù)值制定的濕度表上查得(附錄3,4)。
示例:在強制循環(huán)干燥室內(nèi),濕度計上的兩個讀數(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:先計算出濕度計差:
ε=t干-t濕=76-72=4(℃)
根據(jù)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:
*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(chǔ),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(chǔ)的,用符號W0表示,計算公式為:
在木材干燥生產(chǎn)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(tǒng)有兩大類,即大細管系統(tǒng)和微毛細管系統(tǒng)。木材中的水分就存在于這些毛細管系統(tǒng)之中。
由細胞腔組成的大毛細管系統(tǒng),對水分的束縛力很小以至無束縛力,水分能夠從大毛細管系統(tǒng)的斷面自由地蒸發(fā)出去。因此,把存在于大毛細管系統(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)。
由互相通連的細胞壁構(gòu)成的微毛細管系統(tǒng),對水分有程度不同的束縛力,若要使微毛細管系統(tǒng)內(nèi)的水分向空中蒸發(fā),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(fā)。同時,微毛細管系統(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性質(zhì)。
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(shù)理很小,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(nèi),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(shù)量有一定限度。在大氣條件下,當自由水已蒸發(fā)干凈,而吸著水還保持著*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(nèi),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(jīng)常用到,應(yīng)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(chǎn)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(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。當含水率由0%增加到30%左右時,木材的比電導(dǎo)加大達10萬倍以上;含水率從30%增大到*高限度時,比電導(dǎo)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(xù)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(tài),即水分處于靜止狀態(tài)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(tài)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(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管系統(tǒng)內(nèi)的空隙,已有一部分被滲透進來的空氣所占據(jù),而防礙了木材對水分吸收的緣故。這個現(xiàn)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(shù)值極小,可以忽略不計。
氣干材的吸收滯后的數(shù)值不大,實際生產(chǎn)上可以不計。
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%。
各種空氣狀態(tài)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(chǎn)上有一定的意義。某地區(qū)的木材在干燥時,一定要達到該地區(qū)的木材平衡含水率范圍。否則,將會影響木材制品的質(zhì)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(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*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:
(1)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;
。2)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;
。3)有些細胞在干縮時,弦向受到壓力而徑向卻微有伸長;
(4)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(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(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,木材將會發(fā)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(chǎn)生內(nèi)裂。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生,在干燥工藝上就必須采取噴蒸處理(預(yù)熱處理、中間處理、后期處理)的措施。