第四章 单板的干燥和加工

第二节 单板干燥的基本原理
（四）单板干燥的特点： 单板干燥的原理和过程与成材干燥基本相同，同时也有它自己的特点： 1、 水分的移动是沿着垂直与板面的横向为主。 2、 单板厚度小，幅面大，水分移动路线短，旋切后木材材质疏松，有些纤维被切断， 内部水分移动阻力小，表面蒸发和内部水分移动都很剧烈，它们彼此相适应。所以，单板 可以采用高温快速干燥工艺，并不会因此而产生开裂、变形等缺陷。 一般温度可达 170~180°，最高可达300°。 3、单板干燥可以采用垂直与板面的高速气流喷射，缩短干燥时间。 （五）单板干燥过程 干燥也分为三个时期（p102图4-1）
t0 −n Z、Z —温度为t和t 时的干燥时间（min） 0 0 Z = Z0 ) （ n—根据单板条件而变的系数，含水率在10~60%时，n为1.5 t
（2）介质的湿度的影响 干球温度一定时，湿度越小，则干燥速度也越大。 当干湿球温度相等时，空气被水分所饱和、单板不能蒸发水分。湿度对含水率区影响 较大，对低含水率区影响较小。在干燥机中，湿度太大，干燥速度慢，湿度太小，浪费热 能，不经济，一般湿度为10~20%。 干球温度越高，受湿度影响越小，反之则大。根据实验得出， 干燥速度与相对湿度的关系，可用下式表示：
第二节
单板干燥的基本原理
一、基本原理 （一）木材中的水分 1、自由水： 存在于细胞腔大毛细管中的水分，平均直径大于0．5μm。 2、吸着水（结合水）：存在于细胞壁中微毛细管中的水分，直径都小于0．2μm，一 般不超过0．05μm。最大的含水率为30%左右（即纤维饱和点）。 3、化合水：少量以化合状态与木材分子结合的水分 （二）木材中的水分运动 1、液体状态：沿着长的连续不断的微毛细管移动。 2、蒸汽状态：沿着细胞腔和纹孔组成的大毛细管运动。 3、蒸汽状态和液体状态不断的相互交替，沿着邻近的微胶粒之间的微毛细管和细胞腔 移动。 （三）水分移动的原因 ①液体或气体的压力差，使水分由高压区向低压区移动； ②含水率梯度差，由高含水率向低含水率区移动； ③毛细管张力差，一般使水分由内向外移动。
第二节 单板干燥的基本原理
第二阶段 单板中只有少部分吸着水，微毛细管收缩，空隙变小，水分移动 更加困难，基本上以蒸汽状态为主，所供给的热量除用于蒸发水分外，还使单板 温度上升，直到干球温度为止。 上述三个时期中，第一阶段，虽然空气温度很高，但热量用于蒸发水分，单 板温度基本不上升，高温对木材损害小。所以，新型干燥机进口端的温度都很 高，提高了干燥效率。而在减速干燥后期，因单板接近干球温度，所以，干燥机 末端温度不易过高，以免损伤单板。 二 单板干燥时间 （一） 单板干燥速度 有一种假说，当细胞中充满水分时，若木材中存在着压力差（压力梯度）， 则木材内部水分就要向表面移动。纤维饱和点以上的水分即自由水，主要通过水 蒸气状态向外移动（含水率梯度），而纤维饱和点以下的水分，主要通过水分传 导的作用排除水分。蒸发自由水时，单位面积上的蒸发速度可用下式表示：
第三节 干燥设备
（2）对于网带式干燥机，其传动装置为网带运输机，而且网带分上下网带，下网带用于 支撑和运送单板，而上网带用于夹紧单板，防止变形。 这种干燥机一般分为两段，即加热干燥段和冷却段，干燥段有很多室，每室2m长， 冷却段较短2—4m。 其作用： ①减少单板变形，单板在上下网带的夹持下冷却、定型、故变形小。 ②继续排除单板中的水分，因在冷却阶段单板内部温度高，外部温度低，温度呈梯状 分布有利于单板中的水分由内向外移动和扩散。 4、加热装置：是干燥机的供热装置，包括加热器、蒸汽管道、排水装置等。一般有片状 和管状两种，片状散热面积大结构紧凑，应用较多。 5、通风装置：使机内的热空气能不断地循环流动，主要包括风机及驱动电机，挡板，排 湿口等。 喷嘴塞以2.5㎜为好，喷嘴与挡板之间的距离25㎜左右，喷嘴相互间距应尽量靠近。 四、几种干燥机简介 1、 BG183A型3层网式干燥机 图4—14(p115) 2、 滚筒式干燥机 图4—15(p116) 3、 热板干燥机：热板压力为0.35Mpa 温度110--180°适应于厚单板美国应用较多。
第四章 单板的干燥与加工
旋切单板含水率很高，除湿热法胶合外，都必须经过干燥。 主要内容： 1、单板干燥的最终含水率 2、单板干燥的基本原理 3、干燥设备 4、单板干燥机生产率和热能消耗计算 5、单板剪裁及干单板加工
第一节
单板干燥的最终含水率
一、最适宜的单板终含水率 单板干燥的最终含水率与干燥时间、单板的干缩率、胶合质量等有着密切的关系。 1、单板含水率过低时： ①干缩量增大，浪费木材； ②浪费热能，降低了干燥机的生产率； ③单板变脆，加工和运输过程中易破损； ④胶粘剂易于渗透到单板中造成缺胶，防碍胶粘剂对单板的浸润，不易形成连续的胶 膜，而使胶合强度降低或开胶。 ⑤降低木材表面羟基活性而使木材表面纤维受损伤而胶合强度降低。 2、单板含水率过高时： ①使胶合强度下降，胶合板易产生透胶现象； ②热压时易造成鼓泡和开胶； ③单板贮存时，边部易开裂，内部易霉变； ④在热压过程中，要排除过多的水分，干缩变形大而产生内应力大，易使胶合板翘曲变 形，或者表面产生龟裂，降低成品质量。 单板终含水率确定主要考虑胶种和板坯厚度，参考树种。
dW du = (− K 蒸发吸着水时，可用下式表示： Adt dx
kf —水分传导系数kg/m •n •% dx W—水分蒸发量 ㎏ （一） 影响干燥速度的主要因素 1、 干燥介质的影响 （1）温度的影响
du
f
)
—含水率梯度 t—干燥时间 h A —干燥面积 m2
第二节 单板干燥的基本原理
介质温度是影响速度的重要因素，温度越高，干燥速度越快。温度的影响在高含水率 区没有低含水率区大。
Z = Z（ 0
ϕ 0.64 ） ϕ0
（3）风速的影响 风速和温湿度一样，对干燥速度有很大影响。风速高，干燥速度快，反之则慢。 对于对流干燥机，风速超过2m/s时，干燥速度受影响较小，所以过大风速对提高干 燥速度作用不明显，反之会使动力消耗增大，经济风速为1—2m/s。
第二节 单板干燥的基本原理
喷气式干燥机喷射气流要有足够的速度，才能破坏临界层，一般风速为15~20m/s。 风速越大效果越好。喷气式干燥机除喷射速度外，喷嘴的宽度和间隔，喷嘴与单板的垂直 距离，对单板的干燥速度都有一定的影响。 2、单板本身条件的影响 （1）初含水率的影响 同一树种，同一厚度的单板，在同样的干燥条件下，初含水率越高，则干燥的时间就 越长。初含水率与干燥时间的关系可用以下经验公式表示：
t ≈ ts +
Wa − 60 Ca
t— 10% min 式中：t —单板从初含水率干燥到10%的时间（min） ts—单板从60%干燥到10%所需的时间（min） Wa—初含水率 （见表4-4）% Ca—恒速干燥速度 %/min
（2）树种的影响 树种对干燥速度的影响主要是由于密度不同而引起的密度大的树种比密度小的树种在 同一厚度、同一含水率时，如果蒸发掉同一数量的水分，那么，含水率的降低要比密度小 的树种少，反过来说，密度大的树种比密度小的树种在相同含水率下，绝对水分要多。另 外，木材的密度大，结构密实，木材组织细胞腔小，细胞壁厚，在纤维饱和点下，水分移 动阻力大，路径长。所以，干燥速度低。 密度与干燥时间的关系可见图4-11(p112) 此外，边心材明显的树种，边材含水率高，干燥时间也相应增加。
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d n Z = Z（ ) 0 d0
式中：Z和Z0—单板厚度为d和d0时的干燥时间 n—系数 一般为1.3—1.4
一、 单板干燥的方法 1、自然干燥法 2、窑干法 3、机干法 二、单板干燥机的分类 1、按干燥机传热方式分 ①空气对流式干燥机——是以循环气流为干燥介质，把热量传给单板进行干燥。 ②接触式干燥机——用加热的钢板和单板相互接触，把热量传给单板进行干燥。 ③联合式干燥机——是通过对流和接触、红外、微波等混合加热的干燥机。 2、按单板的传送方式分 ①网带式干燥机——是通过网带传送单板，使单板通过干燥机而进行干燥的。 ②辊筒式干燥机——单板是通过辊筒传动的。 3、按空气的流经单板表面时的方向分 ①横向通风干燥机——热空气的循环方向与单板的运行方向相垂直。 ②纵向通风干燥机——热空气的循环方向与单板的运行方向相平行，又分为顺向和逆 向两种。 ③喷气式干燥机——热空气垂直于单板表面喷射。 三、干燥机的结构 干燥机的命名：一般干燥机的命名是将上述三个分散特点结合在一起来称谓的。如横 向通风网带式干燥机，喷气式网带式干燥机等。 干燥机种类虽多，但结构有其共同的特点，一般可分为五个部分：
第二节 单板干燥的基本原理
（3）单板厚度的影响 单板厚度越大，则水分传导和水蒸汽扩散的路程越长，因而阻 力也就越大，所以，干燥速度就慢，干燥时间长，厚度和干燥时 间的关系如图4-12所示(p113)。 试验条件： 桦木单板 20×20㎝； 干球温度120；湿球温度 45°； 风速 2.2m/s 单板厚度和时间的关系可表示为 ：
第一章
单板干燥的最终含水率
薄板 8—12% 厚板 最好小于8% 脲胶、酚胶 8—12% 蛋白胶 8—15% 另外，松木有树脂，透气性差，可稍低些。 二、单板含水率测定方法 1、重量法 2、电阻法：测量范围一般为5—33%，用钢针插入木材的内部， 插入深度与准确性有关。 3、介电常数测湿法：0—12%，0—40℃，可旋在干燥机的出 口端。缺点：使用一段时间就不准确，只能反映含水率变化趋势。 4、微波测湿法：微波穿透一定厚度的单板时能量受到损失，被 吸收的能量就是根据这个原理设计的，所用微波9400MHZ。传 感器的发射和接收测头，靠在单板的两个相对面上，距离单板越 近，结果越准确。可同时在宽度方向设计几对传感器求其平均含 水率值。此法测含水率范围广，但对单板厚度和结构变化和木材 中水分分布比较敏感。厚度变化不大，含水率较均匀的情况下， 较为合适。
Adt = − K ( PS − P )
W—水分蒸发量（㎏） A—蒸发面积 P—热空气中水蒸气分压Pa K—表面蒸发系数 t—干燥时间 式中负号表示水分由内向外蒸发，设由外向内为正。这段时间较短，以蒸发自由水 为主，但在蒸发自由水的同时，吸着水也开始蒸发，这表现在单板刚开始干燥就产生收缩 的现象，而这时的含水率还在纤维饱和点以上。 3、减速干燥期：（分两段） 第一阶段 单板大体在湿球温度，内部水分移动与表面蒸发速度不一致，一部分表面 水蒸发到纤维饱和点以下，随干燥的深入，水分移动的路线延长，内部水分扩散阻力大， 干燥速度逐渐降低，这一阶段自由水蒸发完毕，也蒸发掉大部分吸着水，是干燥的主要阶 段。
第二节 单板干燥的基本原理
1、加热期：单板刚接触热空气，表面自由水的蒸汽压比空气中的水蒸汽压低，单板中水 分基本不蒸发，热空气的热量只用来升温。若单板表面低于露点温度，水蒸汽反而会凝结 在单板表面上，但这个时期很短。 2、恒速干燥期：单板温度升到露点上，木材表面的水分开始向空气中蒸发，空气的热量 只用来蒸发水分，而不能使单板温度上升，单板表面温度始终保持在湿球温度上。所以， 临界层内侧的水蒸气分压为PS ，而热空气中的水蒸气分压为P ，由于压差而使水分蒸发。 其速度 dW
dW K P dP 1 =− • • • Adt K v RT P − PS dx
第二节 单板干燥的基本原理
式中： K —空气中水蒸气的扩散系数m/h KV—含水率为v的木材中水分扩散阻力系数m/h R —水蒸气气体常数47．1（kg • m/kg • °k） T —水蒸气的绝对温度 PS—水蒸气的分压Pa P —热空气中水蒸汽压 Pa—压力梯度
第三节 干燥设备
第三节 干燥设备
1、 机架：是干燥机的骨架，是用各种型钢制成的，作用是支撑和固定干燥机的侧壁、 门和单板传送装置及加热通风装置。 2、 侧壁和门、地面 ①侧壁：要求热绝缘性好，要求侧壁和车间温度之差不大于10℃，厚度一般为110-130 ㎜，用1.2㎜钢板中间夹石棉或玻璃纤维丝保温。 ②门：门是用于检修用的，对门的要求与侧壁相同，在门边镶有石棉加强密封。 ③地面：是水泥地面。下面用一定厚度的炉渣或泡沫的绝热层 。 3、传送装置：主要作用是传送单板通过干燥机。 由于干燥过程中的影响因素较多，干燥时间和速度是经常变化的，所以，一般应使传 送系统具有无级变速的功能。 （1）对于辊筒式干燥机，其传送装置即为辊筒运输机，辊筒由无缝钢管焊接而成，其作 用不仅传送单板，还对单板进行接触传热，对单板起机械熨平作用。一般来说，辊筒干燥 机的传热方式以对流为主，而接触加热为辅，但两者的比例随温度的变化而改变。温度越 高，接触加热所占比例越大。 热空气温度℃ 90 100 110 130 140 150 160 170 180 接触传热量% 18 20 24 32 37 41 46 50 55 由此可知，温度为90 ℃时，接触加热只占18%，而当温度为180℃时，接触加热占55%, 那么，接触加热则为主要的加热方式了。