木材干燥学 第二章 与木材干燥有关的木材性质概要

2.2 木材与水分
2.2.1 木材中的水分由来
2.2.2 木材的含水率及测定
（1）木材的含水率
木材中的水分含量多少通常用含水率或含 水量 （Moisture content，简称MC）来表示， 即用木材中水分的质量与木材质量之比的百分 数的方式表示。根据计算基准的不同分为绝对 含水率和相对含水率两种。
按气候资料查定的木材平衡含水率可作为确定干燥 锯材最终含水率的依据。
2.2.6 木材中水分的移动
木材干燥过程是木材中水分扩散到材面而蒸发逸
散到周围空气中的过程。它包括木材内部水分移动和 木材表面水分蒸发这两个物理现象。
（1）木材中水分移动的途径 移动方向可顺纹理，也可横纹理；在木材干燥
和湿润过程中，几乎由横纹理方向水分移动来决定。 木材中水分移动四种途径：①直接连通的细胞腔；
自由水 细胞腔 细胞壁
结合水
含水率
结合水 自由水
生材
饱和状态 有
FSP状态 (25~30%以上)
饱和状态 极少
干燥
EMC状态 (15%前后) 平衡状态
没有
全干状态
(0%) 极少 没有
2.2.4木材的吸湿与解吸
木材含水率在纤维饱和点以下，周围空气状态 （温度、相对湿度）发生变化时，木材细胞壁中的吸着 水含量也相应地变化。
优点：数值较可靠； 缺点：要从整块木材上截取试片，试片烘干要较长时间。另 外，如木材中含有较多的松节油或其他挥发性物质，这些挥发物 的质量都算到水分当中，会引起一定的误差。 这种方法基本上能正确测定木材含水率，但对较大测定对象， 只能采用小的试验片来代替，或破坏测定对象。生产现场几乎不 被采用。
② 电测法 即利用木材的电学性质如电阻率、介电常 数等与木材含水率之间的关系，来测定木材的含水率。
电测法木材含水率仪主要有两类：1类是直流电阻 式，利用木材中所含水分的多少对直流电阻的影响，来 测定木材的含水率;另1类为交流介电式，即根据交变电 流的功率损耗与木材含水率的关系而设计的含水率仪。
结构简单、生产上用得最广的是直流电阻式。这种 含水率仪实质上是一种兆欧表，其动作原理是在相当大 的范围内，木材的电阻率 随其含水率的变化而变化， 且在室温下，在6%-30%的含水率范围内，木材电阻率 的对数与木材含水率呈直线关系。
结合水（Bound water）存在于细胞壁中，与细胞 壁无定形区（由纤维素非结晶区、半纤维素和木素组成） 中的羟基形成氢键结合。在纤维饱和点以下的区域内， 结合水的多少对木材各项物理性质有很大影响。
对于生材来说，自由水和结合水同时存在，其中 自由水的水分量随着季节变化，而结合水的量基本保持 不变。
③靠表面扩散进行的结合水的移动 吸附于木材中的结合水得到能量时，可从吸附表面解吸，而
产生移动；如果得到的能量不足以完全解吸时，则发生结合水 沿着吸附面滑移的现象。这种分子由于浓度梯度或温度梯度的 作用,向着规定的横向滑移，称为表面扩散。这种被活化了的表 面扩散，对于在纤维饱和点以下木材的水分移动是一个主要因 素。
木材平衡含水率在木材加工利用上很有实用意义。 木材在制成木制品之前，必须干燥到一定的终了含水率 MC终，此终了含水率必须与木制品使用地点的平衡含 水率相适应。即符合下式: (M衡-2.5%)<M终<M衡。
如使用地点的平衡含水率为15%，则干燥的终了含 水率以13%较为适宜。在这样的含水率条件下，木制品 的含水率能基本保持稳定，从而其尺寸和形状也基本保 持稳定。
（3）木材含水率的测定
木材含水率的测定方法很多，但在木材工 业中较常用的方法是称重法和电测法。
① 称重法 (烘干法) 先称出湿材质量和全干材质量，再用上述 公式计算木材含水率。 求全干材质量方法是从湿木材上截取一小 试片，去毛刺后立即称重并作记录，然后放入干燥箱，在103士 2℃的温度下干燥。在试片干燥过程中，每隔一定时间称重并作记 录。到最后连续两次称出的质量相等或相差极小时，表明试片中 的水分已全部排出，此时的试片质量就是全干重。
第二章 与木材干燥 有关的木材性质
2.1 木材构造特征
2.1.1 木材解剖特征对干燥的影响
木材中的水分要顺利地向外移动，木材内部就必须有水分移动 的通道，即细胞腔、纹孔、细胞间隙及细胞壁内的微毛细管等。这 些通道若呈开放状态，则木材容易干燥；反之，木材难干。所以说， 木材解剖分子的状态及特征对木材干燥时间的长短和干燥工艺的制 定起着决定性的作用。
2.1.2 边、心材的干燥性能
边、心材的干燥性能有明显区别。通常情况下生材 在制材后，边材的含水率都在100% 以上，干燥初期阶段 需时间较长，由于管胞具缘纹孔处于开启状态，水分容 易移动，干燥速度相对较快。心材初期含水率较边材低， 但由于针叶树材管胞纹孔在由边材形成心材时，或干燥 过程中，其纹孔膜上的纹孔塞往往偏向一边，将纹孔口 堵住形成纹孔闭塞状态，及阔叶树材中侵填体的存在等， 会妨碍水分的移动，影响到干燥速度。
阔叶树材中水分的移动路径主要是导管，还包括管胞、导
管状管胞等。
（2）木材中水分移动的机理
①依靠毛细管张力的毛细管水移动 基于毛细管中弯液面的表面张力差而进行的。在毛细管系统
中，细的毛细管则从粗的毛细管中吸取水分。 ②靠扩散进行的水蒸汽的移动 只能在木材内充满空气的孔隙内进行。湿木材空隙内扩散的
水蒸气从润湿的空隙壁的蒸汽压高的一侧蒸发,在空隙内移动,又 重新在蒸汽压低的一侧凝结成水。
木材干燥生产中一般采用绝对含水率
（MC），即木材中水分的质量占木材绝干质
量的百分率。
绝对含水率（MC）即木材中水分的质量占 木材绝干质量的百分率。其计算公式如下：
式中，G湿是湿木材的质量/g；G干是绝干木材的质量/g。
（2）木材干湿程度的分级
湿 材：长期浸泡于水中、含水率大于生材的木材，如水运、 水贮过程中的木材。
MC终

EMຫໍສະໝຸດ Baidu
MC 2
气干锯材的平衡含水率可粗略地认为：
室干材吸湿滞后数值较大，干燥期间介质 M温MC解C解度越高，干锯材吸： 湿滞后的数值越大。木材
MMC吸C吸
干燥过程最终含水率通常情况下取：
MC终 EMC 2.5%
（2）木材平衡含水率的确定
木材平衡含水率是气态介质温、湿度的函数，是用木材含 水率来表示气态介质的状态。确定方法有：
自由水 细胞腔 细胞壁
结合水
含水率
结合水 自由水
生材
饱和状态 有
FSP状态 (25~30%以上)
饱和状态 极少
干燥
EMC状态 (15%前后) 平衡状态
没有
全干状态
(0%) 极少 没有
（2）木材的纤维饱和点
木材在干燥过程中，细胞腔中的自由水完全蒸发， 细胞壁中吸着水量处于最大限度状态时的含水率，称之 为纤维饱和点（Fiber saturation point，简称FSP）。
（1）图表法：根据木材所处环境的温、湿度，由图（p12的24,2-5）或表（p14的2-4）直接查得。
（2）称重法：根据木材平衡含水率的定义，采用质量法测量计 算木材的平衡含水率。这一方法可以准确地得到未知环境的木材平 衡含水率，但测量过程延续时间比较长。
（3）电测法：直接采用平衡含水率测量装置测量。这种测量装 置可与电阻温度计一起装在干燥室内，用来代替传统的干、湿球温 度计，测量并控制干燥介质状态，尤其适用于计算机控制的干燥室。 即计算机根据所测的木材含水率和干燥介质对应的平衡含水率，按 基准设定的干燥梯度来控制干燥过程。
吸湿滞后现象：
在相同的温湿度条件下，由吸湿过程达到 的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平 衡含水率。
一般吸湿滞后数值的变异范围在1%~5%之 间，平均值为2.5%。细碎或薄木料(如刨花、单 板、薄木等)吸湿滞后很小，平均仅约为0.2%， 可忽略不计。
吸湿滞后受树种、空气温度、湿度、干燥过程等因素的 影响，受热温度越高且时间越长，木材的吸湿性下降越明显。
*概念区别： • 吸湿和吸收：要分清两个概念，即吸收和吸
着。吸收是一种表面现象，比如液态水进入 木材的细胞腔，成为木材中的自由水的过程； 对于木材的吸湿过程，则是水分子以气态形 式进入细胞壁，与细胞壁主成分上的吸着点 产生氢键结合的过程。 • 解析和干燥：是两个不同的概念，解吸仅指 木材细胞壁中吸着水的排除，而干燥则是自 由水和吸着水二者的排除。
周围空气相对湿度较低，细胞壁中水蒸气分压比 空气中的大，水分由木材向空气中蒸发，使吸着水含量 减少，此现象叫解吸(Desorption)。解吸过程初期，木材 的水分蒸发很强烈，即吸着水下降很快；随着时间的延 续，解吸过程逐渐缓慢，最后达到动态平衡或稳定，此 时木材的含水率叫解吸稳定含水率。
周围空气相对湿度较高，水蒸气从空气向木材细 胞壁中渗透，即木材从空气中吸湿，使吸着水含量增加， 此现象叫吸湿或吸着(Adsorption)。木材含水率在吸湿过 程中达到的稳定值叫吸湿稳定含水率。
纤维饱和点是一个临界状态，是木材性质的转折点， 木材的强度、收缩性能，以及导热、导电性能都与其有 密切相关。木材的纤维饱和点因树种而异，一般在 22%~35%之间的范围内，平均值大约为30%。
纤维饱和点随着温度升高而变小，木材含水率高于纤维胞和
点时，木材强度和导电性影响不大，木材收缩或膨胀亦不会发生。 木材含水率低于纤维饱和点时，随含水率减小木材导电性减弱、 强度和收缩增大；反之，随着含水率增加，木材的湿胀增大，强 度降低、导电性能增强。
木材某些构造特征，会使木材干燥过程中产生一些缺陷。如早 材与晚材变化为急变的木材，干燥过程中在早材与晚材的交界处易 产生环裂；木射线含量多的树种，特别是具有宽木射线的木材，干 燥时易产生径裂。阔叶树材，由于边材中含有侵填体的导管较少， 多数导管呈开放状态，边材导水性较好；心材中多数导管内含有侵 填体，使导管腔部分或全部被堵塞，心材导水性较差。因此，在干 燥过程中心材和边材产生不均匀的收缩应力，使木材在边材和心材 的交界处发生皱缩，特别是小径木木材干燥时，易产生皱缩缺陷。
含水率在纤维饱和点以下：
木材内水分移动有细胞壁内结合水移动和细胞腔内水蒸气移 动，此时水分靠含水率梯度的扩散作用而移动。
针、阔叶树材中水分移动的主要路径不同： 针叶树材中水分的移动路径主要是由管胞内腔和具缘纹孔
对组成的毛细管体系，另外在沿着纤维方向上垂直树脂道，射线 方向上射线管胞内腔和水平树脂道也是水分的移动路径。
所以只要用兆欧表测得木材的电阻值，就可知道含 水率之值。制造公司已经过换算，把含水率数值直接显 示在表面上。
2.2.3 木材中水分存在状态与纤维饱和点
（1） 水分存在状态
木材中存在水分分为自由水和结合水（吸着水） 两种。
自由水（Free water）是存在于木材细胞腔中的水 分，其性质和普通的液体水接近。自由水的多少对木材 物理性质（除重量、燃烧性能以外）影响不大。
生 材：和新采伐的木材含水率基本一致的木材。 半干材：含水率小于生材、相当于纤维饱和点的木材，一般在
22%~35%的含水率范围内。 气干材：长期贮存于大气中，与大气的相对湿度趋于平衡的木
材。其含水率取决于周围环境的温度和相对湿度，一 般在8%~20%之间，我国国标把气干材平均含水率定 为12％。 室干材：木材在干燥室内，以适当的温度和相对湿度条件进行 干燥，含水率约为7~15%的木材，通常根据木材使用 区域、场合及用途等而定。 绝干材：含水率为零的木材称为绝干材或全干材。
2.2.5 木材的平衡含水率
（1）木材的平衡含水率
薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿稳定含 水率或解吸稳定含水率叫做平衡含水率（Equilibrium moisture content，简称EMC）。
木材平衡含水率随着周围空气的温度和相对湿度 的改变而变化。
一定的空气压力下，温度升高，水分子的势能增 加，容易脱离木材分子的束缚而蒸发，平衡含水率降 低，但变化不大；一定的温度条件下，平衡含水率随 空气相对湿度升高显著增大。当相对湿度升高到100% 时，平衡含水率达到最大值，此时的平衡含水率也叫 纤维饱和点。在实际生产中，可以根据空气的温、湿 度（p14的表2-4）来查出木材的平衡含水率。
②细胞间隙；③通过纹孔膜的微孔通道；④通过细胞 壁内微毛细管或吸附内表面扩散移动的通道。
含水率在纤维饱和点以上：
大毛细管内存在着自由水和水蒸气，细胞壁处于饱湿状态， 细胞壁内没有含水率梯度，不存在扩散引起水分移动。
细胞腔内自由水因被水蒸气所饱和而不蒸发，腔内水蒸气也 不移动。只有在含有自由水的毛细管的两端存在压力差即毛细管 张力的情况下，自由水才移动。