木材干燥技术研究进展_王艳伟

木材干燥技术研究进展

王艳伟，孙伟圣*，杨植辉，徐

立，冯燕飞，晁久，张子谷

（久盛地板有限公司，浙江南浔313009）

摘要：阐述了木材干燥技术的发展，介绍了木材干燥基础理论研究及工艺研究现状，探讨了各种干燥工艺的优缺点及其应用，指出了目前木材干燥行业存在的主要问题，对木材干燥技术领域的发展进行了展望。

关键词：木材干燥；理论研究；工艺研究；应用现状中图分类号：ＴＳ６５２

文献标识码：Ａ

文章编号：２０９５－２９５３（２０１４）１０－０００９－０４

Research Progress of Wood Drying Technology

WANG Yan-wei ，SUN Wei-sheng*，YANG Zhi-hui ，XU Li ，FENG Yan-fei ，CHAO Jiu ，ZHANG Zi-gu

（Jiusheng Flooring Co.，Ltd.，Nanxun Zhejiang 313009，

China ）Abstract ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｔａｔｅｄ，ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｓｉｎ－ｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｉｅｌｄｆｏｒｅｃａｓｔ．Key words ：ｗｏｏｄｄｒｙｉｎｇ；ｔｈｅｏｒｙｒｅｓｅａｒｃｈ；ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｓｅａｒｃｈ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓ

木材干燥是指在热能的作用下，采用合理且有针对性的干燥工艺使木材内部的水分以蒸发或沸腾方式排出的过程。该过程是保证木制品品质的关键，也是木材加工领域技术含量最高的工序之一，如果干燥环节处理不当就会导致木材产生翘曲开裂、腐朽霉变、变色及虫蛀等缺陷［1］，造成木材资源的浪费。

我国是木制品生产大国，木材资源消耗量巨大，据统计，2013年1～9月，我国进口木材（原木、锯材、薄板、枕木等）5148.65万m 3，比2012年同期上涨15.86%，并且进口量呈逐季增长的趋势，尤其是硬质阔叶材消耗量最大［2］。这些进口木材主要应用于家具、地板、建筑、室内装饰及细木工板生产等。经过人工干燥的木材仅占总量的20%，主要原因是现有的干燥技术对于规格较大的锯材难以实现快速干燥，这与我国木制品生产大国的地位极不相符。

1木材干燥基础研究

木材干燥理论是木材加工领域技术创新的基础，

我国对于木材干燥理论的研究相对较晚，大约在20世纪70年代末才开始。近些年来，我国在木材干燥理论研究方面取得了较大进步，但与国际水平相比仍有一定的差距。目前，在理论研究方面主要集中在平衡含水率理论研究、木材渗透性研究、水分迁移机理研究、传热传质与干燥模型的建立研究及干燥应力-应变研究等几个方面。1.1

平衡含水率理论

木材平衡含水率理论在其应用上体现在以下三个方面：①木制品成品含水率推荐，针对我国南北方气候差异大、区域温湿度变化明显以及木制品的应用场所

收稿日期：

2014－06－26基金项目：林业公益性行业科研专项项目“木材低碳高效干燥与功能性改良关键技术研究”（201304502）；湖州市科技计划项目“薄型实木地热地板关键制造技术研究”（2013GG04）

第一作者简介：王艳伟（1984—），男，硕士，工程师，主要研究方向为木材科学与技术。*通讯作者：孙伟圣（1982—），男，博士，高级工程师，主要研究方向为木材科学与技术

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第42卷第10期

林业机械与木工设备

Vo142No.102014年10月

FORESTRY MACHINERY &WOODWORKING EQUIPMENT

Oct.2014

不同而制定，要求对木制品出厂含水率给出推荐值，一般来说，北方、南方的室内木制品含水率分别为7%～9%和11%～12%；沿海地区为11%左右［3］；出口欧美等国家的室内木制品含水率推荐值为7%～8%。在以上含水率范围内，木制品不会出现明显变形。②木材干燥工艺控制，主要是对各干燥阶段最终含水率进行控制，否则会产生木材表裂、残余应力过大及表面硬化等缺陷。

③木材的存储、加工及运输，其含水率受周围环境的影响较大，因此要保证周围温湿度稳定，避免木材反复干缩湿胀而增加内应力。

1.2木材渗透性对木材干燥的影响

木材渗透性与干燥过程中水分排出速率关系密切，是木材干燥性能的重要指标，很多专家对改善木材渗透性做了大量研究［4-10］。张耀丽采用微波冷冻处理技术改善巨尾桉的渗透性，研究发现：经过微波辐射和冷冻处理后的桉木干燥速度明显提高，原因是微波处理后木材的薄壁细胞和厚壁细胞的纹孔膜破损，微毛细管通道被打通，提高了木材渗透性，干燥速率加快了27.16%。肖忠平等以苯-乙醇为夹带剂，研究了超临界CO2流体对木材渗透性的影响，结果表明：在35MPa压力内，压力增加有利于木材渗透性的提高，可改善木材干燥性能。此外，高强度微波辐射、汽蒸处理、木材干燥（高温、高频真空、微波、冷冻等）等也可以改善木材渗透性，达到提高木材干燥性能的目的。

1.3水分迁移机理

木材干燥是表面水分蒸发与内部水分向表面移动同时进行的过程，其动力主要来自于水蒸气分压梯度及含水率梯度，国内的木材科学与技术领域专家对干燥过程中水分迁移机理进行了探索［11-18］。李贤军对微波-真空干燥过程中水分迁移机理进行了研究，结果表明：木材内部水分分布较均匀，当含水率位于FSP （纤维饱和点）以上时，自由水在蒸汽压力作用下以渗透流的形式在木材内部迁移，在FSP以下时，以水蒸气的形式向木材表面迁移，而热扩散及含水率梯度引起的水分迁移量可以忽略。伊松林通过对真空-浮压干燥对木材内部自由水迁移机理进行研究发现，自由水的迁移分为两部分，一部分为毛细管压力下液体的团块迁移，另一部分为压力梯度下的水蒸气迁移，并且后者占主导地位。此外，很多专家还对真空过热蒸汽干燥木材的水分迁移特性、微波干燥与常规干燥中木材内部含水率动态分布、核磁共振木材干燥过程中的水分迁移、木材中非等温水分迁移等相关内容进行了大量研究。1.4传热传质理论及模型建立

传热传质速率对干燥质量与能耗的影响很大，传热传质研究可以为优化工艺及节能减排提供理论依据，因此一直是干燥领域的重点研究对象［19-26］。

吕建雄、郝晓峰以杉木为研究对象，建立了径板与弦板干燥过程传热传质模型，并采用X射线衍射法和称重法成功监测了干燥过程中板材的含水率分布状态，并验证了所建立的传热传质模型的准确性。谢拥群等应用不可逆过程中热力学研究木材干燥过程热质迁移及其耦合效应，推导出含有耦合效应的传热传质关系式，指出湿度梯度不仅可以引起水分物质流，同时还可以引起热流，并且驱动水分流动的力是扩散梯度。邱晨等研究了木材在高温热蒸汽处理过程中的热质迁移特征，发现在“逆转点”以上，提高过热蒸汽温度、增加流速对提高干燥速率具有重要意义。张璧光采用数学模型预测了微波真空干燥过程中干燥时间及木材内部水分、温度的分布规律。

总的来看，目前所研究的干燥控制模型，只能从单一方面反映木材干燥过程中对水分的控制，不能够完全体现实际应用中各参数对干燥过程的综合影响，随着建模理论的迅速发展，相信复杂建模技术一定能够为解决这一问题做出巨大贡献。

1.5干燥应力-应变理论

木材干燥应力是导致木材开裂、扭曲和表面硬化等干燥缺陷的直接原因，干燥应力-应变的研究对生产实践具有很强的借鉴指导作用，是优化木材干燥工艺的理论依据。迄今为止，没有一种成熟的方法能够准确推测木材干燥应力值。比较经典的几种检测木材干燥应力的方法有叉齿法、切片法、瓦弯法、声发射法、差异干缩法、数学模型法等。

叉齿法是实际生产中应用最普遍的木材干燥应力检验方法，该方法是将处于不同干燥阶段的木材试件锯成三个叉齿，根据叉齿的变形情况判断干燥应力的方向；切片法的原理是根据弹性范围内木材应力-应变的关系，通过测量木材干燥应力检验板切下薄片的瞬间尺寸变化确定应力分布，该方法虽然能够描述应力，但操作繁琐，其精确度也有待商榷；瓦弯法是根据试件瓦弯的方向判断应力分布状况［27］，该方法对木材表裂的控制有一定指导作用，但是无法衡量木材的内应力；声发射法是利用应力与声发射信号的关系，经过分离检验确定干燥应力，该方法也仅能应用于木材表裂缺陷的检测，无法实现对木材内裂、皱缩缺陷的控制；差异干缩法采用应力作用下与正常状态下干缩的差值表征木材应力的大小，该方法在理论上是可行的，但实际操作起

林业机械与木工设备

10第42卷