木材干燥方法及缺陷规避研究

木材干燥方法及缺陷规避研究
目前,在林业工程和林产品开发中,还没有一种材料可以完全取代木材的地位。

木材作为一种性能优异、加工性能优异、无污染、可重复使用、可再生的绿色环保生态材料,在人们生活和国家经济发展中的地位仍然不可动摇。

木材重量轻,且外观美观,加工方便,加工能耗非常低。

木材是世界四大材料(钢铁、水泥、木材、塑料)中唯一可再生、可回收、可循环利用的绿色材料和生物资源。

想要更好地利用木材，干燥脱水是一个必不可少的步骤。

如果没有一个干燥室具有优良的技术性能和一组集成先进的干燥技术,各种干燥缺陷很容易出现在木材干燥的过程,这将减少木材的机械强度和利用率,同时也影响到美和木材产品质量1.木材干燥的目的和方法:
木材的干燥是指通过热的作用使木材中的水分蒸发或沸腾过程。

一般来说,木材中的水分占木材重量的30%-200%。

如果不干燥,产品在使用过程中会变形、开裂甚至报废。

目的:1)防止木材或木制品关节变形、开裂和松动;2)防止木材腐烂;3)提高木材的机械强度,改善木材的药理性能;4)减少木材的重量,节约运输成本。

总之,木材干燥是最大化利用木材资源的的重要手段之一。

木材干燥方法分为多种,就以现在的研究来说，一般分为自然干燥和人工干燥两大类。

其中按加热方式可以区分为为对流式干燥、介质式干燥、辐射式干燥和接触式干燥。

其中对流式干燥主要是指常规室内干燥、除湿干燥、太阳干燥、真空干燥等[1]。

另外，介质干燥是指包含了微波干燥和高频干燥的干燥方法。

辐射干燥主要指红外干燥。

接触干燥是将干燥的木材直接与被加热物体表面接触,进行传热和水分蒸发。

2.我国木材干燥的现状
自建国以来,通过我国从事木材干燥科研、生产的学者、工程技术人员的努力,通过引进、消化、吸收和自我发展的各种技术手段,我国木材干燥技术和干燥设备
发展迅速,木材干燥设备生产实现专业化,部分国产干燥设备在技术和性能上已接近国际同类产品水平。

[2]
2.1天然干燥:
简称风干。

它是利用自然大气的热量使木材的水分蒸发,达到干燥的目的。

其
优点是工艺简单,易于实施,相对经济,能满足木材风干的要求。

缺点是:干燥条件不容易控制,干燥时间长,空间大,木头很容易被细菌和昆虫在干燥过程中,和最终的水分含量只能干空气干燥程度与大气稳定状态。

风干与室内干燥及预干燥等干燥方法相结合,可以保证干燥质量,降低木材的劣化,降低干燥成本。

因此,常压干燥仍被广泛应用。

2.2常规蒸汽干燥
常规蒸汽干燥是我国最常用的干燥方法之一。

其优点是工艺成熟、干燥能力大、干燥周期短,但其主要缺点是热损失大、能量利用率低,大部分不足30%[3]。

目前,我国约80%的木材干燥采用常规的蒸汽窑干燥。

上世纪五六十年代建成
的长轴、短轴干燥窑多采用铸铁风机,风机体积大,耗电量大。

在过去的十年里,我
们开发了新的木材干燥窑,带有侧风扇、端风扇和顶部风扇。

通过对三种窑型的试验,顶扇的气流均匀性优于端风扇,端风扇的气流均匀性优于侧风扇。

高温、高湿、耐腐蚀电机,电机直接与窑风机连接,提高干燥窑的传动效率和气密性。

窑内电机直接连接,省去了顶扇窑长轴和侧操室的安装麻烦,使其处于更理想的位置。

进料方式为高架叉车进料方式。

叉车给料灵活方便,受欢迎。

蒸汽干燥窑筒体由砖砌体、金
属外壳和砖铝内壁组成。

一些制造商已经开发出由不锈钢制成的内部结构部件[4]。

2.3炉气热风干燥
炉气热风干燥是一种燃烧木材以提供干燥热的木材干燥方法。

无需蒸汽加热锅炉,投资小。

我国木材加工的现状是企业规模小、分散,难以集中运输木材废弃物。

因此,以废木屑为热源的热风干燥在全国木材加工企业中得到了广泛的应用。

未来很长一段时间内都会有一定的市场,特别是对于林区腹地缺乏蒸汽的中小型木制品厂和小型木材深加工企业。

专家学者通过大量的试验和研究，开发了一种窑外高效燃烧炉,这种燃烧炉的特点就是增加了温湿度控制装置,并且采用端扇窑式连续加热干燥基准。

3.常见的木材干燥缺陷有:
3.1翘
这是由于直纹和横纹方向的收缩不同造成的。

这种现象经常发生,如木材在切向方向的收缩,表面收缩大于内部收缩,当自然干燥时。

在堆场的顶部一层或两层,表面受阳光直射,收缩严重,容易翘曲。

或者人工干燥时,靠近加热管的一侧受到强烈的热辐射,也可能造成这种损坏。

3.2扭曲
它们大多是由于不规则的细胞排列,如螺旋结构,水分运动不均匀,产生不同的应力,从而导致变形。

尤其是含水率高的木材或小直径木材干燥时,只要有螺旋纹理的零件,就有变形的危险。

一些树种,如硬木榆树,也容易出现变形缺陷。

严冬干燥时,必须缓慢进行,保持温度,平衡湿度。

前期必须采取低温高湿技术进行防治,以保证较好的木材产量。

3.3木端裂
收缩沿纤维同方向的水分移动,比垂直于纤维方向之移动要大,所以木材端部干燥的较快,较早收缩产生张力,使木端产生裂纹[5]。

3.4表面僵化及表面裂
在干燥开始时,由于内部没有收缩,表面迅速干燥收缩,表面总是有拉应力,以防止正常收缩并产生永久变形。

此后,内压应力开始产生。

这些都是表面骨化早期的
条件。

此时,表面的拉应力将大于垂直于纤维方向的抗拉强度,沿纤维方向的表面会出现裂纹,即应力集中和较大裂纹发展的现象难以停止。

在干燥初期,表面开裂往往是由高温引起的,有时也会因高温而出现表面开裂[6]。

3.5内部裂
当干燥到后期或表面硬化后期时,会出现内部开裂。

这种损坏将大大降低木材的利用率。

大多数容易发生内部开裂的木材是硬木,如橡木。

在干燥含水率高的板材时,应在干燥初期小心,并缓慢升温,以保证湿度平衡。

当含水率达到30%左右时,在EMC=10的条件下,增加中间蒸汽喷涂处理10小时以上,可大大减少损伤[7]。

3.6崩溃
一些树种在高温下从饱和状态开始干燥时,有些木材纤维会塌陷到木材表面,在木材表面形成小凹痕,这些凹痕是皱缩的、皱缩的、长度不同的。

严重影响木材的正常使用,这种现象是塌陷或起皱。

3.7缩
在干燥初期,如果采用高温、高湿、干燥,容易出现收缩。

对于厚度为35mm、含水率大于60%的杨木,采用13天、14天的干燥周期,有些木材经常发生塌陷、收缩。

这些现象一般发生在含水率高的湿木材干燥过程中,尤其是在冬季。

在高温高湿条件下,木材细胞壁的构件会产生塑性。

因此,自由水的循环会压缩细胞,从而使其发生大且不规则的收缩。

当木材接近纤维饱和点时,不易发生塌陷[8]。

3.8变色
当木材处置与低温高湿的条件状态下,会发生一定程度的变色情况严重影响木材的使用效率,例如杨木等,在木材干燥的初期,当干燥条件的相对湿度超过80%时,其颜色就会变绿,同样非常容易发生变色的情况,其颜色变成紫红色。

这些缺点将降低木材的利用率[9]。

4如何防止发生以上问题
4.1为了防止表面变硬,我们制作义齿样试件(距木材端面30cm处切2.5cm长试沿宽度方向锯梳齿)检测木材的内应力。

如果齿向外伸出,说明表面有张力,需要进行中间处理(蒸汽喷涂处理)消除应力。

如果梳齿彼此平行,则表示干燥过程中没有应力[10]。

4.2.扭曲,翘和木端裂的防止
变形和翘曲是木材组织的定向收缩和木材问题。

这样,条带之间的间距就应该很短,约400mm,而且上下垂直于同一条线。

尤其对于交错木材和小直径木材,间隔器的短间距非常有利于在宽度方向发生翘曲。

有些物种,如榆树,更可能发生在严冬干燥,必须缓慢进行。

为防止阳光直射,顶部材料和压载物等重物应覆盖,以防止变形、翘曲和端部开裂。

两端的定位杆应远离木端面,越小越好,一般1-2mm。

结束语
从木材干燥的国内外现状和发展趋势看,常规干燥在目前乃至今后相当长一段时间内,仍占主导地位。

除湿(热泵)干燥、真空干燥、徹波与高频干燥以及太阳能干燥等都将在各自的适用范内有一定程度地发展。

各种组合干燥技术是今后发展的重点。

木材干燥生产的规模化和专业化是今后发展的方向之一。

木材干燥的节能和环保问题将日益受到重视。

今后木材干燥技术的发展更加依焕于干燥的理论研究和高科技。

同时高新技术的实施还依赖于现代化的信息管理系统。

总之现代化的木材干燥技术是一项集多学科的系统工程,需要联合攻关不断完善。

参考文献
[1]张壁光主编.木材科学与技术研究进展.北京:中国环境科学出版社，2004
[2]朱正贤，我国木材干燥实业的事迹回顾与展望，林产工业，2000
[3]张齐生，中国木材工业与国民经济可持续发展，林产工业，2003
[4]朱正贤等，我国木材干燥设备市场技术规范与正确导向，林产工业，2002
[5]李大纲，国内外木材干燥应力研究现状及发展趋势
[6]常建民;木材干燥应力测试技术现状及展望[J];世界林业研究;1997年06期
[7]于建芳,王喜明;木材干燥应力应变宏观模型的构筑[J];林业科学;2005年05期
[8]陈太安;赤桉干燥预热处理与干燥流变特性的研究[D];南京林业大学;2004年
[9]吕文华,肖绍琼,木乔英;西南桦木材变色的主要原因[J];北京林业大学学
报;2002年04期
[10]李维桔;木材弹性及木材干燥应力——Ⅱ、木材干燥应力[J];南京林业大学学报(自然科学版);1983年02期。