如何提高木材干燥均匀度

    木材干燥均匀度是指窑内材堆各部位的木材干燥终含水率差异的程度,可在窑内装堆区的上、中、下、左、中、右、前、中、后部位抽取27块检验板,分别测定其终含水率,应全部达到要求的终含水率范围,如8%~12%,如有个别超出此范围,须用均方差检验是否符合《标准》的要求。

    与干燥均匀度相关的还有沿木板厚度的含水率偏差,可对上述抽样的检验板,分别测定其表层和芯层含水率,看是否符合《标准》的要求。

    影响木材干燥均匀度的因子有①干燥窑的干燥均匀性,包括风速分布是否均匀,通过材堆的气流速度是否达到1.5m/s~3m/s,气流穿过材堆的路径长短,风压是否足以克服沿程阻力,是否采用可逆风机并设定定时正反转,温度场和湿度场分布是否均匀等。②木材初含水率的均匀性〔要求同一窑被干木料必须树种相同、厚度相同、初含水率基本相同〕。③装堆、装窑是否合理,要求材堆的迎风面必须装满,尽量不留空档,以防止气流短路。

    为了提高干燥均匀度,窑干操作必须根据具体情况,适当进行“平衡处理”,即在达到终含水率要求之后,将干、湿球温度差调为10℃左右,干球温度仍为最后阶段的干球温度,保持的时间约为4h~8h/cm厚,视干燥窑的干燥均匀性和木材初含水率的均匀性等条件而定。在该条件下含水率较低的木材会减缓或停止干燥,而含水率尚未达到要求的木材仍继续干燥,使终含水率逐渐趋于均匀。

    如若干燥比较均匀,可不进行平衡处理。(翁文增)

如何控制木材干燥应力

    干燥应力是由于木板的表层和内层失水而干缩的不同步而引起的内应力。

    在干燥的前期阶段,木材表层先干燥到纤维饱和点(细胞腔中的自由水蒸发完毕,细胞壁的结合水仍处于饱和状态时的含水率)以下,已蒸发细胞壁中的结和水,使表层细胞壁发生收缩。而这时内层含水率仍处在纤维饱和点以上,细胞壁处于饱和状态而未收缩。这样,表层细胞受到内层细胞的牵制而产生张应力,内层则产生压应力。当表层张应力发展到木材的强度极限时,木材便会发生表裂。如若表层张应力未达到强度极限,表裂未发生,但当表层张应力持续时间较长时,表层便会在拉伸状态下发生一定程度的“塑性变定”而固定下来,形成一层“硬壳”,称之为“表面硬化”。如果表面硬化没有及时解除,接下来的干燥使内层的含水率降到纤维饱和点以下,内层便发生收缩。已发生表面硬化的表层反过来牵制内层的收缩,使内层出现张应力,表层出现压应力。若内层的张应力发展到木材的强度极限,木材便发生内裂。即使内裂未发生,当内、外层含水率均匀后,该应力仍会残留下来,称为“残余应力”。残余应力若不解除,会使木材在加工过程中发生变形。因此,它是一种干燥缺陷。《标准》规定一、二级材的残余应力指标分别不应超过2.5%和3.5%。

    干燥应力的发生和发展与树种、厚度、含水率阶段及干燥基准的软硬程度等因子有关。虽然软基准的缓慢干燥能缓和干燥应力,但延长干燥时间会降低生产率和增加干燥成本。因此,采用软基准来缓和干燥应力是片面的。

    通常采用调湿处理的方法来消除干燥应力:

    在常规干燥条件下,当含水率干燥掉大约1/3左右时,表层张应力有可能接近或达到最大值,这时应进行中间处理(调湿处理),即将干、湿球温度差调到3℃,干球温度不变或略升高,维持时间为针叶材1~1.5h/cm厚度,阔叶材1.5~2h/cm厚度。处理期间木材不干燥或略有吸湿,以提高塑性,消除干燥应力或消除表面硬化。厚板或硬阔叶材中间处理应进行多次。可在含水率每降低10%,或每隔2~3天处理一次。

    在窑干结束之前,即在干燥的最后阶段或平衡处理阶段结束之后,应进行终了处理,以消除残余应力。终了处理的条件依然是干、湿球温度差3℃,干球温度不变,维持时间也与中间处理相同,或略有延长。

    实践中应通过检验应力指标来对处理效果进行总结,以修正和完善调湿处理工艺。(翁文增)

如何控制木材干燥变形

    木材是干缩各向异性的非均质材料。其弦向(沿年轮方向)干缩率最大,约为8%~12%。径向(沿半径方向)干缩只接近于弦向干缩的1/2~1/3。而纵向干缩率最小,只有0.1%~0.3%,可忽略不计。不同的树种,干缩率略有差异。

    木材含水率降到纤维饱和点以下时,细胞开始收缩,直至水分蒸发完毕。在这过程中,由于木材干缩的各向异性,便根据纹理构造的不同,导致不同形状的变形。如弦切板,年轮切面上的年轮长度比年轮弦面上的年轮长度长,即年轮切面的干缩量比年轮弦面大,干缩的结果便使木板向年轮切面方向起翘成瓦形。又如年轮倾钭的方木,弦向方向的对角线干缩比径向方向对角线大,干缩结果便变成菱形。而径切板因年轮与板面垂直,两板面干缩量相等,故干缩结果不变形。在纵向方向上,若纵向纹理倾钭,干缩结果会导致纵弯和翘曲等变形。因此,木材若自由变干,其干缩变形是不可避免的,变形的形状根据纹理决定,这是木材的固有性质。

    然而,由于木材是弹性-塑性材料,我们可以通过人工干燥时的合理装堆,来控制和克服木材的干燥变形。合理装堆在于确保木板保持平整的形状,并施加一定的压力。在窑干过程中,木材干缩本欲变形,但在窑内温、湿度的作用下,使其塑性提高,又有材堆夹持的压力,木材便以夹持的形状固定下来。

    可以认为:合理装堆是控制木材干燥变形的主要手段,但对于纹理扭曲严重或节疤较多、纹理杂乱的木材,即使有合理装堆,也不能完全确保木材不变形,因为材堆中夹持木板的隔条总需要保持一定的间距。

    剧烈的干燥工艺对于木材干燥变形也有一定程度的不利影响,但可通过适当缩短隔条间距和增加堆顶压力来克服。

    至于合理装堆的方法和要求,一般在干燥窑使用说明书和木材干燥教科书中都有详细介绍,这里就不赘述了。(翁文增)

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