好家推薦:木材干燥的原理

木材干燥是指在保證木材品質(zhì)優(yōu)良的前提下,采用適當(dāng)?shù)尼槍π缘母稍锕に嚭驮O(shè)備對木材進(jìn)行熱濕處理,是木材中的水分連續(xù)排除的過程。
一、木材中的水分:(自由水;吸著水和化合水) 1、自由水是存在于木材大毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)(此類型在木材干燥中是很容易去除的,并且含量是最大的, 例如泡桐的自由水含量高達(dá)250%) 2、吸著水是存在于木材的微毛細(xì)管內(nèi),不同樹種的木材吸著水含量為23-33%,平均為30%,只有得到一定的能量,克服微毛細(xì)管的束縛力,吸著水才能從木材中排出,所以這種類型的水分是不容易排除的。 3、化合水存在于木材化學(xué)組成中,其含量約為1%,干燥無法除去,一般不予考慮。
二、木材干燥中常用的概念:
1、含水率:指木材中水分的含量。木材中所含水分的重量與絕干材重量之比叫絕對含水率,簡稱含水率,用W表示。
2、電測法:根據(jù)木材電學(xué)特性和含水率的關(guān)系直接測定含水率的方法。常用的有電阻式木材含水率測定儀。
3、 木材的纖維飽和點:濕木材在存在大毛細(xì)管中的自由水全部蒸發(fā)完畢,而毛細(xì)管系統(tǒng)中的吸著水還在飽和狀態(tài)時的木材含水率(自由水和吸著水的交接點)，木材纖 維飽和點是材性變異的轉(zhuǎn)折點,吸著水的增減會引起木材的脹縮而影響木材制品的尺寸穩(wěn)定性和其他木材物理學(xué)性質(zhì)。
4、木材的平衡含水率:一塊木材在熱濕空氣中過一段時間,木材中的水分與空氣中的水分不再進(jìn)行交換而達(dá)到平衡狀態(tài)的含水率叫做該空氣狀態(tài)下的平衡含水率。
三、木材干燥過程中的水分移動:
木材干燥時水分可以順纖維方向移動從板的兩端排除,也可以橫跨纖維方向移動從板的表面和側(cè)面排除, 因為鋸材的表面積和側(cè)面積大于端面積,因此鋸材干燥時的水分主要沿厚度和寬度的方向移動和排出。當(dāng)含水率高于木材纖維飽和點時以液態(tài)水移動為主,當(dāng)部分含 水率低于木材纖維飽和點時以水蒸氣或汽水混合方式移動為主。
四、木材干燥過程中的熱濕傳導(dǎo)
木材干燥時,把木材堆成材堆,借助一種既能將熱量傳給木材又能吸收木材中蒸發(fā)的水分的媒介物質(zhì),稱 為干燥介質(zhì)。干燥開始前,首先要預(yù)熱,預(yù)熱木材的介質(zhì)是飽和濕空氣或接近飽和的濕空氣,空氣中的水蒸氣將有一部分穿過界面層到達(dá)濕木材的表面,并在表面上 凝結(jié)成水,此時水蒸氣所含的汽化潛熱變?yōu)轱@熱,傳給木材表面,并由表面?zhèn)魅雰?nèi)部,木材溫度逐漸升高,當(dāng)木材表面溫度等于介質(zhì)溫度時,木材表面的水蒸氣分壓 力等于循環(huán)蒸汽流的分壓力,互相傳遞的水蒸氣數(shù)量處于平衡狀態(tài),同時,由于木材內(nèi)部的溫度低于表面溫度,干燥介質(zhì)中的熱將通過表面向內(nèi)部傳遞。
預(yù)熱過后,開始干燥時,木材蒸發(fā)面的自由水和部分吸著水在水蒸氣分壓差的作用下脫離木材進(jìn)入干燥介質(zhì)中然后被排出窯外。木材表層大毛細(xì)管的自由水首先蒸 發(fā),然后蒸發(fā)微毛細(xì)管中的吸著水,由于表面水分的蒸發(fā),是蒸發(fā)面的含水率降低,在木材的表層和內(nèi)部各層之間出現(xiàn)內(nèi)高外低的含水率梯度和內(nèi)低外高的溫度梯 度,在這兩種梯度的作用下,使內(nèi)部各層中的水分向表面移動,直到干燥完畢,木材內(nèi)外層含水率才接近一致。
含水率梯度是水分移動的動 力,水分移動方向是從高含水率向低含水率方向移動。干燥時,木材表層水分首先蒸發(fā),使表層含水率低于內(nèi)層,形成內(nèi)高外低的含水率梯度,在含水率梯度的作用 下,內(nèi)層水分向表層移動,含水率梯度越大,移動速度就越快。這種有含水率梯度而引起的水分移動的難易與木材的構(gòu)造特征和物理學(xué)性能有關(guān),密度小的比密度大 的容易,邊材比心材容易;順紋比橫紋容易;徑向比弦向容易;所以在紅木類木材干燥中,由于木材密度較大,干燥中,含水率梯度較小,所以干燥就比較困難。
溫度梯度是水分移動的另一種驅(qū)動力.木材內(nèi)部水分向表面移動的同時,表面的水分以水蒸氣的形式向空中蒸發(fā)。蒸發(fā)的能力隨干燥介質(zhì)的溫度\ 濕度\循環(huán)速度的不同而不同。木材水分的蒸發(fā)速度隨介質(zhì)溫度的增加而增加。但介質(zhì)的溫度不是越高越好,介質(zhì)溫度的高低取決于木材的干燥特性。在干燥前,先 用高溫高濕對木材進(jìn)行預(yù)熱處理,提高木材的內(nèi)部溫度后再進(jìn)行干燥,使溫度梯度和含水率梯度相一致來提高干燥速度。
干燥過程中材堆間的 介質(zhì)以一定的流速循環(huán)對流,將介質(zhì)的熱量傳給木材,從而加快木材中水分子的運動,促使木材中水分的排除,氣流循環(huán)的快慢直接影響木材水分蒸發(fā)的快慢,但是 氣流速度過快消耗太多,木材和干燥介質(zhì)不能很好的進(jìn)行熱濕交換,不能提高干燥速度。一般的選擇氣流速度為1-3米/秒。紅木干燥中氣流速度一般在1- 1.5米/秒。
五、木材的干縮和濕脹
木材失去水分是體積變小稱為干縮。反之吸收水分稱為濕脹，木材正常的干縮和濕脹量的大小與木材構(gòu)造、木材的密度、紋理方向和細(xì)胞壁的厚度及干燥條件有關(guān)。
六、干燥應(yīng)力和變形：
木材是極性物質(zhì)，在干燥的過程中并沒有改變木材本身的結(jié)構(gòu)，木材在失水過程中會產(chǎn)生尺寸變化和相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力，這也是木制品變形的元兇，如何在干燥過程中控制和充分釋放材料的應(yīng)力，這是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。微波干燥、循環(huán)干燥等都可以很好的控制木材的平緩釋放水分，有助于木材形狀的穩(wěn)定性和降低烘干損耗，但是，微波干燥成本較高、設(shè)備投入較大，只有歐美一些權(quán)威技術(shù)機(jī)構(gòu)掌握了詳盡的數(shù)據(jù)和方法，進(jìn)入需要極大的門檻。