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木材的干燥方法

信息来源:安博体育注册手机客户端   2023-10-04 14:10:13

  在制作木家具之前,必须对木材进行干燥处理,将含水率过大的木材干燥到做家具所要求的数值,即含水率为10%~15%。木材干燥的目的:一是能防止零部件发生变形和开裂,延长木器常规使用的寿命。当木材干燥质量达不到标准,其含水率在纤维饱和点以下的范围内发生明显的变化时,木材就会发生干缩和湿胀,使木制品发生翘曲变形和开裂。二是能提前和改善木家具零件的力学性能和加工性能。当木材含水率低于纤维饱和点肘,木材的力学强度将随着含水率的降低而有所提高。同时,其加工性能也大为改善,使锯割、刨削轻快,加工表面无毛刺,木器零件之间胶合强度大,着色涂饰有光泽,装扮修饰的效果好。三是能防止木腐菌的侵蚀,能杀死木材中寄生虫卵,使木材免受虫蛀的危害。四是使所生产的木家具能适应各地区温度和湿度的差异。

  木材内部的水分在一定条件下可以在木材内部移动。木材干燥时,木材表面的水分道德蒸发,表面的水分慢慢地减少,内部水分便向表面移动。木材在干燥过程中,沿木材厚度方向,其内层含水率逐渐高于外层含水率。木材内部与表面含水率的差异称为含水率梯度。木材含水率梯度大时,水分移动就快;梯度小时,水分移动就慢。所以木材含水率的梯度越大,越有利于木材水分的蒸发。(2)木材温度内高外低,利于水分蒸发。木材干燥时,通过对木材周围空气加温来提高木材水分的温度。从而使木材中水蒸气的压力和液态水的流动速度加大,这样子就能够加快木材的干燥速度。木材的温度通常是外高内低的,这种温度差异称为温度梯度。木材中的水分是由温度高的部位移向温度低的部位。于是就出现这样的一对矛盾:一种原因是对木材加热干燥处理时,木材表面温度高于材芯内部温度,迫使水分由木材表面向材芯内部移动;另一方面是木材内部的含水率高于外部含水率,含水率梯度是内高外低的,迫使水分由内部向外部移动。这两个方向相反的水分移动互相对抗,致使在离木材表面不远的地方出现一个水分移动缓慢的区域,使木材干燥过程不能均衡地进行。未解决这一对矛盾,具体措施是:首先用高温、高湿对木材进行预热处理,使木材从里到外充分热透,然后再降低空气的温度、湿度,使得含水率梯度与温度梯度一致,木材干燥便能顺利进行。

  空气湿度可用绝对湿度和相对湿度两种方式来表示。相对湿度与温度有关,温度上升,相对湿度就会减小;反之,温度降低,相对湿度就会增大,温度降低到某些特定的程度时,空气将会被水蒸气所饱和,这时的温度叫露点温度。如果这时温度再继续下降,或者喷入水蒸气,空气就会出现凝结水。

  相对湿度是木材干燥的一个主要的因素。在同一温度下,相对温度低,木材平衡含水率就降低,如果燥处理的木材含水率大于平衡含水率,则木材中的水分将逐渐向外扩散,直至达到平衡为止。从提高木材干燥速度考虑,相对湿度越低,越有利于木材水分的蒸发。但从干燥质量上考虑,相对湿度越低,水分蒸发太快,会导致木材开裂和变形等缺陷的增加。因此,在确定木材干燥工艺时,要合理地控制空气的相对湿度。

  在人工干燥窑(室)内,往往设置有干球式和湿球式温度计,通过观察干球和湿球的温度,再从湿度表中查出空气的相对湿度,以便操作者掌握窑内干燥过程中的相对湿度。

  木材的干燥过程,是通过它周围的气流一方面把热量均匀传递给木材,另一方面驱走木材表面的水蒸气。与此同时,使木材中的水分迅速向表面移动。但气流速度过大又会使木材表层水分扩散太快而引起表面硬化,这样反而延长了木材干燥周期和影响干燥质量。所以只有适当提高气体循环速度,才能改善热量和水分的传递,加快木材的干燥过程。

  木材受热初期,自由水开始排出,这时并不影响木材尺寸的变化。当木材含水率降低到纤维饱和点以下,吸着水排出时,木材便发生收缩。由于木材内部含水率高于外表含水率,这种差异使得木材内部受到外表干缩的压力,这种压力称为木材的应力。用窑干法干燥的木材,因为快速的干燥会形成很大的含水率梯度,因而随时会在木材内部产生应力变化。为了能够更好的保证木材的干燥质量,需要在干燥过程的初期、中期和末期进行喷蒸气处理。

  二、自然干燥法自然干燥也称大气干燥或天然干燥。自然干燥法是将木材堆放在空旷的场地内,或通风的棚舍下,利用流动的空气传热、传湿和太阳的辐射,逐渐将木材中的水分慢慢蒸发掉,达到干燥的目的。

  自然干燥法的优点是:不需要永久性建筑物,也不需要能源和复杂的机械设备,工艺技术简单,比较经济,易于实施,而且木材收缩率比人工干燥的小,内部应力较小,干燥质量较高。自然干燥法的缺点是:干燥程度只能达到当时当地的平衡含水率,占用场地大,干燥条件不易控制;干燥时间最短的要几个月,最长的则要一两年;干燥期间易发生虫蛀、腐朽、变色,降低木材质量;需要较健全的安全防火设备。尽管自然干燥法存在较多缺点,但目前仍然被广泛采用,一些家具厂即使具有室内干燥设备的,在进行室内干燥之前也往往先把木材进行自然干燥一段时间,然后再进行室内人工干燥处理,这样做才能够缩短室内干燥时间。

  自然干燥法堆放成材的场地应当干燥、平整,略带坡度,以便于排除积水,并且应当通风良好。注意场地周围的安全防火,远离锅炉房或处于锅炉房上风方向;场地上不得堆放刨花、木屑等易燃物品,健全防火制度和配置防火设备。

  木材的堆积须有坚固的堆基和顶盖。设置堆基的目的是为了能够更好的保证堆底通风良好。南方地区的堆基一般高500mm~750mm,北方地区可略低些。堆基的基脚在地平面上的断面尺寸应不小600mm×600mm,以免下沉。堆基可用混凝土、砖、石等防腐材料制造成。设顶盖的目的是为了预防雨水浸淋和阳光照射木材。顶盖可利用板皮或板材扎成,顶盖应有12%的坡度,四面应伸出材堆0.5m~0.75m。顶盖必须牢固地缚在材堆上,以保证安全。

  堆积木材时,层与层之间一般要使用垫木,将各层隔开,便于空气流通和水分蒸发。厚度在45mm以下的板材,垫木断面尺寸可取50mm×35mm;较厚的板材,断面尺寸则取25mm×40mm。垫木设置的疏密视材种、厚度及木堆高度而定,一般间距为300mm~700mm。对于易弯曲变形、木堆较高的,垫木间的间隔宜放得密些。反之,可放得疏些。垫木可放于离材端100mm~150mm处,原则是材端不应有下垂现象。对于特别容易开裂的硬阔叶材,可采用埋头堆置法,并且使正板面(朝向树皮的板面)向下平放在隔条上,以减少开裂。

  同一层的板材之间,须留空隙,最好使空隙均匀地向材堆中心逐渐加大,中间的空隙为边缘空隙的3倍。空隙的大小要根据板材宽度确定;板材宽250mm以下时,空隙为板材宽度的1/2~3/4;板宽为250mm~450mm的,空隙为宽度的1/3~1/2;板材宽大于450mm时,空隙为宽度的1/5~1/3。空气越湿,材料越薄,含水率越高,则要求空隙越大。空隙沿材堆高度方向由下而上的排列,尽可能垂直成一线,形成垂直通道。

  对于尺寸较小的针叶材、软阔叶材,如果数量不多,又急需达到气干状态时,可采用×形堆积、三角形堆积、交搭堆积、纵横堆积、交替倾斜堆积等方法。

  为了提高自然干燥的速度,可用鼓风机在材堆内造成每秒1m以上的强制气流。将材堆内的水蒸气及时驱走,以加快木材水分的蒸发,这种方法称为强制气干法。

  三、人工干燥法木材人工干燥的方法很多,在我国采用得最普遍的是窑干法,即是将木材放在保暖性和气密性都很好的特制建筑物或金属容器内,利用加湿、加热设备,人为地控制干燥介质的温度、湿度和气流速度,对木材进行干燥处理的方法。

  窑干法与自然干燥法相比较,窑干法工艺复杂,一定要有一定设备,成本比较高。但是,窑干法的干燥速度快,最终含水率不受地区、季节影响,便于实行机械化和自动化生产。若干燥工艺选择得当,控制得好,干燥质量比自然干燥法还好,所以窑干法最具有实用价值。窑干方法很多,按干燥方式分,有周期式干燥窑法和连续式干燥窑法;按窑内气流循环的方式分,有自然循环干燥窑法和强制循环干燥窑法;按窑内干燥介质分,有空气干燥窑法(或称蒸气干燥窑法)、过热蒸气干燥窑法和炉气干燥窑法。以下介绍几种常用的干燥方法:1.烟薰干燥法

  烟薰干燥法又称地坑干燥法、热坑法。它是利用窑内锯末、刨屑、碎木料燃烧产生的热烟来干燥木材的,它属于周期式自然循环炉气干燥窑法。

  烟熏干燥窑净高3m左右,一般宽3m,长6m,屋面结构用钢筋混凝土或砖拱构成,内壁要刷二遍耐酸砂浆和一遍沥青,保护建筑物不受腐蚀,屋面不允许用木结构。在屋的中央挖一地坑,地坑深2.2m,宽1.5m,长4m。屋顶要设置排气孔。

  操作时,将需要干燥的木料堆积在室外的小车上,在室内将锯末、碎木等倒入坑内,锯末数量根据烘干木料的初含水率和板厚而定,使其能燃烧到一次干燥终了,如烘干40mm~50m厚的木板时,装人锯末高度为700m~900mm,一次装入,随装随踏实,装好后在锯末上面铺一层刨花,刨花上铺一层木柴。将室内地面上的刨花清洗整理干净后,即可点火,木柴烧完锯末即被点燃,将窑内无明火时,将装木料的小车堆入窑内,关上窑门并用泥封好。经过4天~7天后锯末燃烧完毕,等待木材冷却后即可出窑。

  烟熏干燥法设备简单,投资少,见效快,成本低,如操作得当,质量也较好,但木材表面容易发黑,操作不方便,锯末又在材堆之下,燃烧情况难控制,易发生火灾。因此,可将锯末改在附近棚内地下炉灶中燃烧,烟气从地下烟道通往材堆底部。烟熏干燥法只适合小型家具厂使用。

  2.蒸气干燥法蒸气干燥方法是以蒸气加热窑内空气,再通过强制循环的空气把热量带给木材,使木材水分不断向外扩散。强制通风的方法有轴流式风扇通风和离心式鼓风机通风两种形式。

  干燥炉设备装置有:散热器:目前常用的散热器有钢管式和肋形暖气管式。散热器应尽量设在风口上,以便把散热器的热量均匀地传给木材。散热器的进气端应装有减压阀,把气压控制在78.4×10

  Pa以下,排气端装有气水分离器。喷蒸气管:在窑内两侧各装有一根喷蒸气管。喷蒸气管贯通整个窑长。它是用直径25mm~30mm的钢管制成,管壁上钻有直径为2mm~3mm的喷气孔,孔距为300mm~500mm,钻孔方位要使蒸气喷射方向和气流方向一致。喷蒸气的作用是提高窑内初期温度,增加窑内相对湿度,消除木材干燥时产生的有害应力。风机:风机的作用是强制空气按预定方向循环,一般都会采用轴流风机。每台轴流风机各用一台电动机通过短轴来驱动。风扇前端没有纵向隔风板,在窑的另一侧设有倾斜一定角度的挡风板,由隔风板和挡风板引导流动空气吹向材堆。窑内风速要适当,风速越大,水分散发越快。但水分散发太快又会使木材产生表面硬化。

  进排气道:在窑顶上设有进排气道,并有调节气门。木材干燥过程,可根据干燥基准要求控制气门开关,调节窑内温度和湿度,吸人窑外新鲜空气,排出窑内湿气。温度计:温度计是用于掌握窑内温度、湿度的仪器。一般常用的有水银温度计、压力指针温度计、电气温度计等。为了掌握窑内相对湿度,温度计应同时具有干球和湿球温度计。

  干燥基准:即为木材干燥过程的各个阶段所确定的温度、湿度、时间等因素之间的关系。木材行业根据不同树种、不一样的材料的厚度等涉及干燥难易程度的因素,编制了许多个基准。在木材干燥过程中,只要选准干燥基准,并遵照干燥基准调节窑内的温度、湿度,干燥质量就得到保证。

  我国的干燥基准分为时间基准和含水率基准两种。时间基准多用于干燥易干、较薄的板材;含水率基准多用于较难干燥的树种及大断面的成材。对于干燥质量发展要求较高,又不甚了解木材的性质和使用不熟悉的干燥窑时,应选择含水率基准,然后根据真实的情况确定成熟的干燥基准。

  操作方法:在推人材堆之前应对窑进行烘热。木材进窑后,关闭窑门和全部进排气道,打开喷蒸气管的阀门,对木材进行预热处理,使木材热透和表面吸收水分,达到内外水分平衡,以防止木材表面硬化,消除应力。预热时间的空气温度,比干燥基准第一阶段的温度应高8℃~10℃,目的是使木材内部的温度也同样升高。预热以后,木材内部已热透到所需要的程度,便关闭喷蒸气阀门,开始按干燥基准要求做干燥。

  干燥过程,空气中水分含量的调节主要是依靠对进排气道的控制。进排气道的调节气门开大一些,窑内湿度就低些。反之,湿度就高一些。只有在预热处理、中间处理和终了期间,才使用喷蒸气的办法迅速提高湿度。

  在干燥中期,木材表层发生塑性变形,外壳变硬,阻碍了木材内部干缩,木材外部因受内部干缩趋势压缩,产生压应力;内部因受外部塑化变形固定,产生张应力。这时,需进行中间处理,以提高窑内介质温度和相对湿度,消除应力。中间处理和预热处理一样,需要关闭进排气道,打开喷蒸气管阀门,并使窑内温度保持比当时基准阶段所规定的温度高6℃~10℃,使其含水率达到平衡,水分不从木材内蒸发出来,消除应力,解除硬化。

  如果平均含水率已达到预定的标准,但木材内部还残存着有害的应力时,就应进行终期处理。终期处理期间,窑内温度应该比基准最后阶段所规定的高6℃~10℃。湿度则应该比所要求的终期含水率高4%~6%。终期处理的时间,要根据材种和应力等详细情况确定,通常要6小时~8小时。

  待木材的最终含水率和干燥质量都符合标准要求时,干燥过程即可停止。关闭蒸发管,停止风机的运转,关闭进排气道,待木材在窑内冷却到40℃~50℃时,打开窑门,等待窑内木材继续冷却至不高于室外温度20℃时,木材方可出窑,这样做才能够避免热木材和冷空气突然接触造成木材开裂。

  蒸气加热干燥法,能控制窑内的温度、湿度。在干燥中出现木材缺陷,可以及时补救,而且干燥时间短。它是家具厂广泛采用的一种干燥方法。

  红外线按其波长所在位置可分为近红外线和远红外线。当红外线辐射到达物体时,会出现反射、穿透和吸收三种情况,只有当红外线被物体吸收后,其幅射能量才能转变成热能,从而引起物体分子共振,加速分子的运动,使物质升温。而远红外线比近红外线要更少被物体反射和穿透,更多被物体吸收而转化为热能。远红外线不是由电灯炮的灯丝等热源直接发射出来的,它是通过热源加热特种陶瓷辐射发射出来的。热源可以用电、煤气、天然气、蒸气作为热能,特种陶瓷辐射器是由含有金属氧化物或碳、硫、硼、氮等化合物制成的板状、管形、片状辐射元件或金属网辐射元件。由于用远红外线干燥木材具有节约能源、生产周期短、效率高、内外均衡、质量好、操作容易、维修方便、安全可靠、造价低等优点,如能找到适当的复合陶瓷材料,此方法是很有发展前途的。

  真空干燥法是将木材放在圆筒形的密闭容器内,在低压下干燥。对密闭容器抽真空时,容器内水的沸点降低,木材中的水分开始汽化,并急剧地造成了内高外低的压力梯度。木材内部水分是从压力高区向低区传导,压差越大,传导速度越快,这样的情况有助于木材中水分排出。

  ①经1小时—2小时的喷蒸气处理后的木材,其内部温度提高到70℃~90℃。

  ②一面由加热管加热木材,一面根据不同的树种、不同的含水率开始减压。随着干燥的进行,适当地提高真空度。

  ③减压中,如木材温度降低过多时,应暂时停止减压,并进行轻度的喷蒸气处理,使木材再度加热,然后再反复减压、加热,逐渐提高真空度。

  ④在含水率达纤维饱和点以下时,采取更高的温度和更高的真空度。需要再加热时,如仍用喷蒸气处理,则相反会吸湿。因此应采取送人具有适当温度、湿度的热空气,或用加热器加热的办法。

  真空干燥法,虽然设备和操作都很复杂,成本高,但干燥效果较好。目前我国有些家具厂已逐步推广使用。