[科普中國]-風干木材

概述

木材干燥是在熱力作用下，按照一定規(guī)程以蒸發(fā)或沸騰的汽化方式排除木材水分的物理過程。由原木經(jīng)制材加工而成的濕板材，含有大量的水分，通常都會從表面向空氣中蒸發(fā)水分，隨時都在干燥之中；當木材在常壓下被加熱到100℃以上時，就會產(chǎn)生沸騰汽化現(xiàn)象。目前，常說的木材干燥主要是指按照一定基準有組織和有控制的人工干燥過程（也包括受氣候條件制約的大氣干燥）。

木材干燥的目的，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）防止木材變形和開裂：如果將木材干燥到其含水率與使用環(huán)境相適應(yīng)的程度，就能提高木材的尺寸穩(wěn)定性，從而防止木材干縮變形和翹曲開裂，使木材經(jīng)久耐用。

（2）提高木材力學(xué)強度和改善木材物理性能：當木材含水率低于纖維飽和點（f．s．p．）時，其力學(xué)強度會隨著木材含水率的降低而增大，反之則減?。涣硗饽静暮实倪m度降低，可改善木材的物理與加工性能、提高膠合與裝飾質(zhì)量、顯現(xiàn)木材的紋理與色澤、降低木材的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能。

（3）預(yù)防木材腐朽變質(zhì)和蟲害：木材干燥一般將其含水率控制在20%以內(nèi)，從而能破壞各種菌蟲的寄生條件，增加木材的抗腐及防蟲性能，避免產(chǎn)生腐朽、變色、蟲蛀等缺陷，確保木材的固有品質(zhì)。

（4）減輕木材重量和降低木材運輸成本：木材干燥后，能顯著減輕木材重量和降低木材運輸成本；而且可防止木材在運輸過程中遭到菌蟲危害，保證木材質(zhì)量；同時能使木材適應(yīng)后續(xù)的加工操作。

（5）提升木材和家具產(chǎn)品檔次：經(jīng)過干燥處理后的木材制成的家具，其零部件尺寸和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量有保證、檔次高。

由此可見，木材干燥是木家具制造過程中一個相當重要的工藝環(huán)節(jié)，應(yīng)當引起重視。當然，要達到以上目的，必須對木材進行合理衣I高效的干燥，如果操作不當，也會增加成本，共至造成損失。1

木材干燥方法木材干燥的方法可概括為大氣干燥和人工干燥兩大類，其中，人工干燥又可分為人工窯干、除濕干燥、太陽能干燥、真空干燥、高頻干燥、微波干燥、紅外干燥、熱壓干燥等。

（1）大氣（自然或天然）干燥：簡稱氣干，是指把木材堆積在空曠場地上或棚舍內(nèi)，利用大氣作傳熱傳濕介質(zhì)和太陽輻射的能量進行對流換熱排除木材中水分，達到干燥目的，由于受到自然條件的限制，干燥時間長、終含水率高、占場地大、易受菌蟲危害等，目前單純的大氣干燥使剛較少，而作為一種預(yù)干法與其他干燥法相結(jié)合，可縮短干燥時間、保證干燥質(zhì)遣、降低干燥成本。

（2）人工窯干：簡稱窯干，是指在干燥窯內(nèi)人為控制干燥介質(zhì)參數(shù)對木材進行對流換熱干燥的方法。按照干燥介質(zhì)溫度的不同，又分為低溫窯干（20~40℃）、常溫窯干（≤100℃）、高溫窯干（> 100℃）。木材窯干法干燥質(zhì)量好、干燥周期較短、干燥條件可調(diào)節(jié)、可達到任何要求的含水率，是目前木材含水率控制中常用的一種干燥方法。

（3）除濕（熱泵）干燥；是指用專門除濕機（熱泵）的冷風端將窯內(nèi)一部分空氣介質(zhì)冷凝除濕，并經(jīng)除濕機熱端及輔助加熱器加熱后，再與窯內(nèi)其余循環(huán)空氣混合所進行的低溫、低風速的對換熱流干燥方法。除濕干燥無環(huán)境污染、干燥溫度較低、干燥質(zhì)量較好、干燥周期較長、干燥成本較高，適合于干燥批量要求不大的木材干燥。

（4）真空干燥：是指在密閉容器內(nèi)，在負壓（真空）條件下對木材進行干燥：可以在較低的溫度下加快干燥速度，保證干燥質(zhì)量，尤其適合于滲透性較好的硬闊葉材厚板或方材的干燥。

（5）高頻或微波干燥：是指將木材置于高頻或微波電磁場中在交變電磁場作用下，木材中水分子（電介質(zhì)）反復(fù)極化，摩擦生熱，進行木材內(nèi)熱干燥。木材內(nèi)外同時均勻干燥，干燥速度快、干燥質(zhì)量好，可以保持木材天然色澤，但干燥成本高。

（6）太陽能干燥：是指利用集熱器吸收太陽輻射能加熱空氣，再通過空氣對流傳熱干燥木材。節(jié)約能源、無環(huán)境污染、干燥質(zhì)量較好、干燥成本低，但受氣候條件影響大。

（7）熱壓（接觸）干燥：又稱熱板干燥，是將木材置于熱壓乎板之間，并施加一定的壓力，進行接觸傳導(dǎo)加熱干燥木材。接觸干燥傳熱及干燥速度快，干燥木料平整光滑，尤其適合于速生人工林木材的干燥。1

木材干燥介質(zhì)在干燥窯或其他密閉容器內(nèi)，對鋸材或成材（板材、方材）進行干燥處理時，首先需把木材及其所含的水分預(yù)熱到一定溫度，這即為加熱過程；還需使已預(yù)熱的水分蒸發(fā)為水蒸氣并排出木材，這即為干燥過程、加熱和干燥都需要一種媒介物質(zhì)，先吸收加熱器表面散發(fā)的熱量，冉把熱量傳給木材，同時將木材表面蒸發(fā)出的水蒸氣帶出并排往大。這種在木材和加熱器之間起著傳熱作用、在木材和大氣之間起著傳濕作用的傳熱傳濕的媒介物質(zhì)稱為干燥介質(zhì)（通常為氣體）、常用的T燥介質(zhì)有濕空氣、飽和蒸汽、過熱蒸汽和爐氣。

（1）濕空氣：是含有水蒸氣的空氣，即以干李氣和水蒸氣為主體的混合氣體。自然界中的大氣和干燥窯內(nèi)的空氣都是濕空氣。濕空氣有不飽和與飽和之分。對于不飽和濕空氣，濕度越小，表明其繼續(xù)容納水蒸氣的能力越強；相反，濕空氣的濕度越大，表明其吸收水蒸氣的能力越小。對于飽和濕空氣，濕度達到最大，就會失去吸收水蒸氣的能力。木材f燥中常用的是不飽和濕空氣：

（2）飽和蒸汽：當液體水在一定溫度和密閉容器中汽化蒸發(fā)與蒸汽凝結(jié)成水處于兩相動平衡狀態(tài)（飽和狀態(tài)）時的水蒸氣（簡稱蒸汽），即為飽和蒸汽，其中含有懸浮沸騰水滴的蒸汽稱為濕飽和蒸汽（簡稱濕蒸汽），呈白色霧狀；而不含水滴的飽和蒸汽稱為：干飽和蒸汽（簡稱飽和蒸汽），呈無色透明狀。飽和蒸汽通常是由鍋爐產(chǎn)生的，在木材干燥作業(yè)中，有時需把飽和蒸汽直接噴入窯內(nèi)，對木材進行調(diào)濕處理；有時也需把飽和蒸汽通人窯內(nèi)加熱器中（作為載熱體），通過其他干燥介質(zhì)加熱木材。

（3）過熱蒸汽：對飽和蒸汽繼續(xù)加熱，溫度上升并高于相同壓力下飽和溫度（沸點）的蒸汽即為過熱蒸汽。過熱蒸汽是不飽和蒸汽，有容納更多水蒸氣而不致凝結(jié)的能力。一個大氣壓下溫度高于100℃的蒸汽稱為常壓過熱蒸汽。實際生產(chǎn)中使用的常壓過熱蒸汽不是從鍋爐直接供給的，從鍋爐通人窯內(nèi)加熱器中的蒸汽仍為飽和蒸汽，當從木材蒸發(fā)出來的水蒸’氣和由噴蒸管噴出的飽和蒸汽流過加熱器（熱功率較大）時，即被加熱成常壓過熱蒸汽。

（4）爐氣：是指在爐灶內(nèi)燃燒煤、木廢料、油、天然氣、煤氣等燃料而產(chǎn)生的由N、O、 、 、 等成分所組成的濕熱混合氣體。爐氣既可作為干燥介質(zhì)直接加熱干燥木材，也可作載熱體通入爐氣加熱器間接加熱干燥木材。1

干燥速度的影響因素木材干燥過程中，一方面木材內(nèi)部的水分向表面移動，另一方面木材表面的水分向周圍空氣中蒸發(fā)。為了加快干燥速度，必須促進這兩方面水分的移動。影響術(shù)材干燥速度的因素有外因也有內(nèi)因。外因是干燥介質(zhì)的狀態(tài)，包括干燥介質(zhì)的溫度、濕度和氣流速度；內(nèi)因是木材的特征，包括木材的樹種、厚度、含水率、心邊材和紋理方向等。

在木材常規(guī)干燥中，往往通過控制干燥窯窯內(nèi)f燥介質(zhì)的狀態(tài)來控制木材含水率，以達到干燥的目的。干燥介質(zhì)的溫度、濕度及氣流速度是控制木材干燥過程的重要參數(shù)，它們又稱為木材干燥三要素。

（1）干燥介質(zhì)溫度：木材溫度和木材中水分的溫度都隨介質(zhì)溫度的升高而提升。水分溫度升高后，木材中水蒸氣壓力升高，液態(tài)水的黏度降低，這都有利于促進木材中水蒸氣的向外擴散及液態(tài)水移動。提高于燥介質(zhì)的溫度，可以加熱木材、加快木材中水分移動的速度從而加快木材干燥速度，可以使干燥介質(zhì)增加容納水分的能力。但如果干燥介質(zhì)溫度過高，會使木材產(chǎn)生開裂、變色、皺縮等干燥缺陷；反之，若f燥介質(zhì)溫度過低，則會延長干燥周期。

（2）干燥介質(zhì)相對濕度：是決定木材干燥周期及干燥質(zhì)量的決定性因素。干燥介質(zhì)相對濕度越高，空氣內(nèi)水蒸氣分壓越大，木材表面的水分越不容易向空氣中蒸發(fā)，干燥速度越??；干燥介質(zhì)相對濕度越低，越有利于木材表面蒸發(fā)水分，使木材內(nèi)部含水率梯度越大，加快木材內(nèi)部水分移動，從而加速干燥進程；但如果于燥介質(zhì)相對濕度過低則會造成木材開裂、降等。因此在木材干燥進程中，因根據(jù)被干木材的特性及干燥質(zhì)量來合理調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的相對濕度。

（3）干燥介質(zhì)氣流循環(huán)速度：是干燥介質(zhì)掠過材堆的速度。高速氣流能吹散木材表面上的飽和蒸汽界層，從而改善介質(zhì)與木材之間傳熱傳濕的條件，加快干燥過程。如果干燥介質(zhì)風速過慢，干燥周期將會延長，再加上通風不良，木材表面甚至?xí)a(chǎn)生霉變：如果風速過快，木材表面則易產(chǎn)生開裂；另外，窯內(nèi)空氣循環(huán)是否均勻也會直接影響到木材的干燥質(zhì)量。

以上三個因素是可以人為控制的外因，如控制得當，可在保證質(zhì)量的前提下加快干燥速度。例如，干燥針葉材或軟闊葉材薄板時，可大幅度提高干燥溫度，適當降低介質(zhì)濕度并采用較高的氣流速度以加快干燥過程。但干燥硬闊葉材特別是厚板時，宜采用較低的溫度和較高的濕度特別是干燥前期，以免木材開裂等缺陷產(chǎn)生。此外，氣流速度的提高也大大增加了電力消耗，且干燥硬闊葉材厚板時，木料內(nèi)部的水分較難移動到表面，因此，木材內(nèi)部水分的移動制約了干燥速度，這時加大氣流速度，以加速表面水分的蒸發(fā)，已沒有實際意義了。放干燥硬闊葉材時，宜采用較低的氣流速度。因此，只有合理控制干燥介質(zhì)的溫度、相對濕度及窯內(nèi)空氣掠過材堆的速度（干燥介質(zhì)風速）等參數(shù)，才能對木材進行正確、高效的干燥。

樹種是影響干燥速度的主要內(nèi)因。密度大、木射線寬的環(huán)孔硬闊葉樹材，內(nèi)部水分很難向表面移動，而且木材很容易開裂，這就影響了干燥速度。

木料厚度、含水率也影響干燥速度，厚度越小含水率越高，木材中的水分越容易向表面移動，干燥速度越快。

心材細胞中內(nèi)含物較多，一定程度上妨礙了木材內(nèi)部的水分移動，故心材干燥速度通常低于邊材。

木射線是木材中水分橫向移動的主要通道，又木料q，水分主要靠沿厚度方向的移動，因此，弦切板通常比徑切板干燥速度快。1