速生楊木干燥特性研究

張 靜，劉紀建

（河北省塞罕壩機械林場河北圍場縣 068450）

木材的干燥關乎到日常生活中的家居用品和其他木制品的質量，纖維飽和點以上時，木材內(nèi)自由水的移動很少影響木材的干燥質量，但是在纖維飽和點以下時，木材在干燥過程中會因為干燥應力產(chǎn)生干縮和濕漲現(xiàn)象。若木材不經(jīng)過干燥處理，在使用過程中與大氣中的水分接觸就會發(fā)生濕漲現(xiàn)象，導致木材漲裂，地板翹起，木門、抽屜關不上等現(xiàn)象都是濕漲造成的；相反，當空氣過于干燥時，空氣中的水分小于木材的水分含量，就會發(fā)生干縮，木質門、窗的縫隙變大，木材開裂、變形[1]。因此，研究木材的干燥特性顯得十分重要，本文以速生楊木為材料，研究了其干燥的特性。

1 基本理論

1.1 初含水率的計算方法

在烘箱將試件加工到絕干狀態(tài)時，利用初始重量和絕干重量可以得到初始含水率。具體的計算公式：

在上述公式中：W初——試件的初始含水率（%）；M初——試件的初始重量（g）；M絕——試件的絕干重量（g）。

1.2 檢測板絕干重的計算

從上述木材含水率的計算公式（1）中可以得出檢測板的絕干重的計算公式：

式中：M絕——檢測板的絕干重量（g）。

1.3 檢測時刻含水率的計算

檢測板在干燥試驗過程后期，絕干條件的測定時，每個2小時測量1次，需要測量當時的含水率。當時含水率的計算公式為：

式中：M當——試件的稱量當時的含水率（%）；M絕——試件的絕干重量（g）。

2 速生楊木的干燥工藝試驗

2.1 試驗材料

將北京楊鋸切成規(guī)格為500mm×60nm×25mm的試件，表面刨光，去除端面的木毛和毛刺，使端面清潔，便于觀察。在板材的兩端距端部20mm處鋸取2片10mm厚的木片作為初含水率試驗片。初始含水率在110%左右，分別進行含水率變化、終含水率、分層含水率和干燥應力的實驗。

2.2 含水率檢測板試驗

規(guī)格為500mm×60nm×25mm。鋸解過程中選取每塊板兩端的10mm厚的木片作為初含水率的測試片，如圖1所示，鋸解完檢測板，立即用電子天平稱量，記錄檢測板的初始重量M初，然后放入烘箱內(nèi)，在103℃的溫度下連續(xù)干燥8小時，8小時后取出來稱量試件的重量，然后再放入烘箱中，每隔2個小時稱量1次，直到2次稱量的誤差小于0.01g，認為試件達到了絕干狀態(tài)。

圖1 檢測板試件的示意圖

2.3 分層含水率的檢測板

格均為500mm×60nm×25mm。沿木材長度方向鋸解20mm的試件，鋸解方式和圖1一樣，再將時間沿厚度方向分為3層，測量每層的含水率，比較各層的含水率的不同。分層含水率檢測板的示意圖如下：

圖2 分層含水率的檢測板示意圖

3 結果與分析

上述分別設計了速生楊木干燥過程中的初始含水率、分層含水率和干燥應力的測量方法和計算方法，從這3個方面分析了速生楊木干燥的特性。速生楊木干燥的基準見表1。

根據(jù)此干燥基準，對速生楊木進行干燥處理，在不同的含水率階段采用不同的干球溫度和濕球溫度。

3.1 初始含水率的試驗結果

分別從9塊大的鋸材中鋸解2塊小的試件，做初始含水率的計算，每一塊大的鋸材的初始含水率可以用2個小的試件的平均值表示：

表1 常規(guī)干燥基準

分別測量干燥0小時、2小時、4小時、6小時、8小時、10小時、12小時的干燥質量，得到不同時刻的含水率的變化，從9塊大的鋸材中選取3塊，以大鋸材中的小試件去反映大鋸材的含水率，做不同時刻初始含水率的比較，得到表2：

表2 初始含水率隨時間的變化

從上述表中可以用兩端小的試件的含水率去表示大試件的含水率，用2個小試件做平均值得出大試件的含水率，再做9塊試件的平均含水率，為133.2%。這種方法較為準確地描述試件的初始含水率。

3.2 干燥曲線

做9塊大試件的不同干燥時間的平均含水率，做整體含水率隨時間的變化曲線。

圖3 含水率隨時間變化曲線圖

從圖3中可以看出，在常規(guī)干燥過程中，木材內(nèi)部含水率的變化主要分為兩個階段：

第1個階段是0～8小時的快速干燥階段，平均干燥速度為15%/h，此階段水分的遷移主要是自由水的滲透和結合水的擴散，水分干燥速度快，內(nèi)部干燥應力比較大，木材容易開裂和皺縮。

第2個階段是8小時以后，此階段木材的含水率基本上不再變化，這是因為在8小時以后木材內(nèi)部水分基本遷移完畢，木材達到平衡狀態(tài)，水分不再變化。

3.3 干燥質量分析

3.3.1 終含水率的試驗結果。在干燥后的9塊大試件中任選1塊，取3個500mm×60nm×25mm的小試件，測量初始重量，再放入干燥箱中絕干，測試件的最終含水率（見表3），最終含水率反映了木材含水率的狀況，含水率的多少影響木材的密度和質量。

表3 試件的終含水率

由上述3個試件的終含水率得出大試件的平均含水率為13.8%。

3.3.2 分層含水率的試驗結果。從圖4中可以看出，速生楊木材干燥過程中，不同的層含水率的變化情況不一樣，靠近邊層的初始含水率低于平均含水率，靠近芯層的含水率高于平均含水率，再計算分層含水率的差值：△W=（W1+W3）/2-W2（5）

式中，△W是邊層含水率和芯層含水率的差值，W1、W2、W3分別表示，取試件的第 1、2、3 層含水率，通過上面不同層含水率，可以得出△W 為 -3.8，△W 絕對值越大表示干燥越不均勻。

4 結論

本研究以速生楊木為對象，研究了木材在干燥過程中的干燥特性，分別從2個方面闡述了速生楊木的干燥特性：（1）干燥過程含水率隨時間的變化。（2）干燥質量的分析，包括終含水率、分層含水率、干燥殘余應力。得出以下結論：（1）由干燥含水率的變化可知，木材干燥在干燥初期干燥速度比較快，干燥末期木材處于絕干狀態(tài)，含水率不再變化。（2）由終含水率的計算方法，得到干燥后的試件的終含水率為13.8，接近外界的空氣濕度。（3）分層含水率，靠近邊層的初始含水率比較低，芯層含水率比較高，邊層和芯層的絕對值為3.8%，說明在干燥過程中，干燥不均勻。

圖4 不同層含水率隨時間的變化