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木材干燥基準種類及應用技術

時間:2011-05-27   來源:互聯網   編輯:宇達電子   

干燥基準的定義:
木材的干燥過程是木材中水分蒸發的過程,由于木材中水分和木材的結構關系不同,各階段木材中水分的性質就不同,而與此對應的木材的性質就不同。因此,在木材的干燥過程中我們要合理地控制木材中水分的蒸發過程,以做到在保證干燥質量的前提下,盡量提干燥速度。那么如何合理地控制水分蒸發過程呢?通常的做法是根據木材的性質、規格和含水率,控制木材中水分蒸發的強度。干燥基準就是根據干燥時間和木材狀態(含水率、應力)的變化而編制的干燥介質溫度和濕度變化的程序表,在實際干燥過程中,正確執行這個程序表,就可以合理地控制木材的干燥過程,從而保證木材的干燥質量。
一、干燥基準的種類
按照干燥過程的控制因素通常將干燥基準分為時間干燥基準、含水率干燥基準、波動基準、連續升溫干燥基準和干燥梯度基準。
(1)時間干燥基準:是按干燥時間控制干燥過程,制定介質參數的大小,即把這個干燥過程所需要的時間分為若干個時間階段,規定每個時間階段的權重,并按每一時間階段規定相應的介質溫度和濕度。
(2)含水率干燥基準:是按木材的含水率控制干燥過程,制定介質參數的大小,即在整個干燥過程中按含水率階段的幅度劃分成幾個階段,并按階段制定出相應的介質溫度和濕度。
(3)波動基準:對于那些硬闊葉樹材的厚板,因其干燥較為困難,在干燥過程中容易產生很大的含水率梯度。為了加快干燥速度,避免產生較大的含水率梯度,可采用波動式干燥基準,即在整個含水率階段,介質的溫度做升、降低反復波動變化;而介質溫度在干燥前期逐漸升、在干燥后期做波動變化的,叫做半波動式干燥基準。
(4)連續升溫干燥基準:20世紀60年代末,D.S.Dedrick申請了連續升溫工藝,原理是:干球溫度從環境實際溫度開始,在干燥過程中,根據鋸材的樹種、厚度和干燥質量要求,等速上升干球溫度,相對濕度不控制,也不進行中間處理,但要求干燥介質以層流狀態流過(氣流速度為0.5~1m/s),不改變氣流方向。為了保持干燥介質和木材溫度之間的溫差為常數,在木材的整個干燥過程中,勻速升干燥介質的溫度,從而恒定干燥介質傳給木材的熱流量,并使木材的干燥速度基本保持一致。
(5)干燥梯度基準:部分自動控制木材干燥過程采用了干燥梯度基準,干燥梯度就是木材的平均含水率與干燥介質平衡含水率之比。在自動控制木材干燥過程中,木材的含水率和干燥介質的平衡含水率都可以用電測含水率法實現動態測量,而干燥介質的平衡含水率是可以通過調節其溫度和濕度得以控制,從而控制干燥梯度。在干燥梯度基準中,規定了不同階段的干燥梯度,這樣可以根據木材的含水率控制干燥介質的平衡含水率,并得以控制木材的干燥速度。
二、干燥基準的制定
新樹種的干燥基準需要制定,在制定新干燥基準以前,需了解木材的構造和其物理力學性能,特別是木材的密度和干縮系數,并以性質相近的樹種的干燥基準作為參考?;蛘咪徣⌒≡嚇臃旁诟稍锵鋬雀稍?,觀察其干燥狀況。還可以將待擬訂干燥基準的木材放在一起做烘干實驗,觀察試材的干燥狀況,再根據鋸材對干燥的反映,分樹種進行試驗,來制定干燥基準。制定干燥基準的方法有:比較法、分析研究法、圖表法和百度試驗法。本文采用百度試驗法制定干燥基準。
木材溫熱處理及工藝:
一般木材干燥中,溫度<100度為常規干燥,100--150度為溫干燥,>150度為溫干燥.木材的熱處理就是利用木材在接近或于200度的溫低氧含量環境中,持續處理一定時間后,使木材中半纖維素降解,木材細胞壁中羥基減少,木材的吸濕性能下降,尺寸穩定性及耐生物破環性得到改善.因此,溫熱處理的木材被作為一個新型材料被廣泛關注.
處理工藝對于材料的影響至關重要,如處理溫度、處理時間、加熱速率、木材樹種、試件的重量與尺寸、初含水率等參數,都會影響產品的終性能。處理工藝的確定主要是依產品的使用目的,在吸水性能改善與力學性能降低之間優化,找到可接受的平衡點。根據處理所使用介質不同,處理工藝主要分為三種。
一、蒸汽處理工藝
芬蘭對濕熱處理木材的研究開始較早,經過十幾年的發展,生產技術已經比較成熟。處理過程中,用水蒸汽來防止木材燃燒,處理環境中氧氣含量控制在3%--5%以下。處理過程分為3個步驟:1)升溫過程、包括預熱、溫干燥及再升溫階段;2)實際熱處理階段;3)冷卻及平衡階段。
所處理的木材樹種包括松木、云杉、樺木及楊木。因為樹種不同,其化學組成和細胞結構不同,所以熱處理參數選擇和終效果均有所不同。
1)松木是熱處理較適宜的材種之一,通常用于室外,且熱處理工藝較劇烈。存在的問題是松木處理后流出的松脂,給處理設備及后期加工帶來麻煩。但同時,脫脂松木的使用途徑有所擴大。2)樺木處理的目的是獲得良好的顏色及表面質量。3)楊木熱處理后可用于室內,特別是用于桑拿房的裝修。
經熱處理后的木材與未處理材相比,顯著的變化是平衡含水率的降低,繼而與其相關的脹縮性均有所改善。試驗證明,當處理溫度過200度時,松木的耐候性和耐腐性較好,樺木和楊木處理后大的變化是,木材含水率變化對其尺寸穩定性的影響顯著改善??傮w結果表明,材質較均勻的徑向材處理效果較好,而含有節子或弦向材處理后則缺陷較多。
荷蘭采用的蒸汽處理工藝有所不同,包括2個階段:1)熱解過程,將生材或汽干材在160--190度的壓環境下進行處理,再用傳統窯干干燥,使處理后的木材達到較低含水率(約10%);2)將干燥好的產品再次加熱至170--190度,處理時間依木材種類,厚度等因素而異。
對處理木材耐腐性的試驗結果顯示,其耐腐性有顯著提;另外處理后材料的吸濕性下降,且吸濕曲線與解吸曲線的間距明顯大于未處理材,從而減小了在不同氣候條件下,弦徑向脹縮差引起變形的發生。
法國直接利用生材進行蒸汽處理。在干燥窯內,木材被加熱到230度。蒸汽主要來自木材中的水分。經溫處理后,木材的吸濕性較未處理材低,一般的濕環境下,含水率只有4%---5%,而未處理材在相同環境下約為10%---12%。
二、惰性氣體處理工藝
法國的木材溫熱處理,其研究初衷是為了改進木材在不同氣候條件的尺寸穩定性,通過溫熱處理,致使木材的吸濕性發生改變。處理過程是在充滿氮氣的特殊處理室中進行,要求室內含氧量低于2%,含水率12%左右的木材被緩慢加熱到210---240度進行處理。結果顯示:處理后木材的吸濕性能明顯降低,且溫處理(230--240度)過程可破壞腐朽菌所需求的營養成分,耐腐性能更好;但同時,處理也會造成木材顏色變暗,強度降低,MOR損失40%,且木才脆性增加。
三、熱油處理工藝
精度和加拿大的木材熱處理是在熱油(植物油、如油菜籽、亞麻籽、葵花籽油等)中進行的,使木材在處理過程中與氧氣充分隔離,且熱傳遞效率。研究結果顯示,在處理溫度為220度時,可獲得較好的耐久性和小的吸油量。同時發現,為獲得木材的耐久性和大的強度,處理溫度宜在180---200度間,吸油量也在廳控較小范圍內。所處理的木材種類以云杉和松木為主,在經過220度約4h的處理后,木材纖維飽和點降為14%,而通常的纖維飽和點為29%。此方法的缺點是,處理成本較,且存在著廢油的凈化及廢棄處理問題。
蒸氣干燥木材方式的特點:
一、木材內外溫度基本一致
  由于微波是穿透木材,直接激化水分子,產生熱量,所以內部溫度還略于外部,這樣可大限度避免木材出現用傳統加熱法干燥木材的溫度梯度而產生的變形、開裂、干縮等問題,能顯著提木材的利用率。
  二、木材定型好,可直接干燥木制半成品
  經微波干燥的木材,能完消除木材內應力,所以能干燥經初加工的木制品。打破歷來家具生產工藝是先將板、木方材干燥好后再剖成零部件進行加工的工藝,改為先將板、木方料根據家具結構的需要,先加工成直、曲線的規格,再進入微波干燥。這樣,一方面不再將加工中的邊角余料(約占30%)干燥,加工中的木屑、刨花(約占15%)均不進窯,既節約能源又提了干燥窯的利用率;另外,因先下料再干燥使木材中原有缺陷不再擴展,可提木材利用率15%-20%,其經濟效益十分顯著。
  三、選擇性加熱,干燥速度快,節約能源
  微波干燥木材的一個顯著特點是具有選擇性,含水率的部分吸收微波多,產生的熱量大,反之則產生熱量小,加上木材是內部整體生熱,沒有熱慣性,也沒有熱傳輸損耗,所以干燥速度比傳統蒸氣加熱法快10倍以上,從而大大節約能源。
  四、可保持木材的原色澤亦能殺蟲滅菌
  傳統干燥法因濕度大,時間長,普遍存在干燥后材質降低、變色、變黑的問題,用在家具上則降低了檔次,微波則因時間短,在干燥的過程中同時殺蟲、滅菌,且效果顯著,所以木材在微波中干燥、色、不降等特別是貴重木材,使用更。
五、可減少干燥工藝流程,節約設備投資及場地占用,便于使用者的操作
  因為微波干燥木材一般不需浸泡、蒸煮、噴蒸等工藝流程,僅需一臺設備即可完成。因此,設備簡化、占用場地少,同時工藝簡便易實現自動化控制,操作時僅需將干燥時間設定好,到時自動停機。過程沒有毒氣體或有毒有害液體外排,因此,屬于環保設備。
  除上述幾大特點外,微波干燥木材特別適用于木材初含水率在25%左右,干至終含水率10-8%或更低,其干燥成本在80元/M3左右,對成型的半成品干燥因減少開裂、變形一項就可節約木材15%以上,這對價格較貴重的木材更顯出其價值來,經濟效益十分顯著。 因此,在大力提倡保護生態環境、節約木材、節約能源,降低成本和消除污染的情況下,微波干燥木材以其干燥速度快、干燥質量好,木材利用率等特點,將會被家具及木材加工行業廣泛地應用而顯示出美好的前景。

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