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木材含水率与木材加工关系解析

  • 发布日期:2012-02-03      浏览次数:1582
    • 木材的含水率在纤维饱和点(30%)范围内变化时会发生干缩湿胀现象,因而改变木材的尺寸,引起木材的变形,产生木材和木制品的缺陷。Wengert认为,少75%的木材制品问题与木材的含水率有关,可见其重要性。为了避免这种不良现象的发生,保持木材尺寸的稳定,木制品的质量,经久耐用,合理利用,就须将木材的含水率严格干燥到并控制在与使用环境的空气状态相适应的程度。

      木材的加工与使用,需要正确处理好以下五个环节:
      是正确制定木制品的技术条件,其中包括根据木制品的用途、地区气候、使用环境、木材特征、实践经验而合理规定的干燥锯材(毛料)zui终含水率;
      二是根据规定的zui终含水率的要求,对锯材(毛料)进行适当的干燥,并按家标准进行严格、全面的质量检查和(或)验收;
      三是干燥好的锯材(毛料)在加工之前应该妥善保存,在保存期间不应使其含水率发生改变尺寸的较大变化,即干材仓库应有调节空气相对湿度与温度的设施,使库内的空气状态能与干燥锯材(毛料)zui终含水率相适应;
      四是干燥锯材(毛料)在进行机械加工期间,车间的空气状态不应使木材含水率发生改变尺寸的较大变化,公差配合的精度要求,否则应该采取技术措施;
      五是木制品在流通过程中如须较长时间的存放或远途运输,则在保存或远途运输过程中须采取严密的技术措施,不使木制品(毛料)的含水率发生改变尺寸的较大变化,例如将其存放在有温、湿度调节设施的干材仓库,或对木制品(毛料)加以严密包装等。
      然而目前在技术、生产和流通域,上述环节都不同程度地存在问题,有的环节甚缺如,以致发生木制品(毛料)变形、开裂等缺陷,严重影响木制品的质量、使用和寿命。同时在商业上引起质量和技术纠纷,甚诉诸法律,对簿公堂,影响商业信誉,造成物质浪费与经济损失。这种现象,近年来已屡见不鲜。

      正确处理木材含水率与木材加工及使用的关系,是当前亟待解决的问题。如何解决这个问题?除加强宣传引起有关方面的足够重视外,似应从掌握有关基本知识,加强相应科学研究和严密技术规范入手。

      所谓基本知识,主要是指有关木材平衡含水率、干燥锯材zui终含水率及其与周围环境关系的物理规律。这个问题在木材学,木材干燥学及有关文献中都有比较详细的论述,这里作些提要和补充。
      木材放在含有水蒸汽的空气(湿空气)中,其含水率zui终将会与之相适应的稳定状态,称为木材平衡含水率。这种稳定的含水率状态,决定于周围空气的相对湿度,以及温度和木材的干湿程度等,它将随着空气条件的变化而增大或减少。如果木材的含水率比这种稳定状态,木材将会散失水分,zui终的稳定状态称为解吸平衡含水率;反之,如果木材的含水率低于这种稳定状态,木材将会吸收水分,zui终的稳定状态称为吸湿平衡含水率。在定的空气状态下,吸湿平衡含水率比解吸平衡含水率要低些,二者之间的含水率差(A W)称为吸湿滞后。有文献指出,在生产上用干燥室干燥的室干工业用锯材,由于干燥温度较,具有定的厚度,其吸湿滞后的数值约为1%—5%,平均取为A W=2.5%;另有文献指出,吸湿平衡含水率与解吸平衡含水率的比率约为0.8—0.85。这是因为在吸湿过程中吸着点(sorption sites)不能完全再水化(rehydration),另外在吸湿膨胀时发生压缩应力的影响。
      木材的平衡含水率,不但与使用环境湿空气的温、湿度有关,且因木材的树种、构造、比重、抽提物含量、化学组成、物理性质、机械应力、干燥时间而变化。如边材的平衡含水率于心材的;正常木材的于应压木的;晚材的于早材的;压应力增加会使平衡含水率降低等。

      木材的平衡含水率,可用实测法和用气象资料查定法求得。我从1941年以来,仅有20个左右城市进行了木材平衡含水率的实际测定,提出了宝的数据;但也存在试材大小、测试方法、计量精度等问题。由于实际测定须要经年累月,旷日持久,而我幅员辽阔,如此缓慢甚停滞不前的进度,远远不能满足生产需要。鉴于气象资料日渐充实,目前多采用气象资料查定法求出各地木材平衡含水率值,以资应用,外也是如此。
      湿的木材放置在有遮盖和通风条件下的大气中,zui终与其温、湿度相平衡的含水率,可以作为木材的气干含水率。气干含水率的范围,大多数地区约为12%—15%;欧家定为12%,定为15%。根据笔者查定出的全木材平衡含水率气象值,我大陆约在10%—15%,中国台湾、海南岛等东南部岛屿地区约为16%—17%的范畴,全平均约为13.7%;并且发现其分布规律明显有从西北地区向东南地区逐渐增的趋势。早在1945年,余仲奎等查定出的木材平衡含水率气象值,全平均13.3%,二者近似吻合。据此初步提出,我木材平衡含水率气象值亦即木材气干含水率平均约为13.5%。

      干燥锯材zui终含水率的确定,按照家标准《锯材干燥质量》(GB/T6491—1999)3.1条的规定:”按用途和地区考虑确定。以用途为主,地区为辅。“所指按地区考虑,就是要考虑该地区的木材平衡含水率,考虑解吸平衡含水率与吸湿平衡含水率的差异,亦即吸湿滞后(AW)现象;以及木材的树种、厚度、心边材、径弦向、干燥温度等等因素的影响。因此,干燥锯材(毛料)zui终含水率的确定般取其比木材解吸平衡含水率低2%—3%(或4%)。所指按用途考虑,是在考虑该地区木材平衡含水率的基础上,还须考虑木材的用途,考虑木制品的使用环境。结合多年的实践经验,上述标准中提出了不同用途的干燥锯材含水率表,提供参照选用。此表对于些重要用品,其zui终含水率般定得较低;如此可以木树干燥均匀度,降低木材吸湿性,保持木材尺寸稳定性。当然,这样也会带来延长干燥时间,降低干材产量,增加干燥成本等不利因素。因此,在参照定干燥锯材zui终含水率时,还须根据木材的用途、特性,以及实践经验,在规定的上下限中加以综合权衡。
      由于等温吸附等原因,虽然相对湿度在定范围内变化,但木材的含水率却不随相对湿度的变化而变化,或是没有大的变化,这种现象,称为滞(静)区。根据实验结果,A W=0.5%时,滞区为3%-4%(相对湿度,下同);A W=2.5%时,滞区为15%-18%;AW=3%时,滞区为20%—25%。由此可见,在AW=2.5%的情况下,木材加工车间的相对湿度在52%—70%范围内变化时,对干燥锯材(毛料)的平均含水率不会引起变化,或是变化甚微。这对干燥锯材在进行机械加工时车间适当保持的空气状态,具有参考价值。当然,在某种温度下或温度改变时的具体情况,还须进行科学试验,加以验证和补充。木材平衡含水率属于木材干燥静力学研究范畴。
      目前我对于不同地区、树种、规格、环境下木材平衡含水率的试验研究还很不够;对于等温吸附、吸湿滞后等的测定也很少,今后似宜加强提供生产急需的有关技术数据,为制订和完善技术规范提供理论依据。姜日顺于20世纪80年代对哈尔滨地区室外和室内的木材吸湿滞后作了初步测定和有益尝试,得出具体数据如表2,仅供参考。外指在有遮蔽阳光、雨露的通风棚舍下,室内指在冬季有暖气的试验车间内。
      在现有的研究成果、技术资料和实践经验基础上,正确制订与严格执行技术规范,包括家、行业标准,技术规程等,并在生产实践中不断加以总结,逐步修订,以臻完善,应是当前解决问题的个具体措施。如果现行的技术规范在执行中发现有不够全面和严密之处,在进步修订之前,应在签订的技术合同或协议中加以具体补充和说明,避免因疏漏而发生技术纠纷。
      应该充分认识到,木材含水率会随着所在地区、周围环境的空气状态而不断变化。因此有关标准及规范,对于干毛料)及木制品的验收和交货,似应有所明确规定;商家在出售产品时,似应对产品的木材含水率有所掌握,心中有数,并严格子以控制和保持;用户似应对此有所了解与衡量。产品的木材含水率是否符合技术条件和适合使用环境,商家和用户双方似应有所说明与商定,把它纳入市场规范,建立商业诚信。例如实木地板的铺设,就有楼房底面有无垫块等不同使用情况,这对地板本身含水率的要求就应有所不同,不宜概而论,马虎敷衍。这样,才能收到合理利用,物尽其用的良好效果。木材干燥家久田卓兴,也曾作过“地板木材的本身含水率随其离地面的度及地板下面通风情况也有差别”的论述。
       

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