張 靜，劉紀(jì)建

（河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)河北圍場(chǎng)縣 068450）

木材的干燥關(guān)乎到日常生活中的家居用品和其他木制品的質(zhì)量，纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)，木材內(nèi)自由水的移動(dòng)很少影響木材的干燥質(zhì)量，但是在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，木材在干燥過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦稍飸?yīng)力產(chǎn)生干縮和濕漲現(xiàn)象。若木材不經(jīng)過(guò)干燥處理，在使用過(guò)程中與大氣中的水分接觸就會(huì)發(fā)生濕漲現(xiàn)象，導(dǎo)致木材漲裂，地板翹起，木門、抽屜關(guān)不上等現(xiàn)象都是濕漲造成的；相反，當(dāng)空氣過(guò)于干燥時(shí)，空氣中的水分小于木材的水分含量，就會(huì)發(fā)生干縮，木質(zhì)門、窗的縫隙變大，木材開(kāi)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(jì)算方法

在烘箱將試件加工到絕干狀態(tài)時(shí)，利用初始重量和絕干重量可以得到初始含水率。具體的計(jì)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(cè)板絕干重的計(jì)算

從上述木材含水率的計(jì)算公式（1）中可以得出檢測(cè)板的絕干重的計(jì)算公式：

式中：M絕——檢測(cè)板的絕干重量（g）。

1.3 檢測(cè)時(shí)刻含水率的計(jì)算

檢測(cè)板在干燥試驗(yàn)過(guò)程后期，絕干條件的測(cè)定時(shí)，每個(gè)2小時(shí)測(cè)量1次，需要測(cè)量當(dāng)時(shí)的含水率。當(dāng)時(shí)含水率的計(jì)算公式為：

式中：M當(dāng)——試件的稱量當(dāng)時(shí)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(yàn)

2.1 試驗(yàn)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(yàn)片。初始含水率在110%左右，分別進(jìn)行含水率變化、終含水率、分層含水率和干燥應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)。

2.2 含水率檢測(cè)板試驗(yàn)

規(guī)格為500mm×60nm×25mm。鋸解過(guò)程中選取每塊板兩端的10mm厚的木片作為初含水率的測(cè)試片，如圖1所示，鋸解完檢測(cè)板，立即用電子天平稱量，記錄檢測(cè)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(shí)，8小時(shí)后取出來(lái)稱量試件的重量，然后再放入烘箱中，每隔2個(gè)小時(shí)稱量1次，直到2次稱量的誤差小于0.01g，認(rèn)為試件達(dá)到了絕干狀態(tài)。

圖1 檢測(cè)板試件的示意圖

2.3 分層含水率的檢測(cè)板

格均為500mm×60nm×25mm。沿木材長(zhǎng)度方向鋸解20mm的試件，鋸解方式和圖1一樣，再將時(shí)間沿厚度方向分為3層，測(cè)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(cè)板的示意圖如下：

圖2 分層含水率的檢測(cè)板示意圖

3 結(jié)果與分析

上述分別設(shè)計(jì)了速生楊木干燥過(guò)程中的初始含水率、分層含水率和干燥應(yīng)力的測(cè)量方法和計(jì)算方法，從這3個(gè)方面分析了速生楊木干燥的特性。速生楊木干燥的基準(zhǔn)見(jiàn)表1。

根據(jù)此干燥基準(zhǔn)，對(duì)速生楊木進(jìn)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(yàn)結(jié)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(jì)算，每一塊大的鋸材的初始含水率可以用2個(gè)小的試件的平均值表示：

表1 常規(guī)干燥基準(zhǔn)

分別測(cè)量干燥0小時(shí)、2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)、8小時(shí)、10小時(shí)、12小時(shí)的干燥質(zhì)量，得到不同時(shí)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(shí)刻初始含水率的比較，得到表2：

表2 初始含水率隨時(shí)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(gè)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(zhǔn)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(shí)間的平均含水率，做整體含水率隨時(shí)間的變化曲線。

圖3 含水率隨時(shí)間變化曲線圖

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

第1個(gè)階段是0～8小時(shí)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(jié)合水的擴(kuò)散，水分干燥速度快，內(nèi)部干燥應(yīng)力比較大，木材容易開(kāi)裂和皺縮。

第2個(gè)階段是8小時(shí)以后，此階段木材的含水率基本上不再變化，這是因?yàn)樵?小時(shí)以后木材內(nèi)部水分基本遷移完畢，木材達(dá)到平衡狀態(tài)，水分不再變化。

3.3 干燥質(zhì)量分析

3.3.1 終含水率的試驗(yàn)結(jié)果。在干燥后的9塊大試件中任選1塊，取3個(gè)500mm×60nm×25mm的小試件，測(cè)量初始重量，再放入干燥箱中絕干，測(cè)試件的最終含水率（見(jiàn)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(zhì)量。

表3 試件的終含水率

由上述3個(gè)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(yàn)結(jié)果。從圖4中可以看出，速生楊木材干燥過(guò)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(jì)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(guò)上面不同層含水率，可以得出△W 為 -3.8，△W 絕對(duì)值越大表示干燥越不均勻。

4 結(jié)論

本研究以速生楊木為對(duì)象，研究了木材在干燥過(guò)程中的干燥特性，分別從2個(gè)方面闡述了速生楊木的干燥特性：（1）干燥過(guò)程含水率隨時(shí)間的變化。（2）干燥質(zhì)量的分析，包括終含水率、分層含水率、干燥殘余應(yīng)力。得出以下結(jié)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(jì)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(duì)值為3.8%，說(shuō)明在干燥過(guò)程中，干燥不均勻。

圖4 不同層含水率隨時(shí)間的變化