木材干燥基准种类及应用方法

干燥基准的定义： 
    木材的干燥过程是木材中水分蒸发的过程，由于木材中各种水分和木材的结构关系不同，各阶段木材中水分的性质就不同，而与此对应的木材的性质就不同。因此，在木材的干燥过程中我们要合理地控制木材中水分的蒸发过程，以做到在保证干燥质量的前提下，尽量提高干燥速度。那么如何合理地控制水分蒸发过程呢？通常的做法是根据木材的性质、规格和含水率，控制木材中水分蒸发的强度。干燥基准就是根据干燥时间和木材状态（含水率、应力）的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表，在实际干燥过程中，正确执行这个程序表，就可以合理地控制木材的干燥过程，从而保证木材的干燥质量。
一、干燥基准的种类
    按照干燥过程的控制因素通常将干燥基准分为时间干燥基准、含水率干燥基准、波动基准、连续升温干燥基准和干燥梯度基准。
（1）时间干燥基准：是按干燥时间控制干燥过程，制定介质参数的大小，即把这个干燥过程所需要的时间分为若干个时间阶段，规定每个时间阶段的权重，并按每一时间阶段规定相应的介质温度和湿度。
（2）含水率干燥基准：是按木材的含水率控制干燥过程，制定介质参数的大小，即在整个干燥过程中按含水率阶段的幅度划分成几个阶段，并按阶段制定出相应的介质温度和湿度。
（3）波动基准：对于那些硬阔叶树材的厚板，因其干燥较为困难，在干燥过程中容易产生很大的含水率梯度。为了加快干燥速度，避免产生较大的含水率梯度，可采用波动式干燥基准，即在整个含水率阶段，介质的温度做升高、降低反复波动变化；而介质温度在干燥前期逐渐升高、在干燥后期做波动变化的，叫做半波动式干燥基准。
（4）连续升温干燥基准：20世纪60年代末，D.S.Dedrick申请了连续升温工艺，原理是：干球温度从环境实际温度开始，在干燥过程中，根据锯材的树种、厚度和干燥质量要求，等速上升干球温度，相对湿度不控制，也不进行中间处理，但要求干燥介质以层流状态流过（气流速度为0.5～1m/s），不改变气流方向。为了保持干燥介质和木材温度之间的温差为常数，在木材的整个干燥过程中，匀速升高干燥介质的温度，从而恒定干燥介质传给木材的热流量，并使木材的干燥速度基本保持一致。
（5）干燥梯度基准：部分自动控制木材干燥过程采用了干燥梯度基准，干燥梯度就是木材的平均含水率与干燥介质平衡含水率之比。在自动控制木材干燥过程中，木材的含水率和干燥介质的平衡含水率都可以用电测含水率法实现动态测量，而干燥介质的平衡含水率是可以通过调节其温度和湿度得以控制，从而控制干燥梯度。在干燥梯度基准中，规定了不同阶段的干燥梯度，这样可以根据木材的含水率随时控制干燥介质的平衡含水率，并得以控制木材的干燥速度。
二、干燥基准的制定
    新树种的干燥基准需要制定，在制定新干燥基准以前，需了解木材的构造和其物理力学性能，特别是木材的密度和干缩系数，并以性质相近的树种的干燥基准作为参考。或者锯取小试样放在干燥箱内干燥，观察其干燥状况。还可以将各种待拟订干燥基准的木材放在一起做烘干实验，观察各种试材的干燥状况，再根据各种锯材对干燥的反映，分树种进行试验，来制定干燥基准。
木材超高温热处理及工艺：
    一般木材干燥中，温度<100度为常规干燥，100--150度为高温干燥，>150度为超高温干燥.木材的热处理就是利用木材在接近或高于200度的超高温低氧含量环境中，持续处理一定时间后，使木材中半纤维素降解，木材细胞壁中羟基减少，木材的吸湿性能下降，尺寸稳定性及耐生物破环性得到改善.因此，超高温热处理的木材被作为一个新型材料被广泛关注.
    处理工艺对于材料的影响至关重要，如处理温度、处理时间、加热速率、木材树种、试件的重量与尺寸、初含水率等参数，都会影响产品的终性能。处理工艺的确定主要是依产品的使用目的，在吸水性能改善与力学性能降低之间优化，找到可接受的平衡点。根据处理所使用介质不同，处理工艺主要分为三种。
一、蒸汽处理工艺
    芬兰对超高湿热处理木材的研究开始较早，经过十几年的发展，生产技术已经比较成熟。处理过程中，用水蒸汽来防止木材燃烧，处理环境中氧气含量控制在3％--5％以下。处理过程分为3个步骤：1）升温过程、包括预热、高温干燥及再升温阶段；2）实际热处理阶段；3）冷却及平衡阶段。
所处理的木材树种包括松木、云杉、桦木及杨木。因为树种不同，其化学组成和细胞结构不同，所以热处理参数选择和终效果均有所不同。
1)松木是热处理较适宜的材种之一，通常用于室外，且热处理工艺较剧烈。存在的问题是松木处理后流出的松脂，给处理设备及后期加工带来麻烦。但同时，脱脂松木的使用途径有所扩大。2)桦木处理的目的是获得良好的颜色及表面质量。3)杨木热处理后可用于室内，特别是用于桑拿房的装修。
    经热处理后的木材与未处理材相比，显著的变化是平衡含水率的降低，继而与其相关的胀缩性均有所改善。试验证明，当处理温度超过200度时，松木的耐候性和耐腐性较好，桦木和杨木处理后大的变化是，木材含水率变化对其尺寸稳定性的影响显著改善。总体结果表明，材质较均匀的径向材处理效果较好，而含有节子或弦向材处理后则缺陷较多。
   荷兰采用的蒸汽处理工艺有所不同，包括2个阶段：1）热解过程，将生材或汽干材在160--190度的高压环境下进行处理，再用传统窑干干燥，使处理后的木材达到较低含水率（约10％）；2）将干燥好的产品再次加热至170--190度，处理时间依木材种类，厚度等因素而异。
    对处理木材耐腐性的试验结果显示，其耐腐性有显著提高；另外处理后材料的吸湿性下降，且吸湿曲线与解吸曲线的间距明显大于未处理材，从而减小了在不同气候条件下，弦径向胀缩差引起变形的发生。
法国直接利用生材进行蒸汽处理。在干燥窑内，木材被加热到230度。蒸汽主要来自木材中的水分。经超高温处理后，木材的吸湿性较未处理材低，一般的湿环境下，含水率只有4％---5％，而未处理材在相同环境下约为10％---12％。
二、惰性气体处理工艺
    法国的木材超高温热处理，其研究初衷是为了改进木材在不同气候条件的尺寸稳定性，通过超高温热处理，致使木材的吸湿性发生改变。处理过程是在充满氮气的特殊处理室中进行，要求室内含氧量低于2％，含水率12％左右的木材被缓慢加热到210---240度进行处理。结果显示：处理后木材的吸湿性能明显降低，且高温处理（230--240度）过程可破坏腐朽菌所需求的营养成分，耐腐性能更好；但同时，处理也会造成木材颜色变暗，强度降低，MOR损失40％，且木才脆性增加。
三、热油处理工艺
    德国和加拿大的木材热处理是在热油（植物原油、如油菜籽、亚麻籽、葵花籽油等）中进行的，使木材在处理过程中与氧气充分隔离，且热传递效率高。研究结果显示，在处理温度为220度时，可获得较好的耐久性和小的吸油量。同时发现，为获得木材高的耐久性和大的强度，处理温度宜在180---200度间，吸油量也在厅控较小范围内。所处理的木材种类以云杉和松木为主，在经过220度约4h的处理后，木材纤维饱和点降为14％，而通常的纤维饱和点为29％。此方法的缺点是，处理成本较高，且存在着废油的净化及废弃处理问题。
蒸气干燥木材方式的特点：
一、木材内外温度基本一致
　 由于微波是穿透木材，直接激化水分子，产生热量，所以内部温度还略高于外部，这样可大限度避免木材出现用传统加热法干燥木材的温度梯度而产生的变形、开裂、干缩等问题，能显著提高木材的利用率。
　 二、木材定型好，可直接干燥木制半成品
　 经微波干燥的木材，能*消除木材内应力，所以能干燥经初加工的木制品。打破历来家具生产工艺是先将板、木方材干燥好后再剖成零部件进行加工的工艺，改为先将板、木方料根据家具结构的需要，先加工成各种直、曲线的规格，再进入微波干燥。这样，一方面不再将加工中的边角余料（约占３０％）干燥，加工中的木屑、刨花（约占１５％）均不进窑，既节约能源又提高了干燥窑的利用率；另外，因先下料再干燥使木材中原有缺陷不再扩展，可提高木材利用率１５％－２０％，其经济效益十分显著。
　 三、选择性加热，干燥速度快，节约能源
　 微波干燥木材的一个显著特点是具有选择性，含水率高的部分吸收微波多，产生的热量大，反之则产生热量小，加上木材是内部整体生热，没有热惯性，也没有热传输损耗，所以干燥速度比传统蒸气加热法快１０倍以上，从而大大节约能源。
　 四、可保持木材的原色泽亦能杀虫灭菌
　 传统干燥法因湿度大，时间长，普遍存在干燥后材质降低、变色、变黑的问题，用在家具上则降低了档次，微波则因时间短，在干燥的过程中同时杀虫、灭菌，且*，所以木材在微波中干燥、不变色、不降等级特别是贵重木材，使用更理想。
五、可减少干燥工艺流程，节约设备投资及场地占用，便于使用者的操作
　 因为微波干燥木材一般不需浸泡、蒸煮、喷蒸等工艺流程，仅需一台设备即可完成。因此，设备简化、占用场地少，同时工艺简便易实现自动化控制，操作时仅需将干燥时间设定好，到时自动停机。全过程没有毒气体或有毒有害液体外排，因此，属于环保设备。
　 除上述几大特点外，微波干燥木材特别适用于木材初含水率在２５％左右，干至终含水率１０－８％或更低，其干燥成本在８０元／Ｍ３左右，对成型的半成品干燥因减少开裂、变形一项就可节约木材１５％以上，这对价格较贵重的木材更显出其价值来，经济效益十分显著。 因此，在国家大力提倡保护生态环境、节约木材、节约能源，降低成本和消除污染的情况下，微波干燥木材以其干燥速度快、干燥质量好，木材利用率高等特点，将会被家具及木材加工行业广泛地应用而显示出美好的前景。

editor：yangrujie 二零一五年九月十一日