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淺淡木材含水率與木材加工及使用的關(guān)系
*，木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)(30％)范圍內(nèi)變化時(shí)會(huì)發(fā)生干縮濕脹現(xiàn)象，因而改變木材的尺寸，引起木材的變形，產(chǎn)生木材和木制品的缺陷。Wengert認(rèn)為，至少75％的木材制品問(wèn)題與木材的含水率有關(guān)，可見(jiàn)其重要性。為了避免這種不良現(xiàn)象的發(fā)生，保持木材尺寸的穩(wěn)定，保證木制品的質(zhì)量，經(jīng)久耐用，合理利用，就必須將木材的含水率嚴(yán)格干燥到并控制在與使用環(huán)境的空氣狀態(tài)相適應(yīng)的程度。
木材的加工與使用，需要正確處理好以下五個(gè)環(huán)節(jié)：
一是正確制定木制品的技術(shù)條件，其中包括根據(jù)木制品的用途、地區(qū)氣候、使用環(huán)境、木材特征、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而合理規(guī)定的干燥鋸材(毛料)終含水率；
二是根據(jù)規(guī)定的終含水率的要求，對(duì)鋸材(毛料)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍?，并按?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格、面的質(zhì)量檢查和(或)驗(yàn)收；
三是干燥好的鋸材(毛料)在加工之前應(yīng)該妥善保存，在保存期間不應(yīng)使其含水率發(fā)生改變尺寸的較大變化，即干材倉(cāng)庫(kù)應(yīng)有調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度與溫度的設(shè)施，使庫(kù)內(nèi)的空氣狀態(tài)能與干燥鋸材(毛料)終含水率相適應(yīng)；
四是干燥鋸材(毛料)在進(jìn)行機(jī)械加工期間，車(chē)間的空氣狀態(tài)不應(yīng)使木材含水率發(fā)生改變尺寸的較大變化，保證公差配合的精度要求，否則應(yīng)該采取技術(shù)措施；
五是木制品在流通過(guò)程中如須較長(zhǎng)時(shí)間的存放或遠(yuǎn)途運(yùn)輸，則在保存或遠(yuǎn)途運(yùn)輸過(guò)程中必須采取嚴(yán)密的技術(shù)措施，不使木制品(毛料)的含水率發(fā)生改變尺寸的較大變化，例如將其存放在有溫、濕度調(diào)節(jié)設(shè)施的干材倉(cāng)庫(kù)，或?qū)δ局破?毛料)加以嚴(yán)密包裝等。
然而目前在技術(shù)、生產(chǎn)和流通域，上述環(huán)節(jié)都不同程度地存在問(wèn)題，有的環(huán)節(jié)甚至缺如，以致發(fā)生木制品(毛料)變形、開(kāi)裂等缺陷，嚴(yán)重影響木制品的質(zhì)量、使用和壽命。同時(shí)在商業(yè)上引起質(zhì)量和技術(shù)糾紛，甚至訴諸法律，對(duì)簿公堂，影響商業(yè)信譽(yù)，造成物質(zhì)浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失。這種現(xiàn)象，近年來(lái)已屢見(jiàn)不鮮。
正確處理木材含水率與木材加工及使用的關(guān)系，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。如何解決這個(gè)問(wèn)題?除加強(qiáng)宣傳引起有關(guān)方面的足夠重視外，似應(yīng)從掌握有關(guān)基本知識(shí)，加強(qiáng)相應(yīng)科學(xué)研究和嚴(yán)密技術(shù)規(guī)范入手。
所謂基本知識(shí)，主要是指有關(guān)木材平衡含水率、干燥鋸材終含水率及其與周?chē)h(huán)境關(guān)系的物理規(guī)律。這個(gè)問(wèn)題在木材學(xué)，木材干燥學(xué)及有關(guān)文獻(xiàn)中都有比較詳細(xì)的論述，這里作些提要和補(bǔ)充。
木材放在含有水蒸汽的空氣(濕空氣)中，其含水率終將會(huì)達(dá)到與之相適應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)，稱(chēng)為木材平衡含水率。這種穩(wěn)定的含水率狀態(tài)，決定于周?chē)諝獾南鄬?duì)濕度，以及溫度和木材的干濕程度等，它將隨著空氣條件的變化而增大或減少。如果木材的含水率比這種穩(wěn)定狀態(tài)，木材將會(huì)散失水分，終達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)稱(chēng)為解吸平衡含水率；反之，如果木材的含水率低于這種穩(wěn)定狀態(tài)，木材將會(huì)吸收水分，終達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)稱(chēng)為吸濕平衡含水率。在一定的空氣狀態(tài)下，吸濕平衡含水率比解吸平衡含水率要低一些，二者之間的含水率差(A W)稱(chēng)為吸濕滯后。有文獻(xiàn)指出，在生產(chǎn)上用干燥室干燥的室干工業(yè)用鋸材，由于干燥溫度較，具有一定的厚度，其吸濕滯后的數(shù)值約為1％—5％，平均取為A W＝2.5％；另有文獻(xiàn)指出，吸濕平衡含水率與解吸平衡含水率的比率約為0.8—0.85。這是因?yàn)樵谖鼭襁^(guò)程中吸著點(diǎn)(sorption sites)不能完再水化(rehydration)，另外在吸濕膨脹時(shí)發(fā)生壓縮應(yīng)力的影響。
木材的平衡含水率，不但與使用環(huán)境濕空氣的溫、濕度有關(guān)，且因木材的樹(shù)種、構(gòu)造、比重、抽提物含量、化學(xué)組成、物理性質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力、干燥時(shí)間而變化。如邊材的平衡含水率于心材的；正常木材的于應(yīng)壓木的；晚材的于早材的；壓應(yīng)力增加會(huì)使平衡含水率降低等。
木材的平衡含水率，可用實(shí)測(cè)法和用氣象資料查定法求得。我國(guó)從1941年以來(lái)，僅有20個(gè)左右城市進(jìn)行了木材平衡含水率的實(shí)際測(cè)定，提出了寶貴的數(shù)據(jù)；但也存在試材大小、測(cè)試方法、計(jì)量精度等問(wèn)題。由于實(shí)際測(cè)定須要經(jīng)年累月，曠日持久，而我國(guó)幅員遼闊，如此緩慢甚至停滯不前的進(jìn)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。鑒于氣象資料日漸充實(shí)，目前多采用氣象資料查定法求出各地木材平衡含水率值，以資應(yīng)用，也是如此。
濕的木材放置在有遮蓋和通風(fēng)條件下的大氣中，終達(dá)到與其溫、濕度相平衡的含水率，可以作為木材的氣干含水率。氣干含水率的范圍，大多數(shù)地區(qū)約為12％—15％；歐家定為12％,精度定為15％。根據(jù)筆者查定出的國(guó)木材平衡含水率氣象值，我國(guó)大陸約在10％—15％，中國(guó)臺(tái)灣、海南島等東南部島嶼地區(qū)約為16％—17%的范疇，國(guó)平均約為13.7％；并且發(fā)現(xiàn)其分布規(guī)律明顯有從西北地區(qū)向東南地區(qū)逐漸增的趨勢(shì)。早在1945年，余仲奎等查定出的木材平衡含水率氣象值，國(guó)平均13.3％，二者近似吻合。據(jù)此初步提出，我國(guó)木材平衡含水率氣象值亦即木材氣干含水率平均約為13.5%。
干燥鋸材終含水率的確定，按照標(biāo)準(zhǔn)《鋸材干燥質(zhì)量》(GB／T6491—1999)3.1條的規(guī)定："按用途和地區(qū)考慮確定。以用途為主，地區(qū)為輔?！八赴吹貐^(qū)考慮，就是要考慮該地區(qū)的木材平衡含水率，考慮解吸平衡含水率與吸濕平衡含水率的差異，亦即吸濕滯后(AW)現(xiàn)象；以及木材的樹(shù)種、厚度、心邊材、徑弦向、干燥溫度等等因素的影響。因此，干燥鋸材(毛料)終含水率的確定一般取其比木材解吸平衡含水率低2％—3％(或4％)。所指按用途考慮，是在考慮該地區(qū)木材平衡含水率的基礎(chǔ)上，還須考慮木材的用途，考慮木制品的使用環(huán)境。結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，上述標(biāo)準(zhǔn)中提出了不同用途的干燥鋸材含水率盡量表，提供參照選用。此表對(duì)于一些重要用途的木制品，其終含水率一般定得較低；如此可以提木樹(shù)干燥均勻度，降低木材吸濕性，保持木材尺寸穩(wěn)定性。當(dāng)然，這樣也會(huì)帶來(lái)延長(zhǎng)干燥時(shí)間，降低干材產(chǎn)量，增加干燥成本等不利因素。因此，在參照該表確定干燥鋸材終含水率時(shí)，還須根據(jù)木材的用途、特性，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在規(guī)定的上下限中加以綜合權(quán)衡。
由于等溫吸附等原因，雖然相對(duì)濕度在一定范圍內(nèi)變化，但木材的含水率卻不隨相對(duì)濕度的變化而變化，或是沒(méi)有大的變化，這種現(xiàn)象，稱(chēng)為滯(靜)區(qū)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，A W＝0.5％時(shí)，滯區(qū)為3％-4％(相對(duì)濕度，下同)；A W＝2.5％時(shí)，滯區(qū)為15％-18％；AW＝3％時(shí)，滯區(qū)為20％—25％。由此可見(jiàn)，在AW＝2.5％的情況下，木材加工車(chē)間的相對(duì)濕度在52％—70％范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)干燥鋸材(毛料)的平均含水率不會(huì)引起變化，或是變化甚微。這對(duì)干燥鋸材在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)車(chē)間適當(dāng)保持的空氣狀態(tài)，具有參考價(jià)值。當(dāng)然，在某種溫度下或溫度改變時(shí)的具體情況，還須進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，加以驗(yàn)證和補(bǔ)充。木材平衡含水率屬于木材干燥靜力學(xué)研究范疇。
目前我國(guó)對(duì)于不同地區(qū)、樹(shù)種、規(guī)格、環(huán)境下木材平衡含水率的試驗(yàn)研究還很不夠；對(duì)于等溫吸附、吸濕滯后等的測(cè)定也很少，今后似宜加強(qiáng)這些方面的科學(xué)研究，提供生產(chǎn)急需的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，為制訂和完善技術(shù)規(guī)范提供理論依據(jù)。姜日順于20世紀(jì)80年代對(duì)哈爾濱地區(qū)室外和室內(nèi)的木材吸濕滯后作了初步測(cè)定和有益嘗試，得出具體數(shù)據(jù)如表2，僅供參考。表中室外指在有遮蔽陽(yáng)光、雨露的通風(fēng)棚舍下，室內(nèi)指在冬季有暖氣的試驗(yàn)車(chē)間內(nèi)。
在現(xiàn)有的研究成果、技術(shù)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正確制訂與嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，包括、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)規(guī)程等，并在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷加以總結(jié)，逐步修訂，以臻完善，應(yīng)是當(dāng)前解決問(wèn)題的一個(gè)具體措施。如果現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范在執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)有不夠面和嚴(yán)密之處，在進(jìn)一步修訂之前，應(yīng)在簽訂的技術(shù)合同或協(xié)議中加以具體補(bǔ)充和說(shuō)明，避免因疏漏而發(fā)生技術(shù)糾紛。
應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到，木材含水率會(huì)隨著所在地區(qū)、周?chē)h(huán)境的空氣狀態(tài)而不斷變化。因此有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對(duì)于干燥鋸材(毛料)及木制品的驗(yàn)收和交貨，似應(yīng)有所明確規(guī)定；商家在出售產(chǎn)品時(shí)，似應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的木材含水率有所掌握，心中有數(shù)，并嚴(yán)格子以控制和保持；用戶(hù)似應(yīng)對(duì)此有所了解與衡量。產(chǎn)品的木材含水率是否符合技術(shù)條件和適合使用環(huán)境，商家和用戶(hù)雙方似應(yīng)有所說(shuō)明與商定，把它納入市場(chǎng)規(guī)范，建立商業(yè)誠(chéng)信。例如實(shí)木地板的鋪設(shè)，就有樓房底層與層、板塊下面有無(wú)墊塊等不同使用情況，這對(duì)地板本身含水率的要求就應(yīng)有所不同，不宜一概而論，馬虎敷衍。這樣，才能收到合理利用，物盡其用的良好效果。精度木材干燥久田卓興，也曾作過(guò)“地板木材的本身含水率隨其離地面的度及地板下面通風(fēng)情況也有差別"的論述。