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干燥基準(zhǔn)的定義:
木材的干燥過(guò)程是木材中水分蒸發(fā)的過(guò)程,由于木材中水分和木材的結(jié)構(gòu)關(guān)系不同,各階段木材中水分的性質(zhì)就不同,而與此對(duì)應(yīng)的木材的性質(zhì)就不同。因此,在木材的干燥過(guò)程中我們要合理地控制木材中水分的蒸發(fā)過(guò)程,以做到在保證干燥質(zhì)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(fā)過(guò)程呢?通常的做法是根據(jù)木材的性質(zhì)、規(guī)格和含水率,控制木材中水分蒸發(fā)的強(qiáng)度。干燥基準(zhǔn)就是根據(jù)干燥時(shí)間和木材狀態(tài)(含水率、應(yīng)力)的變化而編制的干燥介質(zhì)溫度和濕度變化的程序表,在實(shí)際干燥過(guò)程中,正確執(zhí)行這個(gè)程序表,就可以合理地控制木材的干燥過(guò)程,從而保證木材的干燥質(zhì)量。
一、干燥基準(zhǔn)的種類
按照干燥過(guò)程的控制因素通常將干燥基準(zhǔn)分為時(shí)間干燥基準(zhǔn)、含水率干燥基準(zhǔn)、波動(dòng)基準(zhǔn)、連續(xù)升溫干燥基準(zhǔn)和干燥梯度基準(zhǔn)。
(1)時(shí)間干燥基準(zhǔn):是按干燥時(shí)間控制干燥過(guò)程,制定介質(zhì)參數(shù)的大小,即把這個(gè)干燥過(guò)程所需要的時(shí)間分為若干個(gè)時(shí)間階段,規(guī)定每個(gè)時(shí)間階段的權(quán)重,并按每一時(shí)間階段規(guī)定相應(yīng)的介質(zhì)溫度和濕度。
(2)含水率干燥基準(zhǔn):是按木材的含水率控制干燥過(guò)程,制定介質(zhì)參數(shù)的大小,即在整個(gè)干燥過(guò)程中按含水率階段的幅度劃分成幾個(gè)階段,并按階段制定出相應(yīng)的介質(zhì)溫度和濕度。
(3)波動(dòng)基準(zhǔn):對(duì)于那些硬闊葉樹(shù)材的厚板,因其干燥較為困難,在干燥過(guò)程中容易產(chǎn)生很大的含水率梯度。為了加快干燥速度,避免產(chǎn)生較大的含水率梯度,可采用波動(dòng)式干燥基準(zhǔn),即在整個(gè)含水率階段,介質(zhì)的溫度做升、降低反復(fù)波動(dòng)變化;而介質(zhì)溫度在干燥前期逐漸升、在干燥后期做波動(dòng)變化的,叫做半波動(dòng)式干燥基準(zhǔn)。
(4)連續(xù)升溫干燥基準(zhǔn):20世紀(jì)60年代末,D.S.Dedrick申請(qǐng)了連續(xù)升溫工藝,原理是:干球溫度從環(huán)境實(shí)際溫度開(kāi)始,在干燥過(guò)程中,根據(jù)鋸材的樹(shù)種、厚度和干燥質(zhì)量要求,等速上升干球溫度,相對(duì)濕度不控制,也不進(jìn)行中間處理,但要求干燥介質(zhì)以層流狀態(tài)流過(guò)(氣流速度為0.5~1m/s),不改變氣流方向。為了保持干燥介質(zhì)和木材溫度之間的溫差為常數(shù),在木材的整個(gè)干燥過(guò)程中,勻速升干燥介質(zhì)的溫度,從而恒定干燥介質(zhì)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(zhǔn):部分自動(dòng)控制木材干燥過(guò)程采用了干燥梯度基準(zhǔn),干燥梯度就是木材的平均含水率與干燥介質(zhì)平衡含水率之比。在自動(dòng)控制木材干燥過(guò)程中,木材的含水率和干燥介質(zhì)的平衡含水率都可以用電測(cè)含水率法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量,而干燥介質(zhì)的平衡含水率是可以通過(guò)調(diào)節(jié)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(zhǔn)中,規(guī)定了不同階段的干燥梯度,這樣可以根據(jù)木材的含水率控制干燥介質(zhì)的平衡含水率,并得以控制木材的干燥速度。
二、干燥基準(zhǔn)的制定
新樹(shù)種的干燥基準(zhǔn)需要制定,在制定新干燥基準(zhǔn)以前,需了解木材的構(gòu)造和其物理力學(xué)性能,特別是木材的密度和干縮系數(shù),并以性質(zhì)相近的樹(shù)種的干燥基準(zhǔn)作為參考。或者鋸取小試樣放在干燥箱內(nèi)干燥,觀察其干燥狀況。還可以將待擬訂干燥基準(zhǔn)的木材放在一起做烘干實(shí)驗(yàn),觀察試材的干燥狀況,再根據(jù)鋸材對(duì)干燥的反映,分樹(shù)種進(jìn)行試驗(yàn),來(lái)制定干燥基準(zhǔn)。制定干燥基準(zhǔn)的方法有:比較法、分析研究法、圖表法和試驗(yàn)法。本文采用試驗(yàn)法制定干燥基準(zhǔn)。
木材溫?zé)崽幚砑肮に嚕?br />一般木材干燥中,溫度<100度為常規(guī)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(huán)境中,持續(xù)處理一定時(shí)間后,使木材中半纖維素降解,木材細(xì)胞壁中羥基減少,木材的吸濕性能下降,尺寸穩(wěn)定性及耐生物破環(huán)性得到改善.因此,溫?zé)崽幚淼哪静谋蛔鳛橐粋€(gè)新型材料被廣泛關(guān)注.
處理工藝對(duì)于材料的影響至關(guān)重要,如處理溫度、處理時(shí)間、加熱速率、木材樹(shù)種、試件的重量與尺寸、初含水率等參數(shù),都會(huì)影響產(chǎn)品的終性能。處理工藝的確定主要是依產(chǎn)品的使用目的,在吸水性能改善與力學(xué)性能降低之間優(yōu)化,找到可接受的平衡點(diǎn)。根據(jù)處理所使用介質(zhì)不同,處理工藝主要分為三種。
一、蒸汽處理工藝
芬蘭對(duì)濕熱處理木材的研究開(kāi)始較早,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。處理過(guò)程中,用水蒸汽來(lái)防止木材燃燒,處理環(huán)境中氧氣含量控制在3%--5%以下。處理過(guò)程分為3個(gè)步驟:1)升溫過(guò)程、包括預(yù)熱、溫干燥及再升溫階段;2)實(shí)際熱處理階段;3)冷卻及平衡階段。
所處理的木材樹(shù)種包括松木、云杉、樺木及楊木。因?yàn)闃?shù)種不同,其化學(xué)組成和細(xì)胞結(jié)構(gòu)不同,所以熱處理參數(shù)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(wèn)題是松木處理后流出的松脂,給處理設(shè)備及后期加工帶來(lái)麻煩。但同時(shí),脫脂松木的使用途徑有所擴(kuò)大。2)樺木處理的目的是獲得良好的顏色及表面質(zhì)量。3)楊木熱處理后可用于室內(nèi),特別是用于房的裝修。
經(jīng)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(guān)的脹縮性均有所改善。試驗(yàn)證明,當(dāng)處理溫度過(guò)200度時(shí),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(duì)其尺寸穩(wěn)定性的影響顯著改善??傮w結(jié)果表明,材質(zhì)較均勻的徑向材處理效果較好,而含有節(jié)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(gè)階段:1)熱解過(guò)程,將生材或汽干材在160--190度的壓環(huán)境下進(jìn)行處理,再用傳統(tǒng)窯干干燥,使處理后的木材達(dá)到較低含水率(約10%);2)將干燥好的產(chǎn)品再次加熱至170--190度,處理時(shí)間依木材種類,厚度等因素而異。
對(duì)處理木材耐腐性的試驗(yàn)結(jié)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(fā)生。
法國(guó)直接利用生材進(jìn)行蒸汽處理。在干燥窯內(nèi),木材被加熱到230度。蒸汽主要來(lái)自木材中的水分。經(jīng)溫處理后,木材的吸濕性較未處理材低,一般的濕環(huán)境下,含水率只有4%---5%,而未處理材在相同環(huán)境下約為10%---12%。
二、惰性氣體處理工藝
法國(guó)的木材溫?zé)崽幚?,其研究初衷是為了改進(jìn)木材在不同氣候條件的尺寸穩(wěn)定性,通過(guò)溫?zé)崽幚?,致使木材的吸濕性發(fā)生改變。處理過(guò)程是在充滿氮?dú)獾奶厥馓幚硎抑羞M(jìn)行,要求室內(nèi)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(jìn)行處理。結(jié)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(guò)程可破壞腐朽菌所需求的營(yíng)養(yǎng)成分,耐腐性能更好;但同時(shí),處理也會(huì)造成木材顏色變暗,強(qiáng)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(jìn)行的,使木材在處理過(guò)程中與氧氣充分隔離,且熱傳遞效率。研究結(jié)果顯示,在處理溫度為220度時(shí),可獲得較好的耐久性和小的吸油量。同時(shí)發(fā)現(xiàn),為獲得木材的耐久性和大的強(qiáng)度,處理溫度宜在180---200度間,吸油量也在廳控較小范圍內(nèi)。所處理的木材種類以云杉和松木為主,在經(jīng)過(guò)220度約4h的處理后,木材纖維飽和點(diǎn)降為14%,而通常的纖維飽和點(diǎn)為29%。此方法的缺點(diǎn)是,處理成本較,且存在著廢油的凈化及廢棄處理問(wèn)題。
蒸氣干燥木材方式的特點(diǎn):
一、木材內(nèi)外溫度基本一致
由于微波是穿透木材,直接激化水分子,產(chǎn)生熱量,所以內(nèi)部溫度還略于外部,這樣可大限度避免木材出現(xiàn)用傳統(tǒng)加熱法干燥木材的溫度梯度而產(chǎn)生的變形、開(kāi)裂、干縮等問(wèn)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(jīng)微波干燥的木材,能完消除木材內(nèi)應(yīng)力,所以能干燥經(jīng)初加工的木制品。打破歷來(lái)家具生產(chǎn)工藝是先將板、木方材干燥好后再剖成零部件進(jìn)行加工的工藝,改為先將板、木方料根據(jù)家具結(jié)構(gòu)的需要,先加工成直、曲線的規(guī)格,再進(jìn)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(jìn)窯,既節(jié)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(kuò)展,可提木材利用率15%-20%,其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
三、選擇性加熱,干燥速度快,節(jié)約能源
微波干燥木材的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有選擇性,含水率的部分吸收微波多,產(chǎn)生的熱量大,反之則產(chǎn)生熱量小,加上木材是內(nèi)部整體生熱,沒(méi)有熱慣性,也沒(méi)有熱傳輸損耗,所以干燥速度比傳統(tǒng)蒸氣加熱法快10倍以上,從而大大節(jié)約能源。
四、可保持木材的原色澤亦能殺蟲(chóng)滅菌
傳統(tǒng)干燥法因濕度大,時(shí)間長(zhǎng),普遍存在干燥后材質(zhì)降低、變色、變黑的問(wèn)題,用在家具上則降低了檔次,微波則因時(shí)間短,在干燥的過(guò)程中同時(shí)殺蟲(chóng)、滅菌,且*,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(jié)約設(shè)備投資及場(chǎng)地占用,便于使用者的操作
因?yàn)槲⒉ǜ稍锬静囊话悴恍杞?、蒸煮、噴蒸等工藝流程,僅需一臺(tái)設(shè)備即可完成。因此,設(shè)備簡(jiǎn)化、占用場(chǎng)地少,同時(shí)工藝簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,操作時(shí)僅需將干燥時(shí)間設(shè)定好,到時(shí)自動(dòng)停機(jī)。過(guò)程沒(méi)有毒氣體或有毒有害液體外排,因此,屬于環(huán)保設(shè)備。
除上述幾大特點(diǎn)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(duì)成型的半成品干燥因減少開(kāi)裂、變形一項(xiàng)就可節(jié)約木材15%以上,這對(duì)價(jià)格較貴重的木材更顯出其價(jià)值來(lái),經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 因此,在大力提倡保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約木材、節(jié)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(zhì)量好,木材利用率等特點(diǎn),將會(huì)被家具及木材加工行業(yè)廣泛地應(yīng)用而顯示出美好的前景。
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