對于大多數木材而言,長度遠大于寬度和厚度,木材鋸材的側面積與上、下表面積遠遠大于木材的兩個端頭的面積。為此,對于木材的鋸材干燥起決定作用的是水分從鋸材的側面和上、下表面的蒸發,主要依靠橫跨纖維方向的水分傳導,尤其是沿著鋸材厚度(上、下表面)方向橫跨纖維方向的水分傳導,所以在木材干燥中只考慮水分橫紋方向的水分傳導。
木材中水分的移動情況對所有樹種都適用,但水分移動或擴散的快慢要受木材的樹種、木材的部位、水分移動方向、木材的溫度和木材含水率等因子的影響。 影響木材水分傳導的因子:1.木材的樹種。木材的樹種有針葉材和闊葉材之分。而闊葉樹材又有環孔材和散孔材之分。環孔材的水分傳導小于散孔材和針葉材,干燥比較困難。蒙古櫟屬于環孔材,所以它比較難干燥。而散孔材和針葉樹材隨著密度的增大其水分傳導逐漸減小,干燥也比較困難。如落葉松屬于針葉樹材,因其密度較大,就比較難干燥。我國東北地區用于木材加工生產的樹種大致有: 針葉樹材:紅松,白松(樟子松、云杉等),落葉松。 闊葉樹材:椴木、楊木、樺木、核桃木、黃波羅、榆木、色木、水曲柳、蒙古櫟。 闊葉樹材中散孔材有:色木、樺木、椴木、楊木。 闊葉樹材中環孔材有:蒙古櫟、水曲柳、榆木、黃波羅。 核桃楸屬于闊葉樹材中的半散孔材和半環孔材。2.木材的部位。木材有邊材和心材之分。距離樹皮比較近的為邊材,距離原木髓心比較近的為心材。邊材中的水分移動比心材的容易;心材中傳導水分的徑路多數被堵塞,水分移動比較困難。所以,在一般情況下,邊材較心材易干燥。3.木材水分移動方向。木材里的水分可以順著纖維方向移動,從木材的兩個端頭排出,也可以橫跨纖維方向移動,從木材側面排出,這是木材的水分傳導性。4.木材的溫度。在木材中,沿著水分傳導徑路的水分移動速度均隨著溫度的升而急劇地增大。木材的溫度,干燥速度快。5.木材含水率。當含水率降低時,微毛細管系統水分傳導徑路的效率降低,大毛細管系統水分傳導徑路的效率增。當含水率升時,則影響不大。根據有關實驗分析,木材含水率從5%變化到纖維飽和點時,木材的水分傳導無明顯變化。
木材干縮和濕脹:濕材因干燥而縮減其尺寸的現象稱之為干縮;干材因吸收水分而增加其尺寸與體積的現象稱之為濕脹。干縮和濕脹現象主要在木材含水率小于纖維飽和點的這種情況下發生,當木材含水率在纖維飽和點以上,其尺寸、體積是不會發生變化的。木材干縮與木材濕脹是發生在二個*相反的方向上,二者均會引起木材尺寸與體積的變化。對于小尺寸而無束縛應力的木材,理論上說其干縮與濕脹是可逆的;對于大尺寸實木試件,由于干縮應力及吸濕滯后現象的存在,干縮與濕脹是不*可逆的。
干燥介質的溫度、濕度和氣流速度是木材干燥外部條件中決定木材干燥質量和木材干燥速度堵塞重要組成部分,被稱為木材干燥的三要素。這三個要素在木材干燥過程中緊密,缺一不可。木材的快速干燥原則是:在木材干燥質量的前提下,合理的控制干燥介質的溫度、濕度和氣流速度,將能源消耗控制在zui小范圍,盡量提木材的干燥速度。木材干燥速度的內部條件主要是木材含水率梯度,外部條件主要是干燥介質的溫度、濕度和氣流速度。 含水率梯度越大,水分由內向外移動越快,木材干燥速度越快,但在比較大的含水率梯度下進行干燥處理,對木材的完整性和機械性質都將產生不良影響,如木材的開裂和變形等。所以,木材干燥速度不應該過分地依靠含水率梯度加大。 干燥介質的溫度決定了木材的溫度和木材中水分的溫度,是直接促進木材干燥的因子,它為木材的加速干燥創造了有利條件。在常規室干中,如果把濕空氣(簡稱空氣)作為干燥介質,采用溫雖然能加快干燥速度,但由于溫空氣可能會使木材的某些性能發生變化,對木材產生不利影響,因此一般把空氣的溫度限制在100℃以下。 干燥介質的濕度是對木材干燥速度起著制約作用的因子。在干燥介質的溫度一定時,溫度越,木材干燥的速度越慢;濕度越低,木材干燥的速度越快。 干燥介質的氣流速度是溫度和濕度充分發揮作用的因子。氣流的運轉可以吹散木材表面上的飽和水蒸汽層,使已從木材表面吸收水分的干燥介質(如濕空氣)被驅走,同時把干燥介質的熱量傳給木材。所以,干燥介質的氣流速度越快,木材干燥速度就越快。在常規室干中,干燥介質的氣流速度越快,被干燥的木材堆(木堆、材堆)和出口的氣流速度差值就越小,干燥介質的溫度就越均勻。但是,氣流速度過快,則會浪費動力能源,增加干燥成本。因此,氣流速度要選擇適當。一般要求常規室干的氣流速度應在2—3m/s的范圍,溫室干的氣流速度應在3—5m/s的范圍。 隨著天然林資源的逐年減少,大徑原木的數量越來越少,小徑原木(小徑木)在大量增加。在干燥小徑木鋸材過程中一般要求氣流速度在1—1.5m/s范圍,主要是因為氣流速度過大極易導致木材開裂。所以,用語小徑木鋸材干燥的干燥室,一定要注意選擇合理的氣流速度,否則將會導致不要的損失和浪費。
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