速生杨木干燥特性研究

张 静，刘纪建

（河北省塞罕坝机械林场河北围场县 068450）

木材的干燥关乎到日常生活中的家居用品和其他木制品的质量，纤维饱和点以上时，木材内自由水的移动很少影响木材的干燥质量，但是在纤维饱和点以下时，木材在干燥过程中会因为干燥应力产生干缩和湿涨现象。若木材不经过干燥处理，在使用过程中与大气中的水分接触就会发生湿涨现象，导致木材涨裂，地板翘起，木门、抽屉关不上等现象都是湿涨造成的；相反，当空气过于干燥时，空气中的水分小于木材的水分含量，就会发生干缩，木质门、窗的缝隙变大，木材开裂、变形[1]。因此，研究木材的干燥特性显得十分重要，本文以速生杨木为材料，研究了其干燥的特性。

1 基本理论

1.1 初含水率的计算方法

在烘箱将试件加工到绝干状态时，利用初始重量和绝干重量可以得到初始含水率。具体的计算公式：

在上述公式中：W初——试件的初始含水率（%）；M初——试件的初始重量（g）；M绝——试件的绝干重量（g）。

1.2 检测板绝干重的计算

从上述木材含水率的计算公式（1）中可以得出检测板的绝干重的计算公式：

式中：M绝——检测板的绝干重量（g）。

1.3 检测时刻含水率的计算

检测板在干燥试验过程后期，绝干条件的测定时，每个2小时测量1次，需要测量当时的含水率。当时含水率的计算公式为：

式中：M当——试件的称量当时的含水率（%）；M绝——试件的绝干重量（g）。

2 速生杨木的干燥工艺试验

2.1 试验材料

将北京杨锯切成规格为500mm×60nm×25mm的试件，表面刨光，去除端面的木毛和毛刺，使端面清洁，便于观察。在板材的两端距端部20mm处锯取2片10mm厚的木片作为初含水率试验片。初始含水率在110%左右，分别进行含水率变化、终含水率、分层含水率和干燥应力的实验。

2.2 含水率检测板试验

规格为500mm×60nm×25mm。锯解过程中选取每块板两端的10mm厚的木片作为初含水率的测试片，如图1所示，锯解完检测板，立即用电子天平称量，记录检测板的初始重量M初，然后放入烘箱内，在103℃的温度下连续干燥8小时，8小时后取出来称量试件的重量，然后再放入烘箱中，每隔2个小时称量1次，直到2次称量的误差小于0.01g，认为试件达到了绝干状态。

图1 检测板试件的示意图

2.3 分层含水率的检测板

格均为500mm×60nm×25mm。沿木材长度方向锯解20mm的试件，锯解方式和图1一样，再将时间沿厚度方向分为3层，测量每层的含水率，比较各层的含水率的不同。分层含水率检测板的示意图如下：

图2 分层含水率的检测板示意图

3 结果与分析

上述分别设计了速生杨木干燥过程中的初始含水率、分层含水率和干燥应力的测量方法和计算方法，从这3个方面分析了速生杨木干燥的特性。速生杨木干燥的基准见表1。

根据此干燥基准，对速生杨木进行干燥处理，在不同的含水率阶段采用不同的干球温度和湿球温度。

3.1 初始含水率的试验结果

分别从9块大的锯材中锯解2块小的试件，做初始含水率的计算，每一块大的锯材的初始含水率可以用2个小的试件的平均值表示：

表1 常规干燥基准

分别测量干燥0小时、2小时、4小时、6小时、8小时、10小时、12小时的干燥质量，得到不同时刻的含水率的变化，从9块大的锯材中选取3块，以大锯材中的小试件去反映大锯材的含水率，做不同时刻初始含水率的比较，得到表2：

表2 初始含水率随时间的变化

从上述表中可以用两端小的试件的含水率去表示大试件的含水率，用2个小试件做平均值得出大试件的含水率，再做9块试件的平均含水率，为133.2%。这种方法较为准确地描述试件的初始含水率。

3.2 干燥曲线

做9块大试件的不同干燥时间的平均含水率，做整体含水率随时间的变化曲线。

图3 含水率随时间变化曲线图

从图3中可以看出，在常规干燥过程中，木材内部含水率的变化主要分为两个阶段：

第1个阶段是0～8小时的快速干燥阶段，平均干燥速度为15%/h，此阶段水分的迁移主要是自由水的渗透和结合水的扩散，水分干燥速度快，内部干燥应力比较大，木材容易开裂和皱缩。

第2个阶段是8小时以后，此阶段木材的含水率基本上不再变化，这是因为在8小时以后木材内部水分基本迁移完毕，木材达到平衡状态，水分不再变化。

3.3 干燥质量分析

3.3.1 终含水率的试验结果。在干燥后的9块大试件中任选1块，取3个500mm×60nm×25mm的小试件，测量初始重量，再放入干燥箱中绝干，测试件的最终含水率（见表3），最终含水率反映了木材含水率的状况，含水率的多少影响木材的密度和质量。

表3 试件的终含水率

由上述3个试件的终含水率得出大试件的平均含水率为13.8%。

3.3.2 分层含水率的试验结果。从图4中可以看出，速生杨木材干燥过程中，不同的层含水率的变化情况不一样，靠近边层的初始含水率低于平均含水率，靠近芯层的含水率高于平均含水率，再计算分层含水率的差值：△W=（W1+W3）/2-W2（5）

式中，△W是边层含水率和芯层含水率的差值，W1、W2、W3分别表示，取试件的第 1、2、3 层含水率，通过上面不同层含水率，可以得出△W 为 -3.8，△W 绝对值越大表示干燥越不均匀。

4 结论

本研究以速生杨木为对象，研究了木材在干燥过程中的干燥特性，分别从2个方面阐述了速生杨木的干燥特性：（1）干燥过程含水率随时间的变化。（2）干燥质量的分析，包括终含水率、分层含水率、干燥残余应力。得出以下结论：（1）由干燥含水率的变化可知，木材干燥在干燥初期干燥速度比较快，干燥末期木材处于绝干状态，含水率不再变化。（2）由终含水率的计算方法，得到干燥后的试件的终含水率为13.8，接近外界的空气湿度。（3）分层含水率，靠近边层的初始含水率比较低，芯层含水率比较高，边层和芯层的绝对值为3.8%，说明在干燥过程中，干燥不均匀。

图4 不同层含水率随时间的变化