木材干燥学精华版

木材干燥学

第一讲 绪 论

1.1 木材干燥学概念：

在热力作用下木材中的水分以蒸发或沸腾的汽化方法由木材中排出的过程。

2.2 目的及意义：

* 提高木材和木制品稳定性，防止变形和开裂；

* 提高木材的力学强度，改善木材的物理性能；

* 预防木材腐朽，延长木制品的使用寿命；

* 减轻木材的重量。

3 木材干燥方法：

大气干燥：自然大气干燥、强制大气干燥：简单，不需要干燥设备，节约能源，占地大，时间长，不能人为控制，受气候等影响，终含水率较高,易虫蛀、腐朽，变色，开裂

人工干燥：常规干燥：干燥周期短 ，介质条件可控，可以得到任何终了含水率，干燥技术成熟，干燥质量好； 能量消耗大 （40-70%），设备投资大，干燥成本较高，对环境不太友好。

高温干燥：干燥速度快，时间短，木材尺寸稳定性好，易产生干燥缺陷，木材颜色变深，表面硬化、发脆、加工略困难。

除湿干燥：节约能源， 环境友好、干燥质量好，但是干燥温度低，干燥成本高，干燥时间长

太阳能干燥：节约能源，干燥成本低，但是温度低，干燥时间长，受气候影响较大

微波干燥：加热均匀、干燥速度快，周期短，干燥质量好，贵重树种及高档材，适合用微波干燥方法干燥，但是以电为能源，成本高，设备性能不完善

远红外干燥：远红线外穿透能力低，只适合干燥薄板。

真空干燥：干燥周期短，干燥质量好，适合于透气性好的硬阔叶材厚板或易皱缩的木材。 能耗较高，容积较小,控制较为复杂；

加压干燥：干燥质量好，周期短，能耗较少，成材加压干燥后颜色变暗，在节子周围会出现较大裂纹；容器的容积较小，生产量不大。

第二讲 木材干燥基础

1.2.3 木材含水率测量

烘干法(或称重法）：

电测定法：利用木材的电学性质（如电阻率、介电常数等），与木材含水率之间的关系，来测定木材含水率的方法。特点：① 测量范围有限：6％～28％。② 需要进行温度修正：温度越高，电阻越小，读数偏大。③ 树种修正：树种不同，密度存在差异。④ 插入深度和方向：深度为木材厚度的1/3左右，方向为横纹方向

蒸馏法：适合于含树脂丰富或经过油性防腐处理的木材

2.3 纤维饱和点：当木材细胞腔中自由水蒸发完毕，而细胞壁中的吸着水还处于饱和状态时的木材含水率叫纤维饱和点。FSP一般为30%(

2.4.1 吸湿及吸湿稳定含水率：

含水率低于环境的平衡含水率，细胞壁中微毛细管系统从湿空气中吸收水分，叫吸湿。

随着吸湿的进行，含水率越来越高，吸湿过程逐渐变慢，最后与环境达到动态平衡状态，此时木材的含水率叫吸湿稳定含水率。

2.4.2 解吸及解吸稳定含水率： 含水率高于环境的平衡含水率，细胞壁中微毛细管系统将向湿空气中排出水分，叫解吸。随着解吸过程的进行含水率越来越低，解吸过程逐渐变慢，最后与环境达到动态平衡状态，此时木材的含水率叫解吸稳定含水率。

2.4.3 吸湿滞后：在干木材吸湿的过程中，木材的吸湿稳定含水率或多或少地低于在同样空气状态下的解吸稳定含水率，这种现象叫吸湿滞后。

2.4.4 木材平衡含水率：薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。

2.4.5 平衡含水率的测定

图表法：根据干球温度及干湿球温度差

称重法：试件平衡后的质量及绝干质量

电测法：平衡含水率试片

3．木材的干缩与湿涨

干缩：细胞壁中的吸着水排出时，木材的尺寸减小

湿涨：在木材由绝干状态逐渐润湿到纤维饱和点的过程中，木材的尺寸增大

原因：木材细胞壁内的吸着水向外蒸发，细胞壁的纤维与纤维之间、微纤丝之间的水层变薄，而相互靠拢，从而使木材细胞壁变薄，导致整个木材的尺寸减小。

3.3.1 干缩率：

3.3.2 干缩系数：

1 干燥介质概念：在干燥过程中将热量传给木材,同时将木材中的水汽带走的媒介物质.

1.2 种类：湿空气、水蒸汽、炉气

2.2 湿空气的状态参数

绝对湿度：每1m3湿空气（空间）中所含水蒸汽的克数（g)

湿容量：在一定温度下，1m3湿空气中所含干饱和蒸汽的最大克数，即饱和湿空气的绝对湿度。

相对湿度 (Ф) ：每1 m3湿空气中含有水蒸汽的重量与同温同压下可能含有的最大水蒸汽的重量之比。

干湿球温度计测量：采用的湿度计是由两支经过校正的温度计组成。一支温度计的感温包外面包着纱布，纱布下面浸在清洁水里，另一支温度计的感温包不包纱布。包着纱布的温度计叫做湿球温度计，用它测得的温度叫做湿球温度，用t湿表示。木材干燥生产中，空气的Ф值，可在根据干球温度t干和湿度计差两个数值查定。

2.4.1露点：随着湿空气温度的逐步降低，湿空气的绝对湿度保持不变，而相对湿度则逐步增加，当相对湿度增加到100%时，该点对应的温度即为露点。

1 热转移形式：热传导(导热)，对流传热，热辐射

3.6 FSP 以上水分的迁移：1 表面张力。2 毛细管张力（主要驱动力）。3 自由水的迁移

3.7 FSP 以下水分的迁移

沿着由连续细胞壁构成的瞬时微毛细管结构进行迁移，沿着由细胞腔与非连续细胞壁串联所构成的毛细管结构进行迁移。水蒸汽沿着由细胞腔与细胞壁上纹孔串联而成的连续大毛细管结构进行迁移；

3.8 影响木材干燥速度的因子：温度、湿度、气流循环速度、木材树种及构造特征、木材厚度、木材含水率、木材心边材、木材纹理方向。

3.9 木材干燥过程中的应力与变形：1、木材厚度上含水率不均引起的应力与变形，2、木材径弦向干缩不一致引起的应力与变形

第三讲 木材常规干燥设备

2 典型常规干燥室的结构及特点:

2.1 顶风机型干燥窑：风机在干燥窑的顶部。 性能及特点: 空气循环较均匀，干燥质量好; 安装和维修比较方便; 容量大，适合大规模生产; 动力消耗较小；投资大

2.2 端部风机型干燥窑: 风机在干燥窑的端部. 性能特点；材堆高度方向气流均匀、安装维修方便、投资比较小、容积受限

2.3 侧风机型干燥窑; 风机在干燥窑的侧面 性能特点: 利用系数高，投资少; 安装维修方便; 气流分布不均

3..1干燥室通风设备：轴流式通风机、离心式通风机、

3..2干燥室供热设备：加热器、疏水器、

3..3干燥室调湿设备：喷蒸管或喷水管、进排气系统

第四讲 木材常规干燥工艺

1.2.3 材堆外轮廓与壳体的距离：与顶板（或假天棚）之间的距离为200mm、与侧墙之间的距离为500mm到800mm之间，其中侧风机型的干燥窑一般取800mm；与端墙和门框之间的距离为70mm到100mm之间，材堆底部与轨面的距离取300mm左右.

1.2.4隔条的作用; 使材堆在宽度方向上保持稳定、使干燥介质能在每一层板材之间自由流通，以便将热量传给板材，同时把从板材中蒸发出来的水分带走、使材堆中的各层板材夹紧，防止和减轻翅曲变形，也能起到稳定材堆的作用

1.2.5 锯材的堆积规则：

1 合理搭配树种：每室木材尽可能材种一致。特殊情况下，材性相似时可混装；

2 初含水率要求：同一干燥室，木材初含水率，尽可能一致；绝对不允许湿材与气干材混装。

3板材厚度要求：同一干燥室板材的厚度应当一致，绝对不允许厚度误差超过1cm的板材混装。

4材堆中的各层隔条在高度方向上应自上而下地保持在一条垂直线上，落在材堆底部的支撑横梁上。

5板材质量要求：材质好在下部，材质差在上部；长度不同时，长材在材堆下部和两侧，短材应在上部和中间，以保证稳定性。

6材堆堆积时要求一端平齐，材堆两侧应整齐垂直，以利于循环气流沿材堆高度均匀流入。

7材堆堆积时要预留检验板的放置位置。

8在干燥毛料时，若其厚度和宽度都比较小（厚度在40mm以下，而宽度在50mm以下）时，可以将毛料木材直接作为隔条。

9在自然循环干燥窑内，材堆内部需要预留一系列垂直气道，且气道自上而下保持在一条直线上。

10正确使用压铁：压铁的位置正对着隔条。

1.2.6 隔条的摆放：25mm厚的板材，隔条间距不超过0.5m；50mm厚的板材，隔条间距按0.8～1.0m布置；50mm以上木料，隔条间距取1.0m到1.2m。

3.3 检验板的使用 ：含水率的测量

* 计算初始含水率

* 检验板绝干质量

* 反算检验板含水率 1 干燥基准

1.1 概念：根据干燥时间和木材含水率的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表。

1.2 分类：含水率干燥基准、时间干燥基准、连续升温干燥基准、干燥梯度基准、

1.3 干燥基准的选用依据：木材的树种、成材的规格（厚度）、质量要求和产品用途

2.2 干燥基准的控制：

2.2.1 干燥窑的启动

2.2.2 锯材预热：提高木材温度，使厚度方向均匀热透、高温、湿处理，溶解木材内树脂、单宁类等、使木材内水分均匀分布，平衡板材间W差、提高木材的可塑性，防止开裂和变形

2.2.3 干燥窑温度和湿度的调节

2.2.4 温度和湿度调节的注意事项

2.2.5 中间处理：调整表层和内层水分分布，削弱含水率梯度，使干燥应力趋于缓和。

2.2.6 终了处理：窑内各部位木材的含水率一致，消除横断面上的含水率分布的不均匀，消除残余应力。

2.2.7 高湿处理

2.2.8 干燥结束

1 干燥质量检验与评价：平均最终含水率、干燥均匀度、厚度含水率偏差、残余应力指标、可见干燥缺陷

1.1.5 可见缺陷：表裂（初期干燥太剧烈，表层水分降低很快，较大拉应力）、端裂（木材端部的水分蒸发速度快）、内裂（表面硬化，木材内产生较大的干燥拉应力）、弯曲、皱缩 （初期自由水迁移太快毛细张力和干燥应力过大所造成）、变色（细菌、热作用、化学作用等）、炭化（干燥介质的温度太高或者是输入功率过大）

1.1 大气干燥原理：大气作为干燥介质，利用太阳能辐射能排除木材中的水分。特征：干燥热量来自太阳能，材堆内气流的循环依靠材堆之间和材堆内部形成的小气候来实现。

2.2 除湿机的构成：

蒸发器：管内致冷剂与管外湿空气发生热交换，致冷剂吸收热空气的热量，蒸发成气态。吸热，冷端

冷凝器：致冷剂在冷凝器中把吸收到的热量传给管外的干空气。由气态变成液态，放热，系热端

压缩机：除湿机心脏，压缩致冷剂气体，驱动致冷剂在系统内循环

热膨胀阀（减压阀）：起减压作用，使其压力蒸发器内的压力相同

辅助加热器：提供预热及升温阶段所需要的热能

2.4 除湿干燥的特点：节能环保、干燥周期长、干燥成本高、不需锅炉，设备投资费用低

1.1 真空干燥的原理：在真空条件下，水的沸点降低，木材表面水分蒸发速度加快；木材内外存在较大压力差，使木材内部水分迁移速率加快。

1.2 真空干燥设备组成：干燥筒、真空泵、加热系统、控制系统

1.5 真空干燥特点：干燥周期短，干燥质量好，是一种低温快速干燥技术 、能耗较高，容积较小,设备及干燥过程的控制较为复杂 、适合于透气性好的硬阔叶材厚板或易皱缩的木材

2 高频与微波干燥

2.1 原理：湿木材作为电介质，置于高频微波电磁场中，在电磁场的作用下，引起木材中水分子的极化，由于电磁场的频繁交变，使被极化了水分子高速频繁地转动，水分子之间发生摩擦而产生热量，从而加热和干燥木材。