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淺淡木材含水率與木材加工及使用的關(guān)系

來源:哈爾濱宇達電子技術(shù)有限公司   2021年04月06日 16:09  

*,木材的含水率在纖維飽和點(30%)范圍內(nèi)變化時會發(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認為,至少75%的木材制品問題與木材的含水率有關(guān),可見其重要性。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、實踐經(jīng)驗而合理規(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,對鋸材(毛料)進行適當?shù)母稍?,并按標準進行嚴格、面的質(zhì)量檢查和(或)驗收;
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,即干材倉庫應(yīng)有調(diào)節(jié)空氣相對濕度與溫度的設(shè)施,使庫內(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)在進行機械加工期間,車間的空氣狀態(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程中如須較長時間的存放或遠途運輸,則在保存或遠途運輸過程中必須采取嚴密的技術(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)施的干材倉庫,或?qū)δ局破?毛料)加以嚴密包裝等。
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題,有的環(huán)節(jié)甚至缺如,以致發(fā)生木制品(毛料)變形、開裂等缺陷,嚴重影響木制品的質(zhì)量、使用和壽命。同時在商業(yè)上引起質(zhì)量和技術(shù)糾紛,甚至訴諸法律,對簿公堂,影響商業(yè)信譽,造成物質(zhì)浪費與經(jīng)濟損失。這種現(xiàn)象,近年來已屢見不鮮。

正確處理木材含水率與木材加工及使用的關(guān)系,是當前亟待解決的問題。如何解決這個問題?除加強宣傳引起有關(guān)方面的足夠重視外,似應(yīng)從掌握有關(guān)基本知識,加強相應(yīng)科學(xué)研究和嚴密技術(shù)規(guī)范入手。

所謂基本知識,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圍環(huán)境關(guān)系的物理規(guī)律。這個問題在木材學(xué),木材干燥學(xué)及有關(guān)文獻中都有比較詳細的論述,這里作些提要和補充。
木材放在含有水蒸汽的空氣(濕空氣)中,其含水率終將會達到與之相適應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài),稱為木材平衡含水率。這種穩(wěn)定的含水率狀態(tài),決定于周圍空氣的相對濕度,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),木材將會散失水分,終達到的穩(wěn)定狀態(tài)稱為解吸平衡含水率;反之,如果木材的含水率低于這種穩(wěn)定狀態(tài),木材將會吸收水分,終達到的穩(wěn)定狀態(tài)稱為吸濕平衡含水率。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)稱為吸濕滯后。有文獻指出,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。這是因為在吸濕過程中吸著點(sorption sites)不能完再水化(rehydration),另外在吸濕膨脹時發(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),且因木材的樹種、構(gòu)造、比重、抽提物含量、化學(xué)組成、物理性質(zhì)、機械應(yīng)力、干燥時間而變化。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)力增加會使平衡含水率降低等。

木材的平衡含水率,可用實測法和用氣象資料查定法求得。我國從1941年以來,僅有20個左右城市進行了木材平衡含水率的實際測定,提出了寶貴的數(shù)據(jù);但也存在試材大小、測試方法、計量精度等問題。由于實際測定須要經(jīng)年累月,曠日持久,而我國幅員遼闊,如此緩慢甚至停滯不前的進度,遠遠不能滿足生產(chǎn)需要。鑒于氣象資料日漸充實,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)筆者查定出的國木材平衡含水率氣象值,我國大陸約在10%—15%,中國臺灣、海南島等東南部島嶼地區(qū)約為16%—17%的范疇,國平均約為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。早在1945年,余仲奎等查定出的木材平衡含水率氣象值,國平均13.3%,二者近似吻合。據(jù)此初步提出,我國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,按照標準《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)合多年的實踐經(jīng)驗,上述標準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;如此可以提木樹干燥均勻度,降低木材吸濕性,保持木材尺寸穩(wěn)定性。當然,這樣也會帶來延長干燥時間,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,還須根據(jù)木材的用途、特性,以及實踐經(jīng)驗,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,雖然相對濕度在一定范圍內(nèi)變化,但木材的含水率卻不隨相對濕度的變化而變化,或是沒有大的變化,這種現(xiàn)象,稱為滯(靜)區(qū)。根據(jù)實驗結(jié)果,A W=0.5%時,滯區(qū)為3%-4%(相對濕度,下同);A W=2.5%時,滯區(qū)為15%-18%;AW=3%時,滯區(qū)為20%—25%。由此可見,在AW=2.5%的情況下,木材加工車間的相對濕度在52%—70%范圍內(nèi)變化時,對干燥鋸材(毛料)的平均含水率不會引起變化,或是變化甚微。這對干燥鋸材在進行機械加工時車間適當保持的空氣狀態(tài),具有參考價值。當然,在某種溫度下或溫度改變時的具體情況,還須進行科學(xué)試驗,加以驗證和補充。木材平衡含水率屬于木材干燥靜力學(xué)研究范疇。
目前我國對于不同地區(qū)、樹種、規(guī)格、環(huán)境下木材平衡含水率的試驗研究還很不夠;對于等溫吸附、吸濕滯后等的測定也很少,今后似宜加強這些方面的科學(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80年代對哈爾濱地區(qū)室外和室內(nèi)的木材吸濕滯后作了初步測定和有益嘗試,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光、雨露的通風(fēng)棚舍下,室內(nèi)指在冬季有暖氣的試驗車間內(nèi)。
在現(xiàn)有的研究成果、技術(shù)資料和實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上,正確制訂與嚴格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范,包括、行業(yè)標準,技術(shù)規(guī)程等,并在生產(chǎn)實踐中不斷加以總結(jié),逐步修訂,以臻完善,應(yīng)是當前解決問題的一個具體措施。如果現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范在執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)有不夠面和嚴密之處,在進一步修訂之前,應(yīng)在簽訂的技術(shù)合同或協(xié)議中加以具體補充和說明,避免因疏漏而發(fā)生技術(shù)糾紛。
應(yīng)該充分認識到,木材含水率會隨著所在地區(qū)、周圍環(huán)境的空氣狀態(tài)而不斷變化。因此有關(guān)標準及規(guī)范,對于干燥鋸材(毛料)及木制品的驗收和交貨,似應(yīng)有所明確規(guī)定;商家在出售產(chǎn)品時,似應(yīng)對產(chǎn)品的木材含水率有所掌握,心中有數(shù),并嚴格子以控制和保持;用戶似應(yīng)對此有所了解與衡量。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,商家和用戶雙方似應(yīng)有所說明與商定,把它納入市場規(guī)范,建立商業(yè)誠信。例如實木地板的鋪設(shè),就有樓房底層與層、板塊下面有無墊塊等不同使用情況,這對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“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。

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