1、北京林业大学材料学院 森工概论 木材科学与技术 制材 木材干燥 王天龙 北京林业大学材料学院 2制材学 2 1简单介绍基本概念 1 制材 就是把原木制成板材和方材 其产品为锯材和枕木 2 径切板 沿木材半径方向锯割的板材 在板材端面中线的中段与年轮的交点处作年轮的切线 切线与宽材面 或端面的中线 的夹角大于600 即为径切板 3 弦切板 沿木材弦向锯割的板材 在板材的端面中线的中段与年轮的交点处作年轮的切线 切线与宽材面 或端面的中线 的夹角小于300 即为弦切板 4 出材率 是指原木锯割后 获得锯材和枕木材积占耗用原木材积的百分比 5 锯材的分类板材 锯材的宽厚比大于3倍的锯材 称之为板材
2、方材 锯材的宽厚比小于3的锯材 称之为方材 薄板 板材的厚度为12 15 18mm和21mm时的板材 中板 板材的厚度为25mm和30mm时的板材 厚板 板材的厚度为40mm 50mm和60mm时的板材 提一个问题 木质枕木的优点 北京林业大学材料学院 3木材干燥学 3 1木材干燥的概念和目的木材干燥 对木材进行加热处理 使木材内的水分迅速降低的方法 是提高木材稳定性和耐久性的重要措施 是木材加工行业不可缺少的一个重要环节 木材干燥的目的 1 使木材的含水率下降至环境的平衡含水率 可以使木材保持较好的稳定状态 防止木材开裂变形 2 提高和改善木材的物理力学性能 3 减少菌 虫侵蚀的可能性 防止
3、木材腐朽变质 4 改善木材切削 胶接 涂饰和药剂处理等方面的加工性能 5 减轻木材的重量 节省人力和运输的费用 3 2国内外木材干燥的概况 1 国外情况 2 国内情况 北京林业大学材料学院 3 3木材干燥方式综合分析现有的木材干燥的方式 大致可以分为普通和特种干燥两种 3 3 1普通干燥方式方式一 自然干燥 大气干燥 概念 自然干燥是按照一定的方式 把木材堆积在空旷的场地或栅内 以大气作为传热 传湿的介质 利用太阳的辐射热量 使木材内的水分逐渐蒸发 达到干燥的目的 优点 1 设备投入少或没有 2 节约能源 3 干燥费用相对较低 4 干燥质量好 缺点 1 干燥周期长 2 占用场地面积大 3 木材
4、容易变色 4 受自然条件限制 最终含水率仅能达到当地环境条件下的平衡含水率 北京林业大学材料学院 方式二 室干 窑干 是指把木材装入特定的建筑物或金属容器内 由人工控制内部环境的温度 相对湿度 气流循环的方向和速度 使木材在相对较短的时间内 达到要求的含水率 是一种快速的干燥方法 室干是木材干燥的主要形式 较为普遍的木材干燥方法 又可分为如下几种 低温干燥 干燥介质温度在60 左右 干燥介质为热空气 优点 干燥质量较好 设备资金投入少 缺点 干燥周期相对较长 常规干燥 干燥介质温度在100 以下 干燥介质为热空气 优点 1 干燥周期短 干燥薄板仅需十几或几十个小时即可完成 2 适应性强 各种木
5、材均可干燥 只要改变干燥工艺参数 温度 相对湿度 气流方向和速度 就可以适应不同厚度 不同材种的板材 3 操作简单 易推广 4 干燥质量好 5 在大规模生产中 可利用计算机对干燥过程实现自动控制 缺点 在干燥室放汽时 湿空气带走大量的热量 增加能源的消耗 高温干燥 干燥介质温度在100 以上 多在106 113 之间 干燥介质为热空气 优点 干燥周期短 缺点 1 干燥质量相对较差 2 设备资金投入大 3 危险性大 北京林业大学材料学院 3 3 2特种干燥 1 除湿干燥设备 除湿干燥机原理 在木材干燥过程中 木材内的水分不断溢散到环境中 使干燥室内的介质 空气 的相对湿度不断增加 当干燥室内的干
6、燥介质的相对湿度达到饱和时 木材内的水分无法向环境中溢散 此时将饱和介质通过除湿机 除去介质中的水分 干热的介质重新回到干燥室内 干燥介质的相对湿度下降 重新具有吸纳水分的能力 继续进行干燥木材 与常规干燥相比较 大大地节省了能源的消耗 而且干燥质量也较好 北京林业大学材料学院 2 真空干燥设备 真空干燥箱原理 水分物态的改变除了与温度有关外 还与环境的压力有关 环境压力降低 水的沸点也随之降低 在常压下 0 1MPa 水的沸点为100 当环境压力降低到0 02MPa时 水的沸点为60 因此 降低环境压力 可以大大地降低水的沸点 使水分在相对较低的温度下 由液态转变为汽态 流动性大幅度提高 干
7、燥速度加快 环境压力与沸点温度的关系见下表 真空干燥方法尤其适合于珍贵树种的木材 真空干燥对设备的要求较高 使用还比较少 但是 随着机械制造技术的提高 真空干燥技术已经引起了木材行业的广泛重视 北京林业大学材料学院 3 太阳能干燥设备 太阳能集热器 干燥窑原理 利用太阳能集热器将太阳能转化为热能 加热干燥介质 从而对干燥窑内的木材进行干燥处理 太阳能干燥的最大优点是使用了清洁能源 然而 此种方法的局限性较大 受大气的影响较为明显 如季节的变化 白天和黑夜的交替等 若要对木材进行连续干燥 必须与其它干燥方式联合使用 简单介绍世界各国对太阳能的利用以色列太阳能的利用 路灯 家庭用电 加热用水 我国
8、 引进技术的路灯 自我发展太阳能干燥等 北京林业大学材料学院 4 高频干燥 微波干燥 超高频干燥 设备 高频干燥机 微波干燥机 原理 频率的概念 同性相斥和异性相吸的原理 水分子为极性分子 高频干燥机 微波干燥机 的电极分为正极和负 对水分具有相斥和相吸的作用 干燥机的正极吸引水分子的负极 干燥机的负极吸引水分子的正极 使水分有序排列 当干燥机的正极和负极变化时 水分的方向也随之变化 使水分子发生旋转 在旋转过程中 水分子与木材 水分子之间发生摩擦作用 摩擦会产生大量的热量 即电能转化为热能 木材内水分的温度升高 水分的移动能力大大提高 从而达到干燥木材的目的 提一个问题 高频和微波的主要区别
9、 高频的频率一般为13 56兆赫 微波的频率一般为915兆赫 2450兆赫 北京林业大学材料学院 3 4木材干燥的一般规律 1 木材干燥时水分移动的一般规律木材中水分的移动方向 水分的纵向移动 水分的横向 径向和弦向 移动 木材中的水分一般情况下沿着木材的各个方向移动 大致可以认为水分是沿着纵向和横向移动 水分纵向移动的速度为横向的12 15倍 但是木材的纵向尺寸远远大于木材横向的尺寸 所以木材中的水分主要是沿着木材的横向移动 在横向上 宽度又远大于厚度 因此厚度方向为木材水分移动的主要方向 即宽材面是木材内水分溢散的主要部位 在木材干燥过程中 是木材表面层的自由水分首先蒸发 然后是吸着水蒸发
10、 随着干燥的进行 蒸发面逐渐向木材内部移动 并且形成内高外低的含水率梯度 在含水率梯度的作用下 使木材内部的水分向木材表面移动 进而在表面被蒸发 另外 由于水分的移动和蒸发 同时带走大量的热量 使木材内部的温度降低 形成内低外高的温度梯度 温度梯度使木材内的水分向木材内部移动 在这两种梯度的作用下 在木材内部的某个区域内的水分 既有向内移动的趋势 又有向外移动的趋势 这样 在木材内部的这个区域就形成了紊乱区 出现紊乱区后 可采用喷蒸的方法进行解决 原理 北京林业大学材料学院 2 木材干燥曲线a 预热阶段 AB b 等速干燥阶段 BC C 减速干燥阶段 CD 3 木材干燥过程中的应力和应变分析 干燥过程中木材内部含水率的变化情况预热阶段 含水率不变等速干燥阶段 干燥刚开始阶段 木材含水率高于纤维饱和点表层含水率低于纤维饱和点 开始干缩 木材内部含水率高于纤维饱和点 不干缩 此时应力应变实验片向外弯曲 减速干燥阶段 木材内部的含水率降到纤维饱和点以下 内部也开始干缩 内外应力存在着相对较小的变化 内层应力小 外层应力大的变化 木材外层的 变定 过程 故应力应变片的变化为直 然后向内弯曲 解决上述出现的问题的方法是在不同的干燥阶段采用喷蒸处理 4 干燥过程中常见的缺陷干裂 端裂 内裂 外裂 翘曲 节子脱落 北京林业大学材料学院 同学们下章节再见
