4木材常规干燥工艺.ppt
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第四章木材常规干燥工艺 干燥前的准备干燥基准干燥过程的实施木材干燥质量的检验干燥后木材的保管木材干燥的缺陷及预防 4 1干燥前的准备 干燥室壳体和设备的检查木材的堆积干燥前的预处理检验板的使用 干燥室壳体和设备的检查 干燥室壳体 室顶 地面 墙壁 大门通风设备 通风机 机架 导流板供热和调湿设备 加热器 疏水器 蒸汽管路 喷蒸管或喷水管 喷头测控设备与仪表 温度计 湿度计 自动控制系统 含水率测定仪 蒸汽流量测定仪 木材的堆积 材堆的规格和形式取决于干燥室的室型结构 干燥室的室型结构不同 循环空气的动力学特性不同 材堆的规格和形式各异 国内周期式强制循环空气干燥室材堆的装卸有轨车装卸和叉车装卸两种方法 图4 1 1 用叉车装卸的单元小材堆 2 用轨车装卸单元小材堆 长2m或3m宽1 2m或1 5m高1 2m或1 5m可多列 材堆的宽度与材车等宽 材堆的长度与材车等长 对于较长的材 也可两个材车联合使用 材堆的外型尺寸的经验数据与门框之间的间隙为75 100mm 与顶板或室顶的间隙为200mm 与侧墙之间的距离为400 600mm 500 800mm 侧风型 材堆底部与轨面的距离为300mm 按树种 材长 材厚确定 一般为0 3m 0 9m 阔叶树木材及薄材应小一些 针叶树木材及厚材应大一些 厚度60mm以上的针叶树木材可以加大到1 2m 易翘曲的木材可取0 3 0 4m 物理力学性能好 材质均匀 纹理通直 能经久使用 一般使用变形小 硬度高的干木材 一般取 25mm 30mm 25mm 40mm 应四面刨光 厚度公差为 1mm 在上下木材之间造成水平方向气流循环通道 使材堆中的各层木材互相夹持 防止或减轻木材的翘曲和变形 使材堆在宽度方向上稳定 隔条的作用及其使用 隔条的作用 隔条的材质及断面尺寸 隔条的间距 木材堆积时注意事项 树种搭配 厚度和含水率符合要求在同一个干燥室的材堆中 木材的树种 厚度要相同 或树种不同而材质相近 木材厚度的容许偏差为木材平均厚度的10 初含水率力求一致 支撑横梁支持材堆的几根横梁 高度应一致 因而应在一个水平面上 正确使用加压重物或压紧装置重物应放在有隔条的位置上 不要放在两个隔条的中间 如无压顶 最上面2 3层应为质量较差的木材 或要求干燥质量不高的木材 木材堆积时注意事项 隔条的配置数量木材越薄 要求的干燥质量越高 配置的隔条数目应该越多 沿材堆长度横置的隔条 一般采取表4 1所配置的数量 隔条摆放正确各层隔条在高度上应自上而下地保持在一条铅垂线上 并应着落在材堆底部的支撑横梁上 材堆端部的两行隔条 应与板端齐平 以免发生端裂 若木材长短不一 应把短料放在中部 长料放在两侧 隔条间距仅木材厚度而言 25mm厚的木材 隔条间距不应超过0 5 0 7m 50mm厚的板材隔条间距可按0 7 0 9m布置 60mm以上的厚木材 隔条间距可取1 2m 正确使用隔条 木材堆积时注意事项 检验板和测量点的位置将含水率检验板放在合适的位置 以便准确测量干燥过程木材的含水率 采用含水率测定仪和电测含水率法在线检测时 应在干燥室中布置6个含水率测量点 并预先将探针装好 人工检测时 是通过检验门将含水率检验板放置在木材材堆预留放置检验板的位置上 毛料的干燥若木材的厚度小于40mm 宽度小于50mm时 毛料可作为隔条 若毛料尺寸超过上述数据 应放置隔条 否则会影响板材的干燥质量 干燥前的预处理 预干处理预刨处理预浸泡处理预汽蒸处理预分选处理 预干处理 气干预干气干预干投资和运转费很低 但需较大场地 且木料周转期长 资金积压 参考第八章其它干燥木材的方法中的大气干燥一节 低温室预干将木材堆放在具有一定温度和气流循环速度的低温预干室中进行的低温干燥处理 低温预干比气干预干的质量高 预干周期较短 预干过程易于控制 但预干能耗较高 投资也比较大 预干室内装有散热器 由蒸汽或热水供热 和轴流式循环风机 室内空气温度通常不超过37 5 气流循环速度约为0 5m s 预刨处理 预刨的应用通常用于硬木地板和实木家具面板的干燥预刨处理的特点缩短了木材的干燥周期可降低木材干燥的能耗可防止板材在干燥过程中的翘曲变形可降低干燥中板材表面开裂的危险性可增加干燥室的有效容量 预浸泡处理 预浸泡处理就是在木材室干前将木材浸泡在一定温度以及不同溶剂的水溶液中进行浸泡处理 以获得防变色 防霉变和脱脂等的特殊效果 防变色的预浸泡 适用于易变色木材在室干前可将木材堆放在水池中用清水浸泡约10 14d 其间可换清水漂洗2 3次 或用碱性溶液 如浓度为0 25 洗衣粉 或碳酸氢钠0 225 十烧碱0 02 的浓度 浸泡5 10d 依水溶液的温度高低而异 之后再用清水漂洗2 3次 然后取出经预干处理约15d 至含水率30 左右 即可进行室干处理 防霉 防蓝变的预浸泡 适用于易生霉 蓝变以及边材变色的木材我国多用五氯酚钠溶液蘸渍处理国外也有用二甲基二癸基氯化铵 DDAC 和DDAC与惰性胶乳配合制成的Timbercote 可渗透到木材中 有效抗蓝变 对木材表面和内部均能起到保护作用 对腐朽菌 霉菌 蓝变菌 均具有很好的效果 适用于松木和栎木防霉变和蓝变 脱脂浸泡处理 适用于含有丰富树脂的木材脱脂的化学药剂主要为碱性溶液 常用的有碳酸氢钠 洗衣粉 过氧化氢等 药剂浓度大 其脱脂效果好 但会引起板材表面发黄 且失去光泽 常用的浓度为0 2 0 5 常温脱脂浸泡处理时 药液不易渗入木材 且不利于松脂的溶解 故生产中常采用热水药液浸泡处理 且温度越高 脱脂效果越好 浸泡温度可控制在70 90 范围 浸泡时间约为8h 药物浸泡处理后 除了脱脂外 还有漂白的效果 木材脱脂后 需用清水漂洗以免板面泛黄 预汽蒸处理 定义 就是在实施干燥工艺过程前将木材置于密闭的容器中用饱和蒸汽进行处理 或在干燥过程的预热阶段用饱和蒸汽对木材进行处理 作用 改善木材的某些品质 提高其使用价值 在一定程度上提高了木材的干燥速度 可以使三角枫 山毛榉等材色发红 受到广大用户的欢迎 可以起到杀虫 除菌 防霉 消毒等作用 广泛应用于松木的脱脂缺点 提高了木材干燥的成本 使一些难干的硬阔叶湿材产生表面开裂 会使一些木材颜色加深 预分选处理 主要用于针叶树材 因针叶树材初含水率相差比较大 特别是速生人工林木材存在有不规则的湿心材 其湿心部分的含水率比正常的生材约高出1倍 湿心材与正常材同室干燥时 还会产生开裂等比较严重的干燥缺陷 因此 针叶树材 特别是速生人工林木材 干燥前应进行预分选 将高含水率的湿心材与正常材区分开 使其与正常木材分室干燥 检验板的使用 检验板的分类检验板的选制检验板的使用 检验板的分类 含水率检验板 Moisturecontentsection 为了检测干燥过程中木材含水率的变化 作为实施干燥基准阶段转换和结束干燥过程中调节干燥介质温度 湿度的依据 应力检验板 Stresssection 为了检测干燥过程中木材应力的大小 作为干燥过程中来确定木材是否需要进行调湿处理 前期处理 中间处理和平衡处理 并确定处理时间长短的依据 检验板的选制 检验板材质的要求无腐朽 无裂纹 无虫蛀 非偏心材 无涡纹 少节疤 含水率较高的边材 材质密实 干燥缓慢的树基部材 弦切板材 板面是弦切面 检验板和试验板的截取按国家标准 锯材干燥质量 GB6491 1999规定的方法进行 图4 2检验板和试验片的锯制1 5 10 15mm 应力试验片2 4 10 12mm 含水率试验片3 6 1 0 1 2m 检验板 检验板的使用 检验板的放置试验片的锯制试验板的使用 含水率检验板 应力检验板 干燥应力的测量 分层含水率的检测 检验板的放置 对于新的材种或规格 新建干燥设备 探索新的工艺 检查对比或科研试验等情况时 采用9块含水率试验板 对于材种和规格 干燥设备及干燥工艺等条件基本固定并掌握了干燥规律等情况时 采用5块含水率试验板 图4 3试验板放置位置B 材堆宽度h 材堆高度 试验片的锯制 检验板经干燥后 按图4 4所示方法据制最终含水率试验片 分层含水率试验片以及应力试验片 当木材的宽度B 200mm时 按图4 5的方法锯制应力试验片 含水率和分层含水率试验片也可以按此法进行 图4 4分层含水率和应力试件的制取 1 干燥过程检验 2 干燥终了检验 图4 5宽材应力试验片的锯解 含水率检验板 含水率检验板是用来观察 测定干燥过程中木材含水率变化情况的 由于它的长度比被干材短 为使检验板尽量接近所代表的木材的实际情况 生产上把检验板的两个端头清除干净后 涂上耐高温不透水的涂料 防止从端头蒸发水分 木材初含水率的确定含水率检验板的使用 木材初含水率的确定 干燥木材初含水率采用称重法进行测定 称重法按照国家标准GB T6491 1999 锯材干燥质量 中的规定进行 为了正确的反映检验板的初含水率 应取两块试验片的含水率的平均值 含水率检验板的使用 根据已知检验板的MC初 试验片的平均含水率 G初 检验板的最初质量 按下公式可以算出检验板的全干质量 用G干代表 假设MC当为测定当时的检验板含水率 G当为检验板当时的质量 MC当的数值可以认为代表被干木材当时的含水率状态 例题 号含水率试验片的最初湿重为18g 在干燥箱中干燥成全干质量为10g 号含水率试验片的最初湿重为30g 在干燥箱中干燥成全干质量为20g 可根据公式计算 号试验片的初含水率 号试验片的初含水率 把 号试验片的初含水率和 号试验片的初含水率取其平均值 80 50 2 65 则检验板的平均初含水率为65 若含水率检验板的初重为10kg 根据公式可以算出检验板的全干重G干G干 G初 1 MC初 10 1 65 6 06 kg 假设 检验板在干燥室内干燥了3昼夜 当时称出的质量为9kg 根据公式可以计算出检验板当时的含水率为 含水率检验板使用时的注意事项 用检验板的含水率代表该批量被干木材的含水率 不论在干燥前或干燥过程中 都会有点出入 检验板比被干木材短 同时在每次定期称量时 检验板暴露在大气之中 此时蒸发水分的速度比材堆内的木材要快 实际上检验板的含水率一般低于被干木材的含水率 特别是干燥到后期 误差明显 为调整误差 干燥到后期 可以从被干木材中锯切试验片 进行误差核对 也可以凭操作经验 妥善调节干燥基准 应力检验板 应力检验板在使用过程中 理论上应该放在水分蒸发最快的地方 在干燥过程中应力检验板允许锯割 在检查应力时 取出应力检验板 先锯去端头 锯去的端头长度试验板长度而变化 一般为10 20cm 然后锯取内应力试验片 通常应力试验片锯制成应力切片和叉齿 Prong 根据切片和叉齿的变形来判断木材干燥应力的性质 大小和有无 木材干燥内应力的性质可以根据刚刚锯制的应力切片和叉齿的变形 是向内弯曲还是向外弯曲 来判断当时木材干燥应力的性质 应力的大小是时根据应力切片和叉齿的弯曲程度来判断 并且可以判断被干木材开裂的可能性 干燥应力的测量 产生原因 干燥应力是木材由湿变干的过程中由于内 外层干燥和收缩的不同步造成的 在测量时既要测量干燥过程中的应力 也要测量干燥后木材内的残余应力 测定木材干燥应力的方法 主要包括切片法 叉齿法 贴应变片法 声发射法和电介质特性法 生产中最常用的就是 切片法 叉齿法 切片法 定义 利用分层含水率试验片 比较其切开当时及烘干后试片形状变化来判断干燥应力的方法 原理 干燥应力存在 试片切开时会立即变成弓形 变形的程度与应力大小 含水率梯度和表面硬化 即表层发生塑性变形 的程度等有关 因此 由试片变形的程度便可分析木材干燥应力的大小 为便于比较木材干燥应力的大小 可把切片变形的挠度f与切片原长度L比值的百分率定义为应力指数 公式4 4如下 切片的制作残余应力 图4 6应力切片的制作与分析 1 划线 2 切片风干后 3 测量变形挠度 残余应力 是在消除试片的含水率梯度之后测得的 即应力试片切取后 在103 2 的干燥箱内烘干2 3h 或在室温通风处气干24h以 使其含水率分布均衡 然后再按公式4 4的方法测量其应力指数 这样测得的残余干燥应力指数 叉齿法 叉齿应力试片的锯制干燥过程中需要检验干燥应力时 取出应力检验板 锯制成应力试验片后 然后按下图所示据制叉齿应力检验片 图4 7叉齿应力检验片的锯制 a 板厚 50mm时的叉齿尺寸 b 板厚 50mm时的叉齿尺寸 叉齿法 计算原理叉齿应力检验片据制后 在103 2 的干燥箱内烘干2 3h 或在室温通风处气干24h以 使其含水率分布均衡 使叉齿内 外层的含水率分布均衡后 便可根据叉齿变形的程度测知其应力指标 残余应力指标即叉齿相对变形Y 计算公式如下 标准若 2 说明干燥应力很小 可忽略不计 若 5 应力较大 应进行调湿处理 将其消除 锯材干燥质量 国家标准GB T6491 1999对不同等级的干燥木材规定有干燥应力指标的允许范围 S 叉齿未变形时两齿端外侧的距离 也即两齿根外侧的距离 mm S1 叉齿变形后两齿端外侧距离 mm l 叉齿未变形时的外侧长度 mm 分层含水率的检测 分层含水率 就是木材沿厚度上不同层次的含水率 分层含水率的检测是对应力测试的补充 分层含水率的锯制干燥前 被干木材的分层含水率 可用锯制含水率检验板时截取的分层含水率试验片来测定 干燥中 不能从含水率检验板上锯取分层含水率试验片 可以从被干木材或者从内应力检验板上截取 测定试材在不同厚度上的含水率 通常将试验片等厚分成3层或5层 用质量法测定每一层的含水率 以此求得木材的分层含水率偏差 分层含水率试验片的锯制方法见图4 8所示 图4 8分层含水率试验片锯制图B板材宽度S板材厚度 木材的分层含水率偏差 干燥木材厚度上含水率偏差 按式 4 6 计算 式中 及 心层及表层含水率 厚度上含水率偏按其平均值 来检查 公式 4 7 干燥木材含水率偏差越小 表明干燥木材厚度上的含水率分布越均匀 意味着干燥工艺和干燥基准合理 干燥质量也就越好 干燥结束以后 沿厚度含水率偏差越小 说明木材干燥的越均匀 在加工时变形的可能性也就越小 n 分层含水率试片数 4 2木材干燥基准 Dryingschedule 木材干燥基准简介干燥基准的编制方法干燥基准的选用 木材干燥基准简介 定义 干燥基准就是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 分类 主要按干燥过程的控制因素来进行分类的含水率干燥基准 Moisturecontentdryingschedule 时间干燥基准 Timedryingschedule 连续升温干燥基准 Continuouslyrisingtemperaturedryingschedule 干燥梯度基准 Gradientdryingschedule 含水率干燥基准 Moisturecontentdryingschedule 定义 就是按木材含水率变化来控制干燥过程 制定干燥介质的状态参数 即把整个干燥过程按含水率的变化幅度划分成几个阶段 每一含水率阶段规定了干燥介质的温度 相对湿度 分类 双阶段或三阶段干燥基准波动式干燥基准 Fluctuantdryingschedule 半波动干燥基准 Semi fluctuantdryingschedule 双阶段或三阶段干燥基准 将整个干燥过程划分为2个或3个含水率阶段的的干燥基准叫做双阶段或三阶段干燥基准 这两种干燥基准适用于厚度较薄和易干燥的木材 表4 4双阶段高温干燥基准 40mm厚云杉 表4 5三阶段干燥基准 40mm厚柞木 波动式干燥基准 Fluctuantdryingschedule 定义 即在整个含水率阶段 干燥介质的温度作升高 降低之反复波动变化的基准 对于硬阔叶树材的厚木材 为了加快干燥速度 避免产生较大的含水率梯度 可采用波动式干燥基准 木材波动式干燥工艺周期性地反复进行 升温 降温 恒温 的过程 升温过程只加热木材而不干燥 当木材中心温度接近介质温度时 即转入降温干燥阶段 当干燥介质的温度降到一定程度再保持一段时间 以便充分利用木材内高外低的温度梯度 当木材中心层的温度降低 使温度梯度平缓时 须再次升温 如此周而复始 以确保内高外低的温度梯度 波动干燥工艺在干燥前期对提高干燥速度比较明显 后期则不甚明显 半波动干燥基准 Semi fluctuantdryingschedule 定义干燥介质的温度在干燥的前期逐渐升高 在干燥后期 Thelatterstageofdrying 作波动变化的基准 在生产上 通常采用半波动工艺 即在干燥的前期采用常规含水率干燥基准 而后期采用波动式干燥基准 时间干燥基准 Timedryingschedule 定义 就是按干燥时间控制干燥过程 制定干燥介质的状态参数 即把整个干燥过程分为若干个时间阶段 每一时间阶段规定了干燥介质的温度 相对湿度 特点 时间干燥基准是在长期使用含水率基准的基础上总结出的经验干燥基准 是操作者对使用的干燥设备和被干木材的性能相当了解 只要按干燥时间控制干燥过程就可以干燥出合格的木材 例表4 6 连续升温干燥基准 Continuouslyrisingtemperaturedryingschedule 定义 在木材的干燥过程中 根据木材的树种 规格和干燥质量要求 规定了介质的初始温度 最高温度和升温速度 从基准初始温度开始 等速提升介质的温度 以保持干燥介质温度和木材温度之间的温层为常数 从而确保干燥介质传给木材的热流量不变 并使木材的干燥速度基本保持一致 特点 方法简单 操作方便干燥快速和节能干燥时间比较短干燥的木材物理力学性能无明显区别连续升温干燥基准可采用较高的介质循环速度在美国广泛应用于针叶树材的干燥 30mm和50mm厚的红松板材用连续升温干燥基准进行初步试验 并与普通含水率干燥基准比较 干燥梯度基准 Gradientdryingschedule 干燥梯度干燥梯度是指木材的平均含水率与干燥介质状态对应的木材平衡含水率之比 干燥梯度的制定是根据木材的厚度和干燥的难易程度 以及不同含水率阶段木材中水分移动的性质 使干燥梯度维持在一定的范围内 从而保证木材的干燥质量 干燥梯度基准 主要应用于木材干燥过程的自动控制 在基准中 规定了不同阶段的干燥梯度 通过调节干燥介质状态对应的木材平衡含水率来控制木材的干燥速度 德国GANN公司安置在HydromatTKV 2型自动控制装置上的干燥梯度基准 德国GANN公司HydromatTKV 2型自动控制装置上的干燥梯度基准 梯度干燥基准的选用是根据木材树种选择其基准组 根据木材的厚度选择干燥强度 厚度在60mm以上的选用软基准 厚度在30 60mm之间的选用适中基准 厚度在30mm以下的选用硬基准 表见书中表4 9和4 10 干燥基准的评价 干燥基准的使用效果可以用效率 安全性和软硬度三个指标进行评价 效率 用干燥延续时间的长短作为评价标准 在同一干燥室内用两个不同的基准干燥同一种木材 在同样质量标准下 干燥延续时间短的基准效率高 安全性木材在干燥过程中不发生干燥缺陷 用干燥过程中木材内部存在的实际含水率梯度与使木材产生缺陷的临界含水率梯度的比值来表示 比值越小 安全性越好 软硬度在一定干燥介质条件下 木材内水分蒸发的程度 当木材的树种 规格和干燥设备性能相同时 干湿球温度差大和气流速度快的干燥基准为硬基准 反之为软基准 同一干燥基准对某一树种或规格的木材是软基准 对另一规格或树种的木材可能就是硬基准 干燥基准的编制方法 比较分析法图表法百度试验法 比较分析法 制定步骤 根据测试拟干木材性质 干燥特性 参考与其相近木材的干燥基准 通过分析和比较制定出被干木材的初步干燥基准 初步的干燥基准在实验室条件下进行多次小试 将各个含水率阶段的分层含水率的结果绘成含水率梯度曲线 并注明各个阶段发生的干燥缺陷的性质和数量 根据小试结果进行统计和分析 对初步干燥基准进行重新修订 比较几次试验的结果 将干燥缺陷最小 含水率梯度最大的曲线设为标准曲线 根据含水率标准曲线确定干燥基准各含水率阶段的介质的状态参数 确定为初步应用干燥基准 进行生产性试验 如果生产性试验成功 就可认为初步应用干燥基准是合理的 并在生产上继续考察和修改 最终确定为该树种和规格的干燥基准 举例 某针叶树木材 厚度为 30mm 初含水率为在 65 用比较分析法编制出其初步干燥基准 测试拟干木材基本密度 弦向和径向干缩系数确定参照木材的树种 查表2 4可知 与长白鱼鳞云杉非常接近编制拟干木材的初步干燥基准 查表4 20 针叶树木材基准表的选用 得长白鱼鳞云杉的干燥基准号为1 2 查附录5得拟干木材的初步干燥基准 见表4 11所示 由于两个树种的干燥特性比较相近 不对该干燥基准进行调整 该基准还需经实验室条件下小试与修订和生产性中试与修订后方可使用 表4 11拟干木材初步干燥基准 图表法 根据凯尔沃思Keylwerth的研究 干燥基准可以通过图表直接查到 这种方法是根据被干木材沿厚度平均含水率规由图4 9确定表征干燥介质状态的平衡含水率EMC和干燥梯度DG 图4 9干燥基准推荐表 1 适用于针叶材 2 适用于阔叶材 图表法 原理 依据木材的初含水率 根据图4 9确定介质的平衡含水率 当木材的含水率在纤维饱和点以上时 介质的平衡含水率取定值 一般在14 18 的范围内 木材的含水率在纤维饱和点以下时 介质的平衡含水率随木材含水率的变化而变化 但它们的比例关系表征干燥基准软硬程度的干燥梯度基本保持不变 此值由树种和干燥速度要求由图4 9确定 同时可得介质的平衡含水率值 图4 9干燥基准推荐表 1 适用于针叶材 2 适用于阔叶材 干燥梯度的取值范围在1 3 4之间 当干燥质量要求较高时 针叶材 DG 2 阔叶材 DG 1 5 当木材厚度小于30mm时 若可以进行快速干燥 针叶材 DG 3 0 4 0 阔叶材 DG 2 0 3 0 图4 10基准参数确定表 举例 已知桦木木材厚度30mm 初含水率50 终含水率8 用图表法确定其干燥基准 确定干燥温度 由图4 9查得最初温度为70 最高温度80 确定干燥条件 纤维饱和点以上 取平衡含水率EMC 2 5 划分阶段 纤维饱和点以上为一阶段 纤维饱和点以下每降低5 含水率为一阶段 确定相对湿度和湿球温度 纤维饱和点以上 由图4 10纵坐标EMC 16 引水平线 与横坐标干球温度70 处的垂线相交 由该交点查得相对湿度为90 湿球温度为68 对于纤维饱和点以下各阶段 须先由横坐标左右的含水率值引垂线与DG 2 5斜线相交 再过交点引水平线与右图干球温度值的垂线相交 交点处的相对湿度和湿球温度值即为所求的值 绘制干燥基准表 百度试验法 定义 是根据试材的初期开裂 端裂与表面开裂 内部开裂与塌陷等破坏与变形的程度而决定干燥基准的初期温度 末了温度和干湿球温度差 相对湿度 用标准试件所确定出的是被试验树种的厚度为25mm厚板材的干燥基准 要点 把标准尺寸的试件放置在干燥箱内 在温度为100 的条件下进行干燥并观察其端裂与表面开裂的情况 干燥终了后 锯开试件观察其中央部位的内裂 蜂窝裂 和截面变形 塌陷 状态 以确定木材在干燥室干燥时的温度和相对湿度 根据试件在干燥过程中含水率的变化和干燥时间的关系 还可以估计被试树种木材在进行室干时所需要的时间 百度试验法的试验方法 试材 规格 200 100 20 mm mm mm 材质 质量相差不大 颜色正常 无节疤 纹理通直 弦向板 初含水率 密度适中的木材 50 以上硬阔叶材中密度较大的木材 不应低于45 试验设备 恒温干燥箱 天平 电子秤 卡尺等 图4 11百度试验法试件规格 百度试验法的试验方法 实验步骤 从拟干木材中选择标准的弦切板 按要求制取六面刨光的标准试件 同时在紧靠试件两端截取两片顺纹厚度10 12mm的初含水率试片 用质量法测定试件的初含水率 标准试件测得初重后 横立于温度为100 2 的恒温箱内烘干 由于试材开裂实际上是在干燥刚开始的几个小时内发生的 因此应控制住最初几个小时的开裂 针叶材最初每0 5 1h观测一次 阔叶材每1h观测一次 之后 每1 2h观测一次 这段时间约持续6 8h 当裂纹开始愈合时 可将测试间隔延长至5 6h或更长 当裂达到最大程度时 测量开裂的程度 按以下规定和百度试验干燥特性分级标准表来确定初期开裂的等级 图4 12和表4 14 图4 12初期开裂 图4 13内部开裂 图4 14截面变形 长细表裂 端表裂 长度 50mm 宽度 2mm 短细表裂 端表裂 长度 50mm 宽度 2mm 宽表裂 宽端表裂 宽度 2mm 表4 14百度试验干燥等级标准 随着试件的继续干燥 外裂会在一定程度上变小 直至试件烘到全干 约需30 80h 然后取出试件从中间锯断 测量截面变形和内部开裂程度 内部开裂和截面变形程度参照图4 13和图4 14来确定 截面变形以材边厚度与材边邻近下凹处厚度之差表示 对照百度试验干燥特性分级标准表4 14 看属于哪个等级 内裂程度按宽裂 2mm 细裂 2mm的规定 统计各种内裂的数量 按百度试验干燥特性分级标准表4 14进行内裂分级 将试验结果进行统计分析后 得出初期开裂 截面变形 内部开裂和干燥时间4种干燥特性等级 其中最高的等级也可作为该试验的综合特性等级 根据初期开裂 截面变形和内部开裂的等级 或只按综合特性等级查干燥特性等级与干燥介质条件 对应表4 15 便可得知干燥基准介质状态参数的推荐值 即介质的初始温度 前期干湿球温度差和后期最高干燥温度的推荐值 由这些推荐值并考虑干燥时间等级 初步制定试用基准 然后再进行小试和中试 在此基础上对试用基准进行修改和优化 表4 15干燥特性等级与干燥条件 对应表 百度试验法 编制干燥基准一般的原则 在干燥初期 干燥阔叶树材时 干球温度为50 干湿球温度差为3 5 干燥针叶材时 干球温度为60 干湿球温度差为4 6 在干燥中期 干燥温度从含水率35 起 含水率每降低3 5 温度升高5 7 随着含水率逐渐降低 温度的升高幅度也相应的增大 对于阔叶树材 在大多数情况下 干燥初期可取一样的干燥条件 当含水率降低至初含水率的2 3时 开始改变干燥条件 其后 含水率每降低5 干燥温度升高5 7 时 干湿球温度差增大3 2 1 5倍 在整个干燥过程中 干湿球温度差的最大值为25 30 对于针叶树材和部分阔叶树材 一般干燥中期从含水率35 左右开始改变干燥条件 百度试验法举例 某针叶树木材 初含水率为65 要求终初含水率为8 用百度试验法确定初步干燥基准 确定被干木材干燥缺陷的等级 按照百度试验法步骤进行试验 根据试验结果查表4 14得干燥缺陷级别分别为 初期开裂 3级 截面变形 2级 内部开裂 2级 确定干燥介质条件 根据干燥缺陷级别查表4 15得干燥介质条件 编制该树种的初步干燥基准 根据编制干燥基准一般的原则和查表4 16得各含水率阶段对应的干湿球温度差 编制25mm厚被干木材的初步干燥基准 W t干 t t湿 60以上555 4 3 5060 405665040 355985135 3062115130 2566145225 2070175320 1575225315一下833053 干燥基准的选用 木材进行干燥时 首先是根据被干木材的树种和规格选择适宜的干燥基准 基准选择的是否合理 直接影响到干燥室的生产量和木材的干燥质量 干燥时应该考虑保持木材良好的机械性质和力学强度 应确保木材的干燥质量 对于缺乏干燥经验的木材和操作经验不足的干燥室来说 应选用软干燥基准试干 然后逐步调整 最后制定出合理的干燥基准 对于借用其它单位的干燥基准 只能参考使用 木材干燥基准可通过查表获得 首先从表4 20和4 22中查找某树种和规格对应的基准号 根据基准号查附录5和附录6中的木材干燥基准表 即可获得该树种和规格木材的干燥基准 表见书中 4 3干燥过程的实施 干燥实施之前的准备预热阶段干燥阶段终了处理 干燥实施之前的准备 关闭进 排气道 启动风机 对有多台风机的可逆循环干燥室 应逐台启动风机 不能数台风机同时启动 以免电路过载 打开疏水器旁通管的阀门 并缓慢打开加热器 使加热系统缓慢升温同时排出管系内的空气 积水和锈污 待旁通管有大量蒸汽喷出时 再关闭旁通管阀门 打开疏水器阀门 使疏水器正常工作 预热阶段 Preheatingtreatment 目的 主要是让木材热透预热阶段干燥介质状态 预热温度 应略高于干燥基准开始阶段温度 硬阔叶树木材可高5 软阔叶树木材及厚度60mm以上的针叶树木材可高至8 厚度60mm以下的针叶树木材可高至15 预热湿度 新木材 干湿球温度差为0 5 1 经过气干的木材 干湿球温度差以使室内木材平衡含水率略大于气干时的木材平衡含水率为准 预热时间 应以木材中心温度不低于规定的介质温度3 为准 也可规定估算 针叶树木材及软阔叶树木材夏季材厚每1cm约1h 冬季木材初始温度低于 5 时 增加20 30 硬阔叶树木材及落叶松 按上述时间增加20 30 干燥阶段 干燥阶段的实施在干燥过程中 干燥介质参数的调节严格按照干燥基准进行 在做温度转换时 不允许急剧地升高温度和降低湿度 按含水率干燥基准控制的干燥过程 干燥介质的温度是逐步提高 湿度逐步降低的 温度提高和湿度降低的速度 根据被干木材的树种和厚度确定 调节误差 温度不得超过 2 湿度不得超过 5 温度上升速度 软杂木3 5cm以下2 h 3 5cm以上1 h 硬杂木3 5cm以下1 5 h 3 5cm以上1 h 相对湿度下降速度 软杂木3 5cm以下每小时下降3 3 5cm以上每小时下降2 硬杂木3 5cm以下每小时下降2 3 5cm以上每小时下降2 干燥阶段 干燥阶段的调湿处理中间处理 Middletreatment 定义 就是通过高温高湿处理 促其表层吸湿 调整表层和内层水分分布 削弱含水率梯度 使已经存在的应力趋于缓和 干燥介质的状态 温度 要和木材当时的含水率适应 干球温度比当时干燥阶段的温度高8 10 但湿球温度最高不超过100 湿度 按室内木材平衡含水率比该阶段基准规定值高5 6 确定 或近似地控制干 湿球温度差为2 3 处理时间 参照木材终了处理时间 见表4 23所示 也可以近似地凭经验估计 具体操作时应通过应力检验 在边面张应力达到最大值时 或当表面硬化比较严重时 残余应力较大 进行处理 中间处理的效果 从应力试验片的齿形变化状况来判断 如图4 15所示 在未处理以前木材中存在较大的应力 经中期处理后 这种应力消除 如图4 15 2 或减少 如图4 15 3 如果中期处理过度 则会出现 图4 15 4 的情况 如果处理时间不够 应力只有一部分消除 齿形的弯曲程度缓和了一些 仍应延长处理时间 直到应力完全消除 但是 切记不能处理过度 图4 15中期处理前后应力试验片齿形的变化 干燥阶段 平衡处理 Equalizationtreatment 自最干木材含水率降至允许的终含水率最低值时开始 在最湿木材含水率降至允许的终含水率最高值时结束 目的 为了提高整个材堆的干燥均匀度和沿厚度上含水率分布的均匀度 干燥介质状态 温度 可以比基准最后阶段高5 8 但干球温度最高不超过100 对于硬阔叶树木材中 厚板 对干燥质量要求较高 处理温度最好不要超过基准最后阶段的温度 湿度 按室内介质对应的木材平衡含水率等于允许的终含水率最低值确定 介质平衡含水率比木材终含水率可以低2 例如 当要求木材干燥到终含水率10 那么 平衡处理的介质对应的平衡含水率应为8 时间 参照木材终了处理时间 见表4 21所示 可凭经验 按每1cm厚度维持2 6h估计 并在室干结束后进行检验 以便总结和修正 终了阶段 终了处理 Finaltreatment 目的 消除木材横断面上含水率分布不均匀 消除残余应力 干燥介质的状态 温度 比干燥基准最后阶段的温度高5 8 或保持平衡处理时的温度 相对湿度 按室内木材平衡含水率高于终含水率规定值的5 6 确定 高温下相对湿度达不到要求时 可适当降低温度 时间 可参考表4 23 也可按树种和厚度近似的估计 针叶树材和软阔叶树材厚度小于60mm时 每1cm厚度处理1h 厚度大于60mm时 每1cm厚度处理1 5h 中等硬度的阔叶材和落叶松薄板 每1cm处理1h 中 厚板 每1cm处理1 5 3h 木材越厚处理时间越长 对于硬阔叶材 每1cm厚度处理 h 处理时间随材质的硬度和木材的厚度增加而增加 表4 23终了处理时间 h 终了阶段 干燥结束干燥过程结束以后 关闭加热器和喷蒸管的阀门 为加速木材冷却卸出 让风机继续运转 进 排气口呈微启状态 待室内温度降到不高于大气温度30 时方可出室 寒冷地区可在室内温度低于30 时出室 木材干燥操作过程及注意事项 干燥室内温 湿度的调节干燥室内温度和相对湿度的调节 主要依靠操作人员经常观察和测定干燥室内温 湿度的变化情况 进行合理的调节与控制 全自动控制系统除外 通常情况下 干燥室内温度调节误差 不得超过 2 相对湿度调节误差 不得超过 5 木材干燥操作过程及注意事项 干燥室操作的注意事项干燥室要求供汽表压力不超过0 4MPa 应尽量使供汽压力定 干球温度由加热阀门调节 相对湿度或干湿球温度差由进 排气道和喷蒸管调节 为使介质状态控制稳定 并减少热量损失 操作时应注意加热 喷蒸 进排气三种执行器互锁 即在干燥阶段 加热时不喷蒸 喷蒸时不加热 喷蒸时进排气道必须关闭 进排气道打开时不喷蒸 应尽量减少喷蒸 充分利用木材中蒸发的水分来提高室内相对湿度 当干湿球温度差大于基准设定值l 时 就应关闭进排气道 大于2 时再进行喷蒸 若大于3 除采取上述措施外 还应在停止加热的同时打开疏水器旁通阀 排净加热器内的余汽 用紧急降温的办法来提高相对湿度 若干 湿球温度一时难以达到基准要求的数值 应首先控制干球温度不超过基准要求的误差范围 然后再调节干湿球温度差在要求的范围内 注意风机运行情况 如发现声音异常或有撞击声时 应立即停机检查 排除故障后再工作 如遇中途停电或因故停机 应立即停止加热或喷蒸 并关闭进排气道 防止木材损伤降等 注意每4h改变一次风向 先 总停 3min以上让风机完全停稳后 再逐台反向启动风机 风机改变风向后 温 湿度采样应跟着改变 即始终以材堆进风侧的温 湿度作为执行干燥基准的依据 若在供汽压力正常的情况下 操作也正常 但却升温 控温不正常 这有可能是疏水器工作不正常所致 需修理或更换 如遇停电或因故停机 应立即停止加热和喷蒸 并关闭进排气道 采用干湿球温度计的干燥室 要每次更换纱布 并保持一定的水位 木材干燥工艺举例1 水曲柳木材 厚度40mm 初含水率65 终含水率8 12 干燥质量二级 制定其干燥工艺 确定水曲柳木材的干燥特性查附录2得 基本密度0 509g cm3 弦向干缩系数0 184 径向干缩系数0 338 属于难干木材 易产生翘曲及内裂 确定水曲柳木材的干燥基准查表4 22 选定基准号13 1 查附录6 选定 40mm厚 水曲柳木材干燥基准见表4 25所示 预热处理介质状态根据木材预热处理工艺规程中的规定 预热处理介质状态为 预热温度 65 5 70 取高于基准第一阶段温度5 相对湿度 98 取 t 0 5 确定介质湿度 用t 70 t 0 5 查干燥介质湿度表 预热时间 6h 按厚度1cm处理1h增加30 来计算 4 4 30 5 2h 取为6h 预热处理结束后 将介质温湿度降到基准第一阶段规定的值 进入干燥阶段 干燥阶段严格按照干燥基准进行操作 以1 h速度升温 中间处理 第一次在含水率降低1 3时进行 中间处理介质状态 温度 67 8 75 取高于基准该含水率阶段温度8 相对湿度 94 取高于该含水率阶段EMC6 确定介质湿度 按t 75 EMC 13 6 6 19 6 查图2 4 时间 5h 查表4 23 取15h的1 3 第二次在含水率25 进行 中间处理介质状态 温度 75 8 83 取高于基准该含水率阶段温度8 相对湿度 90 取高于该含水率阶段EMC6 确定介质湿度 按t 83 EMC 10 3 6 16 3 查图2 4 时间 5h 查表4 23 取15h的1 3 平衡处理 当检测的最干木材含水率降至8 时 开始进行平衡处理 平衡处理介质状态 温度 90 5 95 取高于基准该含水率阶段温度5 相对湿度 70 取EMC 8 确定介质湿度 按t 95 EMC 8 查图2 4 时间 10h 查表4 23 终了处理当检测的木材平均含水率达到10 时 开始进行终了处理 终了处理介质状态 温度 90 5 95 取高于基准该含水率阶段温度5 相对湿度 90 取介质EMC高于木材终含水率5 确定介质湿度 按t 95 EMC 15 查图2 4 时间 10h 查表4 23 终了处理结束后 结束干燥木材干燥过程 木材干燥工艺举例2 红皮云杉木材 厚度28mm 初含水率68 终含水率8 12 干燥质量二级 制定其干燥工艺 确定红皮云杉木材的干燥特性查附录2得 基本密度0 352g cm3 弦向干缩系数0 139 径向干缩系数0 317 属于易干木材 确定红皮云杉木材的干燥基准查表4 20 选定基准号1 2 查附录5 选定 28mm厚 红皮云杉木材干燥基准见表4 26所示 表4 26红皮云杉木材干燥基准 28mm厚 预热处理介质状态根据木材预热处理工艺规程中的规定 预热处理介质状态为 预热温度 70 10 80 取高于基准第一阶段温度10 相对湿度 96 取 t 1 确定介质湿度 用t 80 t 1 查干燥介质湿度表 预热时间 3h 按木材厚每1cm约1h确定时间 取为3h 预热处理结束后 将介质温湿度降到基准第一阶段规定的值 进入干燥阶段 干燥阶段严格按照干燥基准进行操作 以2 h速度温 根据木材中间处理工艺规程中的规定 针叶材的中 薄板可以不进行中间处理 对一 二等材应进行平衡处理 平衡处理 当检测的最干木材含水率降至8 时 开始进行平衡处理 平衡处理介质状态 温度 95 5 100 取高于基准该含水率阶段温度5 相对湿度 72 取EMC 8 确定介质湿度 按t 100 EMC 8 查图2 4 时间 3h 按木材厚每1cm约1h确定时间 取为3h 终了处理当检测的木材平均含水率达到10 时 开始进行终了处理 终了处理介质状态 温度 95 5 100 取高于基准该含水率阶段温度5 相对湿度 92 取介质EMC高于木材终含水率5 确定介质湿度 按t 100 EMC 15 查图2 4 时间 3h 按木材厚每1cm约1h确定时间 取为3h 终了处理结束后 结束干燥木材干燥过程 待干燥室内温度降到不高于大气温度30 时木材方可运出干燥室 4 4木材干燥质量的检验 木材干燥质量的检测一般在木材干燥结束后进行 根据 锯材干燥质量 国家标准GB T6491 1999的规定进行检测 干燥木材的干燥质量指标干燥木材含水率干燥木材可见干燥缺陷的检测干燥木材的验收 干燥木材的干燥质量指标 干燥木材的干燥质量指标平均最终含水率 干燥均匀度即材堆或干燥室内各测点最终含水率与平均最终含水率的容许偏差木材厚度上含水率偏差 残余应力指标 可见干燥缺陷 弯曲 干裂 Dryingchecks 等 木材干燥质量的四个等级 一级 适用于仪器 模型 乐器 航空 纺织 精密仪器制造 鞋楦 歇根 工艺品 钟表壳等生产 二级 适用于家具 建筑门窗 车辆 船舶 农业机械 军工 实木地板 细木工板 缝纫机台板 室内装饰 卫生筷 指接材 纺织木构件 文体用品等生产 三级 适用于室外建筑用料 普通包装箱 电缆盘等生产 四级 用于远道运输木材 出口木材等 干燥木材含水率 不同用途和不同地区对木材含水率的要求干燥木材含水率与残余应力的检测检测被干木材各项含水率 除分层含水率外 其余均指干燥木材断面上的平均含水率 干燥木材的各项含水率指标 采用称重法和电测法进行测定 以称重法为准 电测法为辅 同室干燥木材的平均最终含水率 干燥均匀度 厚度上含水率偏差 等干燥质量指标 采用含水率试验板 整块被干木材 进行测定 干燥木材厚度上含水率偏差 按其平均值 来检查 干燥木材厚度上含水率偏差的检测参看4 1 4 2检验板的使用中的分层含水率的检测 同室干燥木材的最初含水率 干燥过程中木材含水率的变化以及最终含水率 按GB T6491 1999的规定进行检测 干燥木材残余应力的检测干燥木材的残余应力指标用检验板锯解应力试验片确定 取残余应力指标的算术平均值 为确定干燥质量的合格率的残余应力指标 干燥木材可见干燥缺陷的检测 干燥木材的可见干燥缺陷质量指标按GB T6491 1999中的规定检算 采用可见缺陷试验板或干燥后普检的方法进行检测 翘曲 Warp 的计算翘曲包括顺弯 Bow 横弯 Crook 及翘弯 Cup 均检量其最大弯曲拱高与曲面水平长度之比 以百分率表示 按下式计算 扭曲 Twist 的计算检量板材偏离平面的最大高度与试验板长度 检尺长 之比 以百分率表示 按下式计算 翘曲度 或翘曲率 最大弯曲拱高 mm 内曲面水平长 宽 度 mm 扭曲度 或扭曲率 最大偏离高度 mm 试验板长度 检尺长 mm 干裂 Dryingchecks 干裂指因干燥不当使木材表面纤维沿纵向分离形成的纵裂和在木材内部形成的内裂 蜂窝裂 等 纵裂宽度的计算起点为 2mm 不足起点的不计 自起点以上 检量裂纹全长 在材长上数根裂纹彼此相隔不足3mm的可连贯起来按整根裂纹计算 相隔3mm以上的分别检量 以其中最严重的一根裂纹为准 内裂不
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