木材干燥基準編制法——百度試驗法

1、木材干燥基準編制法百度試驗法1前言木材干燥基準是木材在干燥過程中操作的依據(jù)。它是通過調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的溫度、相對濕度來控制被干木材狀態(tài)變化的參數(shù)表。不同材種、不同厚度的成材干燥時，其干燥基準也各不相同。因此，干燥基準的制定、選用以及執(zhí)行得正確與否，直接影響到成材的干燥質(zhì)量與效益，對于木材干燥工藝過程有決定性的意義。在對一新樹種的成材干燥時，僅僅從其宏觀構(gòu)造是無法斷定其干燥特性的。為了獲得該樹種的干燥規(guī)律，通常采用以低溫高濕為起點的干燥條件對其進行試探性試驗，將獲得的資料，再結(jié)合材性相似樹種的干燥條件進行調(diào)整。再進行小批量試驗，再調(diào)整，再試驗。直到確定出該樹種的干燥基準為止。這種常用的方法，雖能制定

2、出較為合適的干燥基準來，但它存著操作過程復雜，時間過長，耗用試材數(shù)量較多等缺點，另外，這種方法主要依賴于人們在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗，難免因人而異，變化較大。日本名古屋大學寺沢真教授根據(jù)37個樹種的木材干燥特性，采用歐美干燥基準系列（美國林產(chǎn)實驗室制定）總結(jié)出了一種預測木材干燥基準的方法。1984年北京林業(yè)大學戴于龍等人在國內(nèi)首次采用時，稱之為百度試驗法，并沿用至今。該法簡便易行，快速對從事木材干燥生產(chǎn)及研究工作者有一定參考價值?，F(xiàn)就根據(jù)寺沢真教授等人1986年出版的資料對此種方法作一介紹，供使用時參考。2百度試驗法要點所謂百度試驗，是指把標準尺寸的試件放置在干燥箱內(nèi)，在溫度為100的條件下進行干

3、燥并觀察其端裂與表面開裂的情況，干燥終了后，鋸開試件觀察其中央部位的內(nèi)裂（蜂窩裂）和截面變形（塌陷）狀態(tài)，以確定木材在干燥過程中所需的溫度和相對濕度。也就是說，百度試驗法是根據(jù)試材的初期開裂（端裂與表面開裂）、內(nèi)部開裂與塌陷等破壞與變形的程度而決定干燥基準的初期溫度，終了溫度和干濕球溫度差（相對濕度）。用標準試件所確定出的是被試驗樹種的厚度為2.5厘米板材的干燥基準。另外，百度試驗法根據(jù)試件在干燥過程中含水率的變化與消耗的時間，還可以估計出在干燥室干燥時所需要的干燥時間。3試材圖1 試件外形圖為了滿足試驗的要求，使試驗的結(jié)果更為準確，試材應滿足以下要求，其外形如圖1所示。試材質(zhì)量：木材的質(zhì)量不

4、應太差，要求顏色正常、無節(jié)疤、紋理通直，而且試件應為弦向板。試材含水率：對于密度適中的木材，試件的初含水率最好在50%以上；對于硬闊葉樹材中密度較大的木材，試件的初含水率不應低于45%，否則難以達到預期的效果。試件規(guī)格：試件的標準規(guī)格為200mm100mm20mm（長寬厚），應以試材的中間部位截取試件，兩端面應為新鋸開的截面，且不涂刷涂料。試件四面刨光，端面可用高速截鋸截取，以便于準確觀察其缺陷發(fā)展的狀態(tài)。4試驗步驟試件做好后，應準確測量其尺寸（精確到0.001厘米）并稱重（精確到0.001克）。用游標卡尺、千分尺與千分之一的天平測量即可達到要求。然后，立即將試件放入干燥箱內(nèi)。為使試件受熱均勻

5、，應把試件豎立，使木材紋理方向呈水平。若干燥箱較小，一次以放置3-4塊為宜，大干燥箱一次可放置6-7塊。在試驗過程中，測量與觀察的頻數(shù)依樹種與含水率的不同而異。針葉樹材，最初測視的間隔時間30分鐘1小時，闊葉樹材為1小時。以后，每隔12小時測視一次，主要是稱重并記錄初期最大的端裂與表面開裂的情況，這段時間約68小時左右，當裂縫開始愈合時，就可以將測試間隔時間延長為46小時或更長一些。試驗所需要的時間，依樹種而異。對于針葉樹材或密度較小的闊葉樹材，干燥15小時左右，其含水率可降至1%。對于密度適中的闊葉樹材，干燥2024小時左右，其含水率可降到1%。對于某些密度較大的闊葉樹材，約需60小時左右，

6、這時的含水率可用電阻式木材含水率測定儀測量。若指針只有輕微的擺動，即表示此時含水率已接近1%。但要獲得此時準確的數(shù)值，應將試件繼續(xù)干燥到絕干，然后計算出它的含水率。干燥結(jié)束后，將試件從長度方向的中央鋸開，觀察記錄內(nèi)部開裂與截面變形，以便進行資料處理。5資料處理百度試驗法觀察記錄到缺陷有三種：初期開裂、內(nèi)部開裂與截面變形。圖2 干燥初期的開裂1.端裂延至表面的開裂；2.表面開裂；3.貫通開裂；4.表面延至端面的開裂；5.端面開裂初期開裂：包括端裂，端裂延至表面的開裂、表面開裂、表面延至端面的開裂與貫通開裂等。雖然各種開裂的程度及其形狀變異很大，但同一樹種的木材或材性相似樹種的木材，表現(xiàn)出來的狀態(tài)

7、是非常相似的。各種初期開裂的狀態(tài)如圖2所示。干燥初期的開裂，除與干燥條件有關(guān)以外，還與樹種有關(guān)。一般來說，大多數(shù)的端面開裂與立木的生長應力有關(guān)；表面開裂與干燥時的溫度、相對濕度有關(guān)。表面開裂比較嚴重的樹種，應以較軟的基準進行干燥。如果是只發(fā)現(xiàn)較小裂紋的樹種，而且主要是在試件的端面上，就可以用較硬的基準進行干燥。這就是說，初期開裂與干燥條件之間的關(guān)系是相當密切的。為便于判斷，百度實驗把初期開裂的程度分干燥初期階段開裂程度分級量化指標（中國林科院修訂）No.1無或僅有短端表裂No.2短端表裂、短細表裂No.3長端表裂、長細表裂2或短細表裂15No.4短細表裂15，或長細表裂、寬表裂5No.5長細表

8、裂5或?qū)挶砹?注：裂紋長度50mm者為長，50mm為短；裂紋寬度2mm者為寬 2mm為細；（下同）為五級，如圖3所示。圖3 干燥初期階段開裂程度分級圖內(nèi)部開裂：有的是最初發(fā)生在表面的裂紋向內(nèi)部發(fā)展后又愈合所致，有的表面完好無損僅發(fā)生在內(nèi)部的開裂。弦向材的內(nèi)部開裂發(fā)生在干燥末期，主要原因是由試件的內(nèi)外應力的不一致所引起的。干燥后，試件內(nèi)部開裂程度分為五級，如圖4所示：內(nèi)部開裂程度分級量化指標（中國林科院修訂）No.1無No.2細裂4或?qū)捔?No.3寬裂24或細裂59或?qū)捔裭2且細裂34No.4寬裂58或細裂1015或?qū)捔?4且細裂59No.5寬裂8或細裂15或?qū)捔?8且細裂10圖5 截面變形示意

9、圖圖4 內(nèi)部開裂程度分級圖截面變形：在干燥結(jié)束后，從試件長度方向的中央部位鋸開后可觀察到，并立即用千分尺精確的測量尺寸。圖5為截面變形示意圖，按圖5測出A、B之差值（可取截面兩端的較大差值）。截面變形程度分為五級，見表1所示。表1 截面變形分級表級 別No.1No.2No.3No.4No.5AB（mm）00.40.50.91.01.92.03.43.5以上這樣，在獲得了三種缺陷的狀態(tài)后，就可以利用表2（缺陷干燥程度與干燥條件的關(guān)系表）查到對應于各種缺陷的干燥階段的初期溫度、干濕球溫度差與末期溫度。從中選取各溫度與干濕球溫度差的最低條件，即為實驗樹種（厚度為2.5cm板材）的預定干燥基準。表2

10、缺陷程度與干燥條件的關(guān)系 單位：（）干燥缺陷干燥特性等級No.1No.2No.3No.4No.5初期開裂初始溫度7060555045初期干濕球溫度差7.05.03.02.02.0后期最高溫度9590808080截面變形初始溫度7060555045初期干濕球溫度差7.05.04.03.02.5后期最高溫度9580807570內(nèi)部開裂初始溫度7055505045初期干濕球溫度差7.05.04.03.02.5后期最高溫度9580757070（寺沢真等，1986）6干燥基準百度實驗法預測的干燥基準為含水率基準。通過查表的方法查出干燥初期溫度、干濕球溫度差和末期溫度后，即可按干燥過程中含水率的變化分為若

11、干階段，并確定每一個含水率階段的溫度與相對濕度（干濕球溫度差）。一般的原則是，在干燥初期，干燥闊葉樹材時，干球溫度為50，干濕球溫度差為35；干燥針葉材時，干球溫度為60，干濕球溫度差為46。在干燥中期，干燥溫度從含水率35%起，含水率每降低35%，溫度升高57，隨著含水率逐漸降低，溫度的升高幅度也相應的增大。對于闊葉樹材，在大多數(shù)情況下，干燥初期可取一樣的干燥條件，當含水率降低至初含水率的2/3時，開始改變干燥條件，其后，含水率每降低5%，干燥溫度升高57時，干濕球溫度差增大3.21.5倍。在整個干燥過程中，干濕球溫度差的最大值為2530。對于針葉樹材和部分闊葉樹材，一般干燥中期從含水率35

12、%左右開始改變干燥條件。具體作法是，以初期溫度、干濕球溫度差與末期溫度為依據(jù)，參照表3或表4，即可編制出所需的干燥基準。表3為針葉樹材的含水率與干濕球溫度差的關(guān)系表，表4為闊葉樹材的含水率與干濕球溫度差的關(guān)系表，實際使用時切勿用錯。表3 含水率與干濕球溫度差的關(guān)系（針葉樹）依初含水率不同所分的階段（%）干濕球溫度差（）40506075901101234567840-3050-3560-4075-5090-60110-701.52.03.04.06.08.0111530-2535-3040-3550-4060-5070-602.03.04.06.08.011141725-2030-2535-30

13、40-3550-4060-503.05.06.09.01114172220-1525-2030-2535-3040-3550-405.08.08.0111417222220-1525-2030-2535-3040-358.01111141722222220-1525-2030-2535-30111414172222222220-1525-2030-25141717222222222220-1525-20172222222222222220-15222222222222222215以下15以下15以下15以下15以下15以下3030303030303030表4 含水率與干濕球溫度差的關(guān)系（闊葉樹

14、）依初含水率不同所分的階段（%）干濕球溫度差（）40506075901101234567840-3050-3560-4075-5090-60110-701.523468111530-2535-3040-3550-4060-5070-602346812182025-2030-2535-3040-3550-4060-5035691218253020-1525-2030-2535-3040-3550-405810152025303015-1020-1525-2030-2535-3040-35121818253030303010以下15以下20以下25以下30以下35以下253030303030303

15、07干燥時間干燥一種新的樹種，如果在編制較為合理的干燥基準同時，又能估計出該木材在干燥室內(nèi)干燥的時間，這對我們實際生產(chǎn)的應用將是十分有益的。在百度試驗中，估算干燥時間的方法是：利用木材中水分移動的難易程度與干燥條件二者相結(jié)合，即可利用有關(guān)圖表進行估算。一般來說，若用較大的干濕球溫度差與較高的溫度條件干燥木材時，所需要的時間就短；反之，所需要的干燥時間就長。從百度試驗中可以得到二個基本數(shù)據(jù):干燥初期的干濕球溫度差與試件含水率降至1%所用的時間。根據(jù)這兩個基本數(shù)據(jù)，利用圖6即可估算出干燥時間。具體做法是：先繪制出試件的干燥曲線。根據(jù)干燥曲線就可以得到含水率降至1%所用的干燥時間（小時）。繪圖時，可用對數(shù)格紙或方格紙，其中用對數(shù)格紙繪制的曲線近似直線，得到的時間比較精確，而且繪圖方便。用方格紙繪圖的曲線呈S型。用圖6計算的干燥時間有兩種：一種是根據(jù)干燥的初期干濕球溫度差得到的干燥時間（晝夜）；另一種是根據(jù)含水率降至1%耗用的時間（小時）而得到的干燥時間（晝夜）。這二者的平均值，就是厚度為2.5厘米板材在強制循環(huán)干燥室內(nèi)干燥至含水率10%所需要的干燥時間（晝夜）。圖6 干燥時間計算圖若板材厚度不同時，可用下式計算：式中：Z1-厚度為2.5cm板材的干燥時間；Z2-所求厚度板材干燥時間 S1-厚度； S1=2.5cm； S2-所