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小心水分:红木家具板材烘干的那些门道

发布时间:2015年12月16日

 

 红木家具是一种纯实木家具,它的各个零件几乎都由实木制成。因此,木材干燥就成为它的首要问题。如干燥不当,在继后的零部件加工、装配、油漆上都会出现种种问题,从而影响成品的质量。甚至在销售和使用中,由于干缩湿胀,也会产生各种张缝或变形而引起各种投诉。在红木家具生产中,要解决的木材干燥问题包括:红木原木的贮存、板材的预干、板材的干燥工艺、干燥质量和成本、生产过程中的含水率控制等。

红木家具板材烘干的那些门道 图1
  红木原木的贮存
  由于我国现用的红木大都从东南亚国家如缅甸、柬埔寨等国进口,有相当部份是以原木的方式进料,可采用浸没在贮木池中的方法来进行存贮。由于红木内有较多的内含物,这种存贮方式可以浸提出这些内含物,打通木材内部水分的通道,有利于日后的干燥。此外,还可避免原木受菌类的腐害和原木的干裂。
 
  如无条件建立贮木池,也可采用周期性连续喷水的方法,将贮木场加以适当规划,输水管埋于地下并接长距离洒水器,利用加压泵适时喷水,可使原木得到很好的保护。这种方法较之贮木池法,投资及管理的费用较低,同时对地点的选择及贮存量富有较大的弹性。
 
  板材的预干
  红木属于难干阔叶材,因此其干燥宜分两阶段进行,即先进行预干,干燥至含水率20—30%,再进行窑干。红木板材先经过各种方式的预干,再进行窑干,就有可能降低能量消耗,并可减少降等,保持木材本色。用气干作为预干措施可以提高干燥窑生产率约40%,减少废品60%。
 
  预干在国外已较为普遍,但在国内红木家具厂还未引起足够的重视。对我国红木家具厂来说,比较可行的预干方法有两种:
 
  1、气干
  以大气干燥作为预干。将锯下的板材堆放在板院内进行气干,使含水率达到20%—30%,然后窑干。采用气干与窑干相结合的干燥方式是比较经济的,但须占有较大面积的场地,并须严格管理。红木家具厂的气干一般以自然气干为宜。
 
  2、低温预干
  把板材置放于预干窑内进行干燥,窑内配有风机及通风道,气流通过材堆的风速在1.0—1.5米/分,温度为20—40℃。低温预干窑可采用木质构件建造,内部通风装置与加热装置的容量较小,低温预干周期比气干短,降等损失小。
 
  另外,需要指出的是为了促进红木的干燥,采用预刨光的方法也是十分有用的。生材在窑干前先以平刨机两面刨光,可以消除锯切时留下的微小的缝隙,有很好的防裂效果。这种微小的缝隙,也是造成干燥开裂的原因之一,包括干燥的表裂和内裂,木材的内裂大约有98%是由表裂加深所导致的。
 
  有研究表明,预刨光可减少表裂约75%,缩短干燥时间7%。但需注意的是,进行预刨光的板材厚度要略加大,以免因刨光损耗而厚度不够。这可能会造成材积损失的感觉,但是木料经刨光后,使用前仅细刨即可;而未经刨光的板材在使用前也必须经过平刨与细刨处理,所以实际上总损耗相同。
 
  木材的端部涂漆也有很好的防裂效果,木材干燥时若采用端部涂漆,对于2米长的板材,可增加木材利用率8%左右。当然端部涂漆应在木材锯切后立即进行,只有在锯切后1—3天内涂布,才会取得这样的效果;3天以后,则只能收到一半的效果。
红木家具板材烘干的那些门道 图2
 板材的干燥工艺
  红木是难干的阔叶材,红木中的水分移动非常缓慢,木材中的水分通道不畅,因此表层与稍下部的内层的含水率相差很大,必须多次地进行中间处理,缓解含水率梯度和解除较大的内部应力。因此,干燥宜采用热水和蒸汽干燥方式。这是由于这两种方式均采用热湿空气作为干燥介质,易于调节温、湿度,并可利用喷蒸或喷水来方便地进行中间处理和后期的平衡处理与终了处理。
 
  热水和蒸汽干燥窑在国内均有很好的设备生产厂家,能够保证设备的提供。在木材干燥过程中,为了提高木材的干燥速度、消除干燥过程中的应力和平衡材堆各块板的最终含水率,需要分别进行预热、中间、平衡和终了处理。
 
  1、预热处理
  材堆装窑后,在开始干燥之前,通常应进行预热处理,目的是对木材加热,并提高木材芯层的温度,以便在进入干燥阶段后,能加速内部水分向表面移动。对于半干材和气干材,预热处理还可消除锯材在气干过程中所产生的表面张力。对于湿材和生材,预热处理可使含水率偏高的木材蒸发一部分水分,使初含水率趋于均匀。预热处理还可降低纤维饱和点和降低水分的粘度,并使半气干材和气干材的表层毛细管舒张,从而提高水分的传导性。
 
  预热处理可分两步进行。首先使介质温度升高到40—45℃,并维持半小时到1小时,使窑内设备和窑内壁及木材表面加热,以免在高湿处理时在这些表面上产生冷凝水。然后再进行预热处理,它主要通过喷蒸、或喷蒸与加热相结合,使温、湿度同时升高到所要求的介质状态,并保持一定的时间,让木材热透。
 
  红木干燥是一种低温常规干燥,它的预热温度应比基准第一阶段的温度高5℃;相对湿度,可控制干湿球温度差为1—3℃,新锯材或初含水率较高时,干湿球温度差应偏小,即湿度偏高;半干材或气干材,干湿球温度差偏大,即湿度偏低。总的原则是使绝大多数木材保持既不干燥也不吸湿的情况下进行预热。
 
  预热的时间应使木材的中心温度不低于规定的介质温度3℃为准,可按以下经验方法估计,材料每厚1cm,时间维持1.3—1.5小时,冬季可再延长50%—100%。预热结束后,应将介质的温、湿度降到基准相应阶段的规定值,即进入干燥阶段。
 
  2、中间处理
  锯材在窑干过程的前期会产生表面张应力,严重时会引起表裂,而中、后期会出现表面硬化,严重时会造成内裂。中间处理就是在窑干过程中以消除表层张应力和表面硬化的调湿处理。即通过相对的高温高湿处理,使木材表层充分润湿并提高塑性,因而可消除干燥应力和解除表面硬化,同时还能使表层毛细管舒张并减缓含水率梯度,以利于继续干燥。经中间处理后再转入干燥时,在一定时间内,干燥速度明显加快而不会引起木材的损伤。
 
  中间处理的介质状态,干球温度比当时干燥阶段的温度高8-10℃,湿度按窑内介质的平衡含水率比当时阶段基准的平衡含水率规定值高5%-6%来确定,或近似地控制干、湿球温度差为2-3℃。处理的时间对红木来说,每1cm厚,可为1.5-2小时。
 
  中间处理的时机和次数,与树种、厚度、初含水率及干燥基准的软硬度有关。对于红木来说,应处理3次或3次以上,可考虑在含水率45%、35%、25%、15%附近进行。
 
  红木容易发生内裂,中间处理的重点是防止后期干燥发生内裂,必须比较充分地解除表面硬化。但防止前期发生表裂,保持锯材的完整性,对确保整个干燥过程的顺利实施和确保干燥质量也是至关重要的。中间处理结束后应将介质状态降到下一阶段的基准参数。
 
  3、平衡处理
  当锯材的含水率达到要求的终含水率时(通过检验板测知),可能窑内还有一部分锯材的含水率尚未完全达到要求,或沿锯材厚度方向含水率分布还不均匀(即内层尚未干透)。若对干燥终含水率均匀性要求较高,须进行平衡处理,使已达到要求部分不再干燥,未达到要求部分继续干燥,以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。
 
  平衡处理的介质状态,温度可以比基准最后阶段高5—8℃,但对红木来说,处理温度最好不要超过基准最后阶段温度。因为此时木材表面已有相当程度的硬化,而平衡处理的相对湿度不算高,此阶段是一部分木材的延续,温度太高,容易引起木材内裂或使强度降低。平衡处理的介质湿度,按介质平衡含水率值比锯材终含水率低2%来决定。例如,当要求锯材干燥到终含水率10%,那么,平衡处理的介质平衡含水率应为8%。由干球温度和平衡含水率值,便可通过查图表获知相对湿度或干湿球温度差。
 
  平衡处理的维持时间与初含水率状况的不均匀程度、干燥窑的干燥均匀性、含水率检验板在材堆中的位置,以及树种、厚度和干燥质量要求等诸多因素有关,不能硬性规定。应以含水率最高的样板和窑内干燥速度较慢的部位的含水率及锯材沿厚度上的含水率偏差都能达到要求的终含水率允许偏差的范围内为准。若不能对这些部位和样板进行检测,可凭经验,按每1cm厚度维持2—6小时估计,并在窑干结束后进行检验,以便修正。
 
  4、终了处理
  锯材干燥到所要求的终含水率并经过平衡处理之后,无论沿横断面(厚度方向)的含水率是否均匀,其内部都会有不同程度的残余干燥应力存在。为了消除这种应力所进行的调湿处理叫做终了处理。对于要求干燥质量为一、二、三级材的锯材,必须进行终了调湿处理。
 
  终了处理的介质状态:温度比基准最后阶段高5—8℃,或保持平衡处理时的温度,湿度按介质状态的平衡含水率比锯材终含水率高4%决定。例如,当要求锯材终含水率为10%时,终了处理介质的平衡含水率应为14%,再由温度和平衡含水率查平衡含水率图表得知相对湿度或干湿球温度差。假定终了处理的温度为70℃,则该例终了处理的干湿球温度差为3℃。因此,终了处理的介质湿度,也可近似地采用干湿球温度差为3℃。
 
  终了处理维持的时间与树种、厚度、基准软硬程度、有无中间处理和平衡处理,以及干燥质量要求等因素有关,对红木来说,每1cm厚可处理2—5小时,板材越厚,处理的时间越长。
 
  5、推荐的红木干燥基准及干燥工艺
  红木是一种难干的阔叶树种木材,适宜用低温进行干燥。这里推荐以下基准,供大家参考。
红木家具板材烘干的那些门道 图3
  干燥工艺
  (1)材堆的堆置
  1)材堆中应堆放同一厚度的板材;
 
  2)若板材长短不齐,长板应堆放在材堆两侧,短板放在中间;
 
  3)两层板材之间要放置隔条,隔条断面尺寸25×25mm,其长度等于材堆宽度。上、下层隔条要对齐,材堆两头的隔条应与板材端头平齐;
 
  4)材堆顶部对准隔条位置应放置重物以防板材翘曲,或顶部堆放次质的板材。
 
  (2)干燥过程中的调湿处理
  1)预热处理:木材干燥前须进行预热,使木材热透,以利于干燥。
  介质条件:干球温度比基准第一阶段高5℃,干湿球差为2℃。
  维持时间:按木材厚度估计,每1cm厚1.5小时。
 
  2)中间处理:木材干燥过程中当干燥应力发展到一定程度时,为避免发生开裂,应进行中间处理,以消除干燥应力和表面硬化。
  介质条件:干球温度比当时阶段的干球温度高8℃,干湿球温度差2—3℃。
  维持时间:按木材厚度估计,每1cm厚为2小时。
  中间处理可在含水率35%,25%,20%,15%时分别进行4次。
 
  3)平衡处理:当检验板含水率达到要求的终含水率后,为提高干燥均匀。
  性和缩小沿厚度的含水率偏差,必须进行平衡处理。
  介质条件:干球温度为最后阶段的干燥温度,干湿球温度差由比终含水率低2%的平衡含水率决定。如终含水率为15%,则干球温度为60℃,平衡含水率为(4+2)%=6%,查表,得干湿球温度差为16℃,即湿球温度为44℃。
  维持时间大约每1cm厚为2-6小时。
 
  4)终了处理:终了处理的目的是为了消除残余应力。
  介质条件:干球温度为最后阶段的干球温度,干湿球温度差为3℃。
  维持时间:每1cm厚为3小时
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