樟子松方材干燥技术的研究

　　20世纪后期,能源与环境问题已成人类关注的重要课题。传统的干燥技术，耗能巨大，污染严重，干燥费用大。如何提高干燥速度，减少干燥成本，降低能耗，减缓环境污染有着重要的作用。在生产中在提高干燥温度、降低相对湿度和增大气流速度，但是对于特定的树种和特定规格的木材，这样的处理是受到限制的，处理不当会增加木材发生开裂的可能性，造成木材的降等[3，4]。另外目前已有很多新的干燥技术，例如真空干燥，微波干燥，这些干燥技术不仅干燥质量好，而且干燥时间短，但是，目前这些干燥技术还未大量的投入使用，传统的干燥方式仍占主导地位。

　　建筑用材的干燥技术的研究具有及重要现实意义。各国研究人员对方材的干燥技术进行了大量的研究，国内李晓玲涂登云等对方材进行了研究。日本目前用一种在方材上开槽的方法来提高方材的干燥速度，但是这种干燥方法影响了木材的美观，开槽部分需要剔除造成了木材的浪费。所以本文首次提出一种新型的方材干燥方法来提高干燥速度，研究打孔布置方式和打孔面数对干燥速度及干燥质量的影响。

1 材料和方法

1.1　试验材料及设备

1.1.1 试验材料
樟子松，采自俄罗斯，胸径为42cm，在呼和浩特市加工成方材，规格长×宽×厚为500mm×100mm×100mm。

1.1.2试验设备
干燥室（WT、DT的范围：0～400℃）、干燥箱、电子秤（0～60kg）、热电偶、电钻、电子天平（0～5g）。

1.2　试验方法及步骤
干燥前先将方材的端头用强力地板胶和塑料布密封，钻孔，孔径为1.5mm,孔深为35mm，每种孔的布置形式孔的总数均为192个，做两个重复。孔的布置形式如图1。

　　埋入热电偶，称量方材的初重，装窑，同一孔布置形式保持在同一行上，两面打孔、四面打孔分别放在同一列上。中间采用1.5cm的隔条，上边加压重物，装窑布置如图2。

　　室干，采用高温干燥基准，如表1，干燥在预热时，即时测量木材的心层温度，当心层温度达到85℃左右，进入第一干燥阶段。在干燥过程中每隔一段时间测量一次方材的质量，当终含水率达到6％左右停止干燥。然后利用终含水率倒推出方材在干燥过程中的含水率。

　　测量方材的终含水率、含水率梯度和残余应力值。检测试件的锯切如图3所示。

　　终含水率和分层含水率的测定依照GB/T6491-1999进行，残余应力的测试采用切片法，每块切片的厚度为7mm。

2 结果和分析

2.1 预热阶段升温速度

　　从图4可以看出，总体的变化趋势大致相同，在22～60℃先升温速度上升较快，随后上升速度减缓直到比较终的85℃左右。预热木材的介质是饱和湿空气或接近饱和的湿空气,空气中的水蒸气将有一部分穿过界面层到达湿木材的表面，并在表面上凝结成水，此时水蒸气所含的汽化潜热变为显热，传给木材表面，并由表面传入内部，木材温度逐渐升高，当木材表面温度等于介质温度时，木材表面的水蒸气分压力等于循环蒸汽流的分压力，互相传递的水蒸气数量处于平横状态，同时，由于木材内部的温度低于表面温度，干燥介质中的热将通过表面向内部传递，心层升温速度减缓。60℃之前素材的升温速度不如打孔材的升温快，打孔材的速度基本相同，主要是由于孔充当了温度传递的通道，所以打孔材的升温速度快，而孔的数量相同，所以他们之间没有明显的差异；60℃之后素材的升温速度逐渐加快，这主要是由于孔在这一阶段的作用减弱。

2.2 干燥时间和速度

由表2，素材的平均干燥速度较打孔材的要低，主要是由于孔充当的干燥时水分蒸发的通道。当方材含水率从20%下降到6%的过程中打孔材的干燥速度明显比素材材的快。这主要是因为在这一阶段木材的中的自由水蒸发完毕，孔的存在相当于破坏的无数的纹孔膜，大幅度加速了水分的蒸发。但不同的打孔形式对于提高木材干燥速度的影响不同。

2.3 干燥速度

　　通过试验，初始时素材的干燥速度较打孔材快，但是到了含水率低于20％左右素材的干燥速度明显下降，低于打孔材。图5和图6绘出两线均匀分布两面打孔A2和三线不均匀分布四面打孔C4的干燥速度随时间的变化曲线，从图中更直观的看出，初始素材的干燥速度与打孔材的基本相当，因为此时为预热阶段，但到了后来，素材的干燥速度明显不如打孔材的，主要因为孔成为传热传质有效通道的重要作用。

2.4 含水率为6～20％干燥速度

　　从图7可以看出，两线均匀分布两面打孔与素材的干燥速度基本相同，但是其他打孔材的干燥速度较素材的有明显的提高。说明当含水率6％～20％时，两线均匀分布两面打孔对于干燥速度的影响并不显著。

2.5 孔的布置形式对干燥速度的影响

　　从图8看出，对于四面打孔布置形式在含水率小于20％以后，干燥速度由大到小为：三线不均匀分布＞三线均匀分布＞两线均匀分布＞素材。从图9看出，对于两面打孔布置形式也和四面有同样的趋势。这主要是由于，三线不均匀分布中间一条线的孔分布较多，有利于方材中央部分水分的蒸发，加快了干燥速度，而两均匀分布的中间部分没有打孔，中央部分的水分只能传导到方材表层或孔表面来蒸发，干燥速度显然要慢。