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木材加工知識:木材干燥與應(yīng)力
時間:2017/1/4 字號

木材加工知識:木材干燥與應(yīng)力

 

在木材干燥過程中,如果木材內(nèi)存在比較大的含水率梯度,干燥速度過快時,就會使木材產(chǎn)生應(yīng)力和變形。


含水率分布不均勻會引起木材產(chǎn)生暫時的應(yīng)力和變形,等含水率均勻后,其應(yīng)力和變形隨之消失,這個應(yīng)力叫做含水率應(yīng)力,變形叫做含水率變形或彈性變形。


這說明木材具有彈性,除此而外木材還具有塑性。在含水率應(yīng)力與變形持續(xù)的期間,由于熱濕的作用,木材的外層或內(nèi)層發(fā)生塑性變形,使得在含水率分布均勻后,塑性變形的部分不能恢復(fù)到原來尺寸,也不能減少到應(yīng)當(dāng)干縮的尺寸,并且保持著一部分應(yīng)力,這種變形叫做殘余變形,這種應(yīng)力叫做殘余應(yīng)力。


含水率應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和等于全應(yīng)力



在木材干燥過程中,全應(yīng)力影響木材的質(zhì)量。干燥過程結(jié)束后,繼續(xù)影響木材質(zhì)量的是殘余應(yīng)力。為此,殘余應(yīng)力越小越好。


應(yīng)力在木材干燥過程中的變化可分為四個階段,即干燥剛開始階段、干燥初期階段、干燥中間階段及干燥終了階段。


(1)干燥剛開始階段。此時木材內(nèi)外各部分都還沒有發(fā)生干縮,木材內(nèi)不存在含水率應(yīng)力和殘余應(yīng)力。


(2)干燥初期階段。此時木材的心層還保持著比較高的含水率,而木材表層的自由水在迅速蒸發(fā),隨著水分蒸發(fā)的深入,吸著水也在逐步排出,與此同時,木材表層開始干縮,心層還沒有干縮。心層受到表層的壓縮,表層受到拉伸。


所以,木材干燥初期階段的內(nèi)應(yīng)力是表層受到拉應(yīng)力、心層受到壓應(yīng)力,這種應(yīng)力是由木材的含水率梯度造成的。雖然木材內(nèi)部的水分移動要借助于含水率梯度,允許這種應(yīng)力在一定時間內(nèi)存在,但它不宜過大和時間不宜過長,否則將引起木材的表面干裂。在這個階段要充分利用木材的含水率梯度,但不能使木材應(yīng)力過大。


(3)干燥中期階段。此時木材內(nèi)部的含水率已下降到纖維飽和點以下。假如在干燥初期階段對被干木材沒有進行熱濕處理,則木材表層已失去正常的干縮條件而固定于伸張狀態(tài)。


此時盡管木材心層的含水率高于表層的含水率,但是心層木材干縮的程度類似于表層木材在塑化固定前所產(chǎn)生的不完全干縮。木材的內(nèi)部尺寸與外部尺寸暫時平衡,因此木材的內(nèi)應(yīng)力也暫時處于平衡狀態(tài)。


在這個階段,木材內(nèi)部的水分向表面移動的距離加長,木材干燥更困難、更緩慢。如果木材的表層干燥過快,心層的水分來不及移動到表層,就會造成木材外部很干、內(nèi)部很濕的所謂“濕心”。


 

木材的表層由于含水率極低又處于固定的拉伸變形狀態(tài),成為一層硬殼。它不僅使木材內(nèi)部的水分難以通過木材的表面向外排出,而且還影響木材內(nèi)部的干縮,這種現(xiàn)象稱為“表面硬化”。如果不及時解除表面硬化,木材干燥將難以繼續(xù)進行并產(chǎn)生嚴(yán)重的干燥缺陷。因此在這個干燥階段,對被干木材必須進行熱濕處理,用高溫、高濕的方法把已塑化固定的木材表層重新吸濕軟化,以此來解除木材的表面硬化。


(4)干燥終了階段。


這個階段木材的含水率沿著木材斷面各層已分布得比較均勻,從內(nèi)到外的含水率梯度比較小。


如果在上個階段沒有進行熱濕處理,由于表層木材塑化變形的固定并已經(jīng)停止干縮,它限制了心層木材隨著吸著水的排出而應(yīng)當(dāng)形成的正常干縮,就產(chǎn)生了心層受拉伸、表層受壓縮的應(yīng)力,這個內(nèi)應(yīng)力的情況與干燥初期階段相反。這個階段的含水率梯度雖然不大,但是隨著干燥的繼續(xù)進行,內(nèi)應(yīng)力隨之增加。


如果不及時消除,當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過心層木材的強度極限時就會出現(xiàn)內(nèi)裂,即心層木材的拉應(yīng)力超過心層木材的抗拉強度極限使之遭到破壞。


 

產(chǎn)生內(nèi)裂的木材將失去使用價值,造成嚴(yán)重的浪費,因此這個階段的應(yīng)力是很危險的,要及時消除。


一般采用的方法仍是對被干木材進行熱濕處理,使表層的木材在高溫、高濕條件的作用下,重新濕潤和軟化并得到補充的干縮,從而使表層木材能與心層木材一起干縮,減少內(nèi)層受拉和外層受壓的應(yīng)力。在整個木材干燥過程結(jié)束之后,木材內(nèi)部還可能有殘余應(yīng)力。為消除這些殘余應(yīng)力,使木材在以后的加工和使用過程中不會發(fā)生開裂和變形等缺陷,還必須對被干木材進行熱濕處理,才能保證最終的木材干燥質(zhì)量。

總而言之,木材在干燥過程中的各個階段始終存在著應(yīng)力,這是不可避免的,它是造成木材干燥缺陷的主要原因。因此,為了保證干燥質(zhì)量。在木材干燥過程中,要隨時掌握木材的應(yīng)力變化情況,并采取有效措施使它降低到安全程度。

 

 

   
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