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如何跟圈外人解释“木材干燥”这种专业技能?
其实不止是木材行业,但凡从事的是专精、垂直领域工作的人,都会遇到这种情况:每每在别人面前谈起专业知识,对方总是一头雾水,满脸问号。你看这不是木头吗?
树砍下来不能直接用,因为它湿啊,不管做成什么形状都会变形,而且很难加工。所以就要把里面的水分给排出来
木头还活着的时候,就是随处可见的树木,它作为植物,也具有生物最基本的属性。
水是维持生物生命活动的必须元素,所以新伐倒的木材中含有大量水分。
这个“大量”具体有多大呢?这里我要告诉你一个“木材含水率”的概念。
木材内的水分分为三种:自由水、结合水和化学水,其中自由水存在于细胞间和细胞腔中,结合水结合在细胞壁上,化学水构成了细胞成分。
干燥过程中木材失去的是自由水和结合水,当它们都没有了的时候,就称此时木材状态为绝干,此刻的木材质量就是木材绝干质量。
用木材的质量减去绝干质量,就是这个时候木材里面水的质量了对不对?用水的质量除以绝干质量,就是含水率。
新鲜的木头,含水率达到60%基本没什么问题,如果材质特别软的话达到150%也不是什么难事。如果水运的话那就不知道高到哪里去了。
所以,这么湿的木头,想要进行加工,就要进行干燥。
为什么要干燥呢?直接拿来用不行吗?
殊不知啊,这么湿的木材和咱们平时使用的木材在材性上简直千差万别,根本不可能用来加工。
为啥呢?
木材并不像我们平时看起来那么光滑平整。其实它是一种疏松的多孔性材料,不仅宏观上能看到的细胞间和细胞腔是孔隙,微观上细胞壁上的纤维盘曲交错也形成了空隙。
这些孔隙能存水也能跑水,环境湿度比木材湿度高呢,它就吸水,含水率升高;环境湿度要是低了呢,它就跑水,含水率下降,就跟晾衣服一样。这就是木材的吸放湿特性。
如果它含水率变化只是个数值变化,不影响木材性质的话也就没关系了,但问题是木材还有一个特性,叫做干缩湿胀。顾名思义,就是湿了它就体积增大,干了它就体积减小。
再搭配上木材的各向异性和干缩异向性,简直厉害得飞起!很难做到规则变形。所以如果你不把它干燥到和环境湿度接近,那么使用过程中就会发现这木器扭曲挣扎着越变越小,最后死相惨烈。
那你可能就要问了,给它烤干不就完事儿了吗?
诶!这问题正问到点子上!这才是技术的关键!
木材干燥速度主要受两方面因素影响,一个是内因,也就是木材树种本身的性质;一个是外因,也就是木材干燥过程中的环境因素。环境因素有很多,在目前的常规干燥生产中主要有三点,也就是木材干燥三要素:温度、湿度和空气流速。
木材本身密度越大、质地越硬,就越不容易失水;环境温度高、湿度低、空气流速快,就越容易驱动水分流动。
说到这有必要补充一点木材内部水分流动路径(感觉自己坑越挖越大有点填不平了)。
木材内部的自由水都是从细胞和纤维间孔隙中向外移动,具体原理就不给你展开了,因为涉及到压强和扩散原理,等你有了一些基本的物理学认识不需要我讲你也能过大致理解。
等到自由水全部流失之后,细胞腔内完全不含水,而细胞壁内还充满水。这个临界状态我们称为纤维饱和点,fiber saturation point(f.s.p.)。
这个概念非常重要,不管是在木材加工还是木材学研究上都具有重要意义。因为从这时开始,随着含水率的降低,木材的物理、化学性质都会随之产生变化。
不过我们木材干燥不需要考虑那么多,我想告诉你的是什么呢:
在纤维饱和点以下,含水率越低,木材体积越小。
很好理解,因为支撑木材形态的就是木材细胞细胞壁,细胞壁内结合水含量减少必然导致细胞壁体积减小,细胞壁体积减小必然会导致木材体积减小。
为什么不能烤!
因为如果直接火烤木材就会开裂。
火焰周围温度高、湿度小、空气受热自下而上流动速度快,按照刚才说到的干燥速度影响因素,正是最有利于木材走水的环境条件。
以至于木材内部水分的流动速度跟不上木材表面失水速度。
木材毕竟是有厚度的,外层受环境因素作用失水速度极快,含水率迅速达到纤维饱和点以下,不仅如此还在继续失水,使得木材外层体积减小。然而木材内部水分还没来得及向外走,体积还没发生变化,所以在外层体积减小的过程中内部一直抑制着外层收缩。
木头也是挺难过的:我身子骨摆在这,怎么衣服越来愈小了呢?像被念了紧箍咒的孙悟空,箍得我有点喘不过气啊!
外层也没办法,结合水没有了,空气也支撑不住我这细胞壁啊!内层抓我还抓得这么紧,我怎么办?缩小的空间没东西填充我只能开裂了。
画出来好像没有多严重,但实际上的开裂可不是就一个小口这么简单。我在生产中看到的比较严重的木材开裂,宽度可以达到将近一厘米,长度可以达到将近半米,深度可以达到一两厘米,甚至还有10cm宽、半米长、50mm厚的水曲柳直接裂成两半的(进窑之前在运输和储存阶段保管不善已经形成了比较严重的开裂,所以干燥过程中开裂加深裂成了两半)。
还有的板材在裁板的过程中把树的髓心部分也截了一部分进来,这种板材由于本身性质的关系非常容易开裂,干燥的时候可能哪一步走急了,又赶上垫条(隔条)没有齐端头,端头部分就会炸裂开!肯定是要影响使用价值的。
所以,木材干燥重中之重,就是保证干燥过程中木材内部水分流动速度能够赶上表层失水速度,避免开裂的产生。
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