木材的平衡含水率与应用

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1、木材的平衡含水率及其应用我国的一些家具厂生产的家具与制品，造形美观，制造工艺精良，在当地使用并没有什 么质量问题，但出口到国外，使用一段时间后，就产生开裂、变形，严重的引起索赔。还有 些锯材经过窑干后，含水率完全符合要求，干燥质量很好，但做成木制品后，含水率却超标 了。以上这些质量问题，都与木材的平衡含水率有关。只有真正理解并正确应用木材的平衡 含水率，才能生产出符合用户要求的木制品。1木材平衡含水率的概念及其影响因子木材由多种细胞组成。细胞又有细胞壁和细胞腔。在细胞腔和细胞间隙中的水分，受到 木材组织的束缚力很小，甚至无束缚力，这类水分称为自由水；而细胞壁中的水分受到的束 缚力较大，因此称为

2、吸着水。湿材置于干燥的环境中，木材的水分会向周围空气中蒸发。首先蒸发自由水，当细胞腔 内液态的自由水蒸发殆尽，而细胞壁内的吸着水仍处于饱和状态时，这时木材的含水率状态 叫纤维饱和点。在纤维饱和点以下，每当周围空气状态（温度、相对湿度）发生变化，木材细胞壁中的 吸着水含量也相应地变化。若周围空气的相对湿度较低，细胞壁中的水蒸气分压比空气中的 大，则水分由木材向空气中蒸发，使得吸着水含量减少，此现象叫解吸。解吸过程初期，木 材的水分蒸发很强烈，即吸着水下降很快；随着时间的延续 解吸过程逐渐缓慢，最后达到 动态平衡或稳定，此时木材的含水率叫解吸稳定含水率。相反，当周围空气的相对湿度较高 时，细胞壁中

3、的水蒸气分压比空气中的小，则水蒸气从空气向细胞壁中渗透，即木材从空气 中吸湿，使得吸着水含量增大，此现象叫吸湿。木材含水率在吸湿过程中达到的稳定值叫吸 湿稳定含水率。细薄木料在一定的空气状态下，最后达到的解吸稳定含水率或吸湿稳定含水 率，叫平衡含水率。但是，干锯材在吸湿时达到的稳定含水率，总是低于同样气候条件下湿锯材在解吸时的 稳定含水率，此现象叫吸湿滞后。在相对湿度范围为60% - 90%时，多种锯材的吸湿滞后 平均值约为2.5%。细薄木料及气干材的吸湿滞后很小，生产上可忽略。高温窑干材的吸湿 滞后较大，可高达5%。木材的平衡含水率随周围空气的温度和相对湿度而异。在一定的空气压力下，空气温度

4、 升高，则平衡含水率降低，但变化不大。在指定的温度下，木材的平衡含水率随着空气相对 湿度的升高显著加大。当相对湿度升高到100%时，则平衡含水率达最大值，此时的平衡含 水率也叫纤维饱和点。在生产上，可用干、湿球温度计来测空气的相对湿度，从而查出木材 平衡含水率，见表1当干湿球温度差（即湿度计差）为0时，则空气的相对湿度为100%。 这时，平衡含水率（即纤维饱和点）随空气温度的升高而降低，如409时，平衡含水率为 29% , 709时为26%，而1009时，则降为22%。木材平衡含水率是制定干燥基准，调节干燥过程，控制仓库中干锯材和木制品的尺寸， 拟定各种木制品所需干燥到的终含水率等所必须考虑的

5、重要问题。在木材干燥和木制品生产 中有很大的实用价值。2我国各地区的平衡含水率分布及推荐的木制品的含水率我国是一个幅员辽阔、气候多样的国家，从西北到东南气候逐渐温暖、潮湿，因此木材 的平衡含水率从西北向东南逐渐增高，变化规律明显，并可划分为9%、11%、13%、15%、 16%等几个带状区。即新疆大部分地区（北疆局部除外）和西藏、青海、甘肃、内蒙四省（区） 西部的平衡含水率约为9%10% ;以上四省（区）的东部平均约为11% ;四川和云南西部、 陕西、山西、山东、河南、河北及东北三省一带的平衡含水率平均约13% ;四川和云南东 部、中南、华南及长江中、下游广大地区约为15% ;海南、雷州半岛、

6、台湾及浙江沿海地 区平衡含水率最高，约为16%。考虑到锯材的吸湿滞后，因此在我国以上各地区使用的锯材，干燥的终了含水率应相应作7%、8%、10%、12%及13%的分布。 12G 湛11S 屋116* 11411210810410098969492908886848280787674727043464442292724214+ 543+ 534 一 5-4 - 543. 53. 1遍虑卄垄=3 1音水= 8 %554. 543. 53. 15.55. 554.543. 53- 26. 565.554. 54. 53. 53.27. 56. 565. 554. 54.543- 357. 55. 5

7、65. 554 一 54. 543. 31O8. 57.50 55.554.54.543.311.51O8. 57. 56. 565. 554- 54. 543.414. 511.51O97. 56- 565. 554. 54. 543. 42216, 515121O97. 56. 565. 554. 54-543- 422. 51715121O98765. 554- 54- 543. 3231715121O93765. 554 一 54- 543. 32317. 515. 5121O. 59876+ 55. 554- 54. 543. 323.51815.5121O. 59876.55. 5

8、54.54. 53.53.3241815- 512. 51O. 59 - 537. 56- 5554 一 54. 53- 53.32418. 515. 512. 51O. 59. 587, 56- 565. 54一 54” 53, 53.324” 518.515. 512. 5119. 587. 56.565. 54- 54. 53. 53. 324. 5191G12. 5119+ 58- 57.56* 565. S4- 54. 53.53.324. 5191613119. 5S, 57 56. 565.54. 54.53. 53*325191613119. 58. 57. 56. 565.

9、554. 53. 53.32519艮613119.58- 5*7. 56.565.5543. 53.22519. 516. 51311夕一 58. 57,56. 565.5543. 53.225. 519. 516. 513119 一 5& 57. 56. 565. 5543. S3. 225. 5201713. 5119. 58.57. 56, 565. 5543. 53- 226201713. 5119. 58. 57. 56. 5e5. 5543. 53-2262017. 513 - 511. 59. 5S.57.56. 565. 5543. 53* 126 - 520. 517. 51

10、3. 511.51OS. 57.56. 565. 5543. 52. 926” 520.517- 513.511.51O8-57. 56- 565543. 52.8272117. 513. 511.51O8* 57 - 56. 565- 5543. 52.72721181411 - 51O& S7. 56. 5654- 543.52- 62721181411.51O8. 57.56. 55. 342.91.521.517. 813. 510.89- 17.66. 34. 93. 42O. 421. 417. 613. 31O, 68. 87.25.84. 32- 5O, 821.217. 41

11、3. 11O. 28-46. 85. 13. 41-221, 117. 212.79. 98.24.3乙220- 816-12. 39. 57, 55.53.2O. 620必须强调，以上分析只是根据我国各地区的气候条件得出的结论。没有考虑室内人工小 气候的情况。实际上我国黄河以北的北方广大地区，每年都有相当长的采暖期，这时室内的 空气条件与室外大气条件相距很大。采暖时室内温度约为189209相对湿度约为28% , 这时平衡含水率只有6%，而夏天东北广大地区的平衡含水率高达15%。因此，有采暖的 北方广大地区，室内锯材和木制品的含水率全年随季节变化的范围约为6%12%。考虑到 木材的吸湿滞后，木

12、制品宁可干些，所以，北方地区室内所用的木制品，应干燥到约6%8%的含水率。但南方广大地区，全年气候温暖潮湿，一般无采暖，故木制品只需干燥到 10%12%的含水率。如果在南方生产的木制品，不考虑北方干旱的气候或忽略室内采暖后 空气的燥热，则木制品运到北方使用后，就会产生开裂和变形。3美国、日本、欧洲的平衡含水率分布及推荐的木制品含水率随着我国改革开放的不断深入，家具木制品的出口量不断增大。主要是去北美、日本 和欧洲市场。因此，有必要了解那些地区的气候特点及对木制品含水率的要求。美国的东南 沿海及西部沿海地区，气候温和湿润，木材的平衡含水率较高，因此木制品只要求干燥到 约11%的终了含水率。但西南

13、部内陆地区气候干燥，在那儿使用的木制品，需干燥到约6% 的终了含水率。其余的广大美国地区，室内使用的木制品应干燥到约8%的含水率（表2）表2在美国使用的木制品含水率推荐值木材含水率锯材用途干燥的 西南部湿润的 南部沿海全美国平均范围平均范围平均范围室内用细木工制品和地板649118 1385-10室外用壁板和框架97 12129 1412914（自美国林产品研究所,1968）日本为岛国，气候较湿润，在日本长期使用的各种木制品的含水率要求见表3。表3日本长期使用的各种木制品的含水率要求品名树种含水率桌椅白蜡、榆木、栋木11-12.5壁板北美黄杉11-12.5地板北美黄杉12以下门窗框松木、柳杉1

14、1 12木工工具15以下农机具15以下包装箱18以下（改编自满久崇曆4983）欧洲各国的平衡含水率分布，也有一定的地域和气候规律。总体上讲，北欧和东欧各 国（如冰岛、挪威。瑞典、芬兰、丹麦、爱尔兰、英国、俄罗斯、波兰、捷克等）气候较严寒,木材平衡含水率较高全年含水率变化范围为12.5% 22%，冬季极端最高值达24. 9%。而欧洲南部各国（如西班牙、萄葡牙、意大利、马耳他、希腊。塞浦路斯、保加利亚、土耳 其等）气候温暖，木材平衡含水率较低，全年含水率变化范围为7.5%17.8%。一年之中， 又以夏季（6、7、8月）平衡含水率最低，为7%8%，极端最低值为6% ;冬季（12、1、 2月）较高为1

15、7.8%。其余的西欧国家（如法国、德国、荷兰、比利时、卢森堡、瑞士、奥 地利等）全年平衡含水率变化范围为10%20%，具体数值参见表4根据以上平衡含水率 数值，则欧洲南部国家使用的木制品，应干燥到7%11%的含水率。北欧、东欧和西欧国 家，因室内采暖时空气较干燥，故室内木制品应干燥到6%8%的含水率，而室外用的建 筑木构件和木制品只需干燥到约9%14%的含水率。所以，木制品不论国内使用，还是出 口，都应根据使用地点的气候条件，并兼顾有无室内采暖的要求，来确定木材干燥的终了含 水率，才能保证木制品的尺寸和形状的稳定性。表4 欧洲各国的平衡含水率（EMC）变化范围国家EMC % .国家EMC %冰

16、岛16.8-20.3德国12.2-21.8挪威12.8-19.8荷兰15.9-17.9瑞典12.5-20.5比利时16.8-20.0芬兰12.7-21.2卢森堡14.8 20.7丹麦13.1-21.9西班牙7.5-19.3爱尔兰16.5-21.4葡萄牙11.8-17.5英国13.0-24.4意大利10.7-20.0俄罗斯10.0-24.9马耳他12.2-15.2波兰13.8 22.7希腊&317.8捷克13.3-21.8塞浦路斯8.5-15.9瑞士12.2-19.0保加利亚11.9-17.5奥地利 法国12.6-22.510.5-20.3土耳其6.0-17.7(自 G Tsoumis, 199

17、1)4锯材预汽蒸处理和干燥过程中的平衡含水率由于脱脂和改变颜色等的需要，锯材（特别是松木锯材）干燥前，有时经预汽蒸处理。 不少人认为汽蒸处理只是将锯材热透，不会改变木材的含水率。其实不然，因为在常压饱和 蒸汽（温度100C，相对湿度100% ）条件下，木材的平衡含水率只有22% （见表1 ）湿 材或生材在这样的介质条件下，其表层含水率会向22%靠近，从而失去很多水分。对于松 木等软材，一般不会因此而开裂但对于硬阔叶树湿材，在饱和蒸汽条件下汽蒸，就会由于表 层水分较快的蒸发而产生表裂；故硬阔叶树湿材应采用70 80C的饱和湿空气来汽蒸，这 时平衡含水率为26%25%，且温度比100C大幅度降低，

18、因此，木材表层水分蒸发要缓 和得多，从而可防止表裂。相反，若锯材为半干材，木材表层含水率已降到约18%以下，则在饱和蒸汽或饱和湿 空气中汽（气）蒸后，其表层反而从介质中吸收水蒸汽，使木材表层含水率增高。为防止木 材过多地吸湿，故半干材预热处理时，应采用不饱和的介质（其干、湿球温度差为12C）木材干燥过程中，介质（多为湿空气）的温、湿度是分阶段变化的：干燥初期温度较低， 湿度较高，平衡含水率约为18%13% （硬阔叶材取高值，针叶材薄板取低值）；干燥中期 温度适当升高，湿度适当降低，平衡含水率约为12% 8% （硬阔叶材取高值，针叶材薄板 取低值）；干燥末期平衡含水率大幅度降低，其值约为5.5%

19、3.2% （指定终含水率高时， 取高值；终含水率低时，取低值。终了平衡处理时，木材的平衡含水率比指定的终含水率低2%，以保证较湿的锯材进一 步干燥，而已达到含水率要求的锯材停止干燥，从而使锯材终含水率均匀。终了调湿处理时， 木材的平衡含水率比指定的终含水率高3%4%，以使过干的木材表层适当吸收一些水分， 从而消除或减轻表面硬化和残余应力。5干锯材贮存和加工、运输过程中的平衡含水率5.1干锯材的贮存干锯材的贮存有三种方法：敞棚贮存，常温密闭仓库贮存和加温密闭仓库贮存。敞棚贮存时，棚内温、湿度随周围大气环境的变化而变化。木材的含水率很不稳定，干 材的吸湿回潮大。因此，敞棚不适宜贮存人工干燥后的干锯

20、材。在敞棚下进行湿材或半干材 的气干是可行的。常温密闭仓库贮存是国内常用的干锯材贮存方法。被贮存材应密实堆积；库内地面须铺设混凝土或沥青，且须用混凝土垛基和木方横梁将材堆架空，以减少干材吸湿。尽管如此， 干锯材贮存于常温密闭仓库内，仍会受大气影响而吸湿回潮，但比室外或敞棚内贮存减少很 多。据美国林产品研究所研究：1英寸厚的南方松板材，密实堆积贮存于密闭仓库内一年后， 其含水率由7. 5%升至10. 5% ;但同法堆积贮于室外的同样板材，却升至13. 5%。窑干材贮于密闭仓库内，也会减少材堆中最湿材与最干材间的含水率差距；如美国林产 品研究所试验,（1x6 ）英寸的花旗松，密实堆积，贮于密闭仓库

21、内一年后，其含水率差距 由原来的20%降为13%。这是由于水分从含水率较高的木材扩散入含水率较低的木材中的 缘故。另外，仓库的屋顶和墙壁会吸收太阳的辐射热而增加的库内温度。但温暖的空气会滞 于库内上部，使温度不均匀，形成材堆上部平衡含水率低，下部高的现象。在库内装轴流风 机，使气流强制循环，可有效消除此缺陷。为节约电能消耗，每天白天开动风机运转58h 即可。加温密闭仓库贮存，是在常温密闭仓库内安装蒸汽或热水散热管而成。由于仓库内可以 加温，木材的平衡含水率自然会降低，从而可有效地防止干材吸湿回潮。由于木材平衡含水 率受周围空气湿度的影响远比温度的影响大故在仓库内设置自动调湿器来控制库内的平衡

22、含水率较为方便。如将调湿器的相对湿度设定为35%，则空气的温度在10369之间变化 时，木材平衡含水率变化范围只有7.1 6.5%。这说明只要保持空气的相对湿度不变，即使 空气温度变化范围较大（如269）,但平衡含水率变化却很小（只有0.6% ）若工厂没有 条件安装自动调湿器，则通常可人工调节仓库内温度，使比户外大气温度高出5 119（风 和日暖时取低值，寒冬阴雨天取高值），也可达到降湿防潮的目的。5.2干锯材的加工及成品运输过程中的平衡含水率干锯材加工时，暴露在空气中的面积比在仓库中密实堆积时为大，若不采取措施，时间长很容易吸湿，特别是在阴雨天。因此，干锯材加工的周期应尽量缩短，避免在车间内长时间堆放。若必须具有中间仓库时，也应该用人造板或塑料布将干锯材围盖起来；且最好用 除湿机抽湿，以免干材在堆放时重新吸湿。木制品机械加工后，应尽快油漆。制成的木制品 应尽快用塑料布或油纸密封打包，装入包装箱，并尽快运往目的地。总之，木制品生产企业应了解产品使用地点的气候条件和平衡含水率，从而确定合理的 木材干燥的终了含水率。并在木材干燥、干材贮存、机械加工及包装运输的各个环节，注意 把握木材的平衡含水率，防止干材吸湿回潮；再配合精美的木制品造型及精良的加工工艺， 这样的木制品质量，才能符合竞争日益剧烈的国际市场的要求。