全 文 ：第 wt卷 第 y期
u s s x年 tt 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wt o‘²1y
‘²√ qou s s x
意杨薄板材干燥工艺研究 3
马世春 杨文斌
k福建农林大学材料工程学院 福州 vxsssul
摘 要 } 应用高温干燥与常温干燥有机结合的工艺技术k简称蒸汽综合干燥法l o对意杨 ux °°厚板材进行处理 o
在预热阶段进行充分的汽蒸处理 o而后进入常压过热蒸汽干燥工艺阶段 o当含水率降到 ux h时 o转入常温干燥工艺
阶段 o直到干燥阶段结束 ∀这样既缩短了干燥周期又提高了干燥质量 o同时也提高了干燥窑的生产效率 ∀
关键词 } 意杨薄板材 ~高温干燥 ~常温干燥 ~干燥质量
中图分类号 }≥z{t1zt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsy p stwz p sv
收稿日期 }ussx p sw p uy ∀
基金项目 }福建省教育厅研究基金项目k„svs{sl资助 ~国家自然基金项目kvsvzttvwl资助 ∀
3 杨文斌为通讯作者 ∀
tl周永东 qussv q人工林杉木和杨木高温干燥工艺的研究 q第九次全国木材干燥学术讨论会论文集 ou{v p u{z
Ρεσεαρχη ον ∆ρψινγ Τεχηνολογψφορ Ιταλιαν Ποπλαρ Τηιν Βοαρδ
¤≥«¬¦«∏± ≠¤±ª • ±¨¥¬±
k Χολλεγε οφ Ματεριαλ Ενγινεερινγ οφ Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηου vxsssul
Αβστραχτ } Œ±·«¬¶³¤³¨µo·«¨ ux °°·«¬¦®±¨ ¶¶Œ·¤¯¬¤±³²³¯¤µ·«¬±¥²¤µ§«¤§¥¨ ±¨ §µ¬¨§¬±·«¨ ¦²±§¬·¬²±²©¦²°³µ¨«¨ ±¶¬√¨ √¤³²µ
§µ¼¬±ª·¨¦«±²¯²ª¼ º¬·«¦²°¥¬±¤·¬²± ²©«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª¤±§±²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª·¨¦«±²¯²ª¼¬±·«¬¶ ¬¨³¨µ¬°¨ ±·©²µ
°²µ¨ ·«¤± ²±¨ ¼¨ ¤µq⁄∏µ¬±ª³µ¨«¨¤·¨§¶·¤ª¨ o·«¨ ¥²¤µ§º¤¶¦²°³¯ ·¨¯¨¼ ¶·¨¤°¨ §o·«¨ ±¦«¤±ª¨§·²«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª¶·¤ª¨
º¬·«²√¨ µ2«¨¤·¶·¨¤°¬±¦²±√¨ ±·¬²±¤¯ ³µ¨¶¶∏µ¨ o·«¨ §µ¼¬±ªº¤¶¦²±·¬±∏¨§·¬¯¯ °²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·µ¨¤¦«¨§ux h o¤±§·«¨ ±¦«¤±ª¨§·²
±²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª·¨¦«±²¯²ª¼ ∏±·¬¯ ·«¨ ±¨§²© §µ¼¬±ªq ׫¨ ·¨¶·µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ ¦²°³µ¨«¨ ±¶¬√¨ √¤³²µ§µ¼¬±ª
·¨¦«±²¯²ª¼ º²∏¯§±²·²±¯¼¶«²µ·¨± §µ¼¬±ª·¬°¨ o¥∏·¤¯¶²¬°³µ²√¨ §µ¼¬±ª ∏´¤¯¬·¼o¤¶º¨ ¯¯ ¤¶¬±¦µ¨¤¶¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼ ²©³µ²§∏¦¨ q
Κεψ ωορδσ} Œ·¤¯¬¤± ³²³¯¤µ·«¬± ¥²¤µ§~«¬ª«·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª~±²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ §µ¼¬±ª~§µ¼¬±ª ∏´¤¯¬·¼
意杨树种 o包括 Œp yv杨k Ποπυλυσ δελτοιδσ …¤µ·µ≤‹¤µ√¤µ§l !Œp y|杨k Πq δελτοιδσ …¤µ·µ≤∏¬l !Œp zu杨
k Πq ευραµεριχανα Š∏¬±¬¨µ≤≥¤± ¤µ·¬±²l等k联合国粮农组织 ot|z|l ∀意杨树种遍布江苏 !山东 !江西 !湖南等
广大地域 o是生产家具 !玩具 !人造板等较好的材料之一k张勤丽 ousssl ∀新锯切的意杨板材大多色泽浅白 !
明亮 o通常气干是最简单 !最经济 !最常用的干燥方法 ~但是在南方阴雨季节里 o意杨板材极易受到霉菌的侵
害 o产生变色降等 o甚至腐朽 o所以必须及时干燥处理 ∀探索意杨木材快速 !优质的干燥工艺有十分重要的意
义 ∀
t 试材 !准备工作与干燥设备
111 试材及准备工作
意杨木材纹理均匀且通直 o结构细至甚细 o材质较轻软 o易切削 o弦向收缩比径向收缩大 u ∗ v倍 o气干密
度 s1vwy ∗ s1xwu ª#¦°pv ∀散孔材 o其管孔小至甚小且多 o在肉眼 !放大镜下可见 o木射线略少 !极窄k徐纬英 o
t|{{ ~联合国粮农组织 ot|z|l ∀
意杨板材产自江西 o厚度为 ux ∗ u{ °° o长 t1w ∗ t1x ° o自然宽的整边板 o初含水率 |s h ∗ tss h ∀板材
在装窑之前 o两端均用石蜡封住 ∀试材采用人工方法在轨道车上堆垛 o为了保证干燥质量 o堆垛时每一层的
板材厚度要经过挑选并测量 o做到厚度基本一致 ~每一根隔条都经过定厚四面刨光 o规格 u sss °° ≅ ux °° ≅
ux °° ∀对薄板而言 o隔条要摆放密些 o间距约 vss °°左右 ~此外 o材堆顶部的几层板发生瓦弯 !翘曲可能性
很大 o研究表明 o压力在 xss ∗ t sss ®ª#°pu以上可有效防止严重瓦弯及扭曲变形的发生tl o所以 o材堆的顶层
用钢筋混凝土方条压住 o压点在隔条的位置上 o方条的规格为 t sss °° ≅ txs °° ≅ txs °°∀
112 木材干燥窑
干燥窑为周期式侧向通风 !铝内壁砖混结构窑 ~大门采用钢框架内外铝板结构 o大门与门框接触处装有
/ °0型耐热橡胶圈 o以确保干燥窑的气密性 ~窑的内部长 y1x ° !宽 v1x ° !高 v1v ° o内装有 x台 ≥•Œ型螺旋翅
片蒸汽加热器 ~喷蒸管在材堆的左右侧上方各安装一根 o可由上往下垂直喷蒸 ~端墙上装有一组干 !湿球水银
玻璃温度计 o外表有金属壳体的保护套 ~窑内有 y组含水率检测导线直通窑外的操作间 o可以随时测定分布
在窑内的 y块含水率检验板 ~侧向安装 u台 tu号可逆旋转的轴流式风机 o流过材堆之间的气流速度约 t1{ ∗
u °#¶pt ∀材堆长 y ° !宽 u ° !高 u1{ ° ~采用轨道车装卸板材 ~一窑整边板的容量为 tv ∗ tx °v ∀
u 干燥工艺确定与基准
参考法国巴黎木材研究院k≤ ±¨·µ¨ × ¦¨«±¬´∏¨ ⁄∏…²¬¶q°¤µ¬¶lw{ «将 uz °°厚的意大利 utw杨木板材的含
水率从 tsy h降至 z1x h !而没有出现翘曲或开裂等缺陷的经验k联合国粮农组织 ot|z|l o结合作者以往的干
燥经验及干燥窑的现状 o对 t年多来 x次的意杨薄板材生产性试验及时总结 o调整 !完善干燥工艺 ∀
211 干燥工艺
图 t 意杨边材干缩曲线
ƒ¬ªqt ≥«µ¬±®¤ª¨ ²± §µ¼¬±ª¦∏µ√ ¶¨²©¶¤³º²²§²©Œ·¤¯¬¤± ³²³¯¤µ
x次试验均采用高温干
燥与常温干燥相结合的工艺
技术 o即在常压下 o在干燥窑
内将饱和蒸汽继续加热而形
成的一种常压过热蒸汽k张璧
光 ot|{{l ∀板材在干燥窑内
首先升温预热 o逐渐将干球温
度与湿球温度升到 tss ε o使
板材在 tss ε 饱和蒸汽中充
分预热 ∀在此状态下 o板材既
不蒸发水分 o又能在较短的时
间内由表及里充分热透 o使之
在厚度上的温度梯度趋于零 ∀然后 o再经过 tss ε 以上常压过热蒸汽的高温干燥k•²¥¨µ·ot|zsl ∀由于意杨
干燥特性较好 o在干燥初 !中期可以采用高温低湿的干燥工艺k如 }干球温度 ttx ε o湿球温度 tss ε o相对湿
度 ys h l ∀从图 t的干缩曲线可见 }当含水率在 vs h以上时 o弦向与径向的干缩率 !干缩系数曲线几乎重叠 o
含水率在 ux h时才有所区别 ∀所以 o在第 x次的生产性试验中 o当含水率在 ux h以上时 o均采用常压过热蒸
汽干燥工艺 o以提高水分蒸发的强度 o加快干燥速度 ∀而当含水率在 ux h以下时 o弦向与径向的干缩率 !干
缩系数开始明显出现差异 ~差异越大 o说明木材在干燥过程中弦向与径向的干缩应力也越大 o也越容易产生
木材干燥缺陷 ∀弦向与径向的干缩率比值从 t1x增大到 u1sy o弦 !径向干缩率比值越拉越大 o其干裂势也越
来越强 ∀此时 o既要进行中期喷蒸处理 o还要降低水分蒸发强度 o应从高温干燥工艺转为常温干燥工艺k朱政
贤 ot||u ~马世春 ousswl o使板材安全地度过/强干裂势0的危险期k梁世镇 ot|{tl ∀
表 1 干燥基准
Ταβ .1 Τηε σχηεδυλε οφ δρψινγ
含水率阶段
≤ ¶·¤ª¨Πh
干球温度
⁄µ¼ ¥∏¯¥·¨°³qΠε
湿球温度
• ·¨¥∏¯¥·¨°³qΠε
相对湿度
• ‹Πh
平衡含水率
„√¨ µ¤ª¨ ≤Πh
工艺种类
×¼³¨ ²©·¨¦«±²¯²ª¼
 vs ttx tss ys x1y 常压过热蒸汽 ’√¨ µp«¨ ¤·¶·¨¤°¬± ¦²±√¨ ±·¬²±¤³µ¨¶¶∏µ¨
vs ∗ ux tts || ∗ tss y{ ∗ zt z 常压过热蒸汽 ’√¨ µp«¨ ¤·¶·¨¤°¬± ¦²±√¨ ±·¬²±¤³µ¨¶¶∏µ¨
ux ∗ tx z{ zs zs | 常温 ‘²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨
tx ∗ | zs yt yw {1x 常温 ‘²µ°¤¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨
212 干燥基准
一年多来数次的生产性试验k均为同树种 o同规格 o同初 !终含水率l o经过多次的总结经验并及时调整干
燥基准 o本着在保证木材干燥质量的前提下 o尽量缩短干燥周期 o调整后第 w次 !第 x次的干燥基准较合理 o
干燥质量良好 ∀木材来之不易 o板材在堆垛之前 o湿材的质量就差异很大 o有裂纹的要事先做记号加以区别 o
在制定干燥基准时要均衡地全面考虑 ∀表 t列出第 x次生产性试验的干燥基准 o干燥周期为 xy «∀
{wt 林 业 科 学 wt卷
v 结果与分析
311 干燥质量
第 x次生产性试验后 o在材堆的上 !中 !下 o前 !中 !后 o左 !中 !右选取 |块试验板测定其终含水率 !残余应
力指标等 o参见表 u ∀材堆中绝大多数板材干燥质量均很好 o基本无弯曲 !表裂 !内裂等可见缺陷 o这与板材堆
垛质量有密切的关系 ∀材堆最顶层用几十根钢筋混凝土方条压住 o所以 o顶层板材瓦弯 !翘曲的现象较少 ∀
但也有一小部分髓心材有轻微的凹陷现象 ~一些表面原先有细裂纹的板 o干燥后细裂纹扩展 ~完整的端头封
腊也很关键 o因为意杨在干燥过程中最大的干燥缺陷之一是端裂 o一些端头封腊不完整的有轻微端裂出现 ∀
以上参照 Š…Π× yw|t p t|||锯材干燥质量标准 o可达二级干燥质量等级以上 ∀
表 2 干燥质量
Ταβ . 2 Τηε θυαλιτψ οφ δρψινγ
试验板
× ¶¨·¥²¤µ§
在窑内的位置
°²¶¬·¬²±
终含水率
ƒ¬±¤¯ ≤Πh
厚度上含水率偏差
 ≤ µ¨µ¬± º¬§·«Πh
残余应力指标
• ¶¨¬§∏¤¯ ¶·µ¨¶¶¬±§¨¬Πh
t 上 ˜³ {1y u1s u1x
u 中 ¬§§¯¨ ts1y t1z u1x
v 下 ⁄²º± tt1s t1{ u1t
w 前 ƒµ²±· tt1v u1s u1w
x 中 ¬§§¯¨ ts1u u1z u1y
y 后 …¤¦® {1x u1v u1z
z 左 ¨©· |1y u1x u1{
{ 中 ¬§§¯¨ ts1t u1y u1x
| 右 •¬ª«· |1x u1v u1{
312 分析与讨论
多次的生产性试验均在预热阶段
均对意杨板材进行了充分的汽蒸处
理 ∀因为蒸汽处理使附着在细胞壁上
及覆盖在纹孔膜上的多酚类物质变得
不连续了 o因而水分能较容易地穿过
细胞壁 ∀蒸汽处理增加了木材的水分
渗透性 o其原因之一可能是纹孔膜上
的结壳物质脱落了 o在汽蒸过程中 o木
材内产生的有机酸会使细胞壁 ≥v 层
上的瘤层变得易于渗透 ∀通过蒸汽处
理 o有助于木材的干燥 o并可增加木材的水分渗透性 o其机理可能是由于纹孔膜发生了酸水解 o因此 o木材的
水分渗透性提高了k许美琪 ot|{t¤~t|{t¥~t|{t¦l ∀所以 o预热阶段结束后 o紧接着进入高温干燥阶段 o在干燥
过程中 o即有热量的迁移 o也有水分的迁移k谢拥群等 ousswl ∀此时采用高温低湿的干燥工艺 o让木材中的自
由水大量蒸发 ∀当含水率降到 ux h左右时 o一是弦向与径向的干缩率之比增大了 ~二是板材内部的吸着水
向表面迁移的速度小于表面水分蒸发的强度 ∀此时 o板材内部心层的拉伸应力随之增大 o心层的拉伸应力与
木材内裂的关系很大 o当心层的拉伸应力超过木材横纹拉伸极限强度时 o产生内裂 ∀因此 o在干燥初 !中期采
用高温干燥 o在干燥后期应注意由于干燥应力转向而引起的干燥缺陷k李大纲等 ousssl ∀为了保证干燥质
量 o转入了常温干燥工艺 o降低了干燥介质的温度 o使板材的温度梯度与含水率梯度均为/内高外低0 o在这
样双重动力的驱动下 o内部的水分逐渐向表层迁移 o表层的水分又逐渐蒸发 o使这 u种速度趋于相对平衡 o表
层的水分蒸发变慢 o应力也随之消除或变弱 o有效地避免了木材干燥缺陷k马世春 ousswl ∀
w 小结
应用高温干燥与常温干燥有机结合的工艺 o对意杨 ux °°厚的板材进行干燥处理 o能适当缩短干燥周
期 o并且提高干燥质量 ∀缩短了干燥周期 o也缩短了用电 !用汽 !用工的时间 o降低了干燥成本 ~同时 o提高了
木材干燥窑的生产效率 o加快了企业的生产周期与资金周转期 ∀
参 考 文 献
李大纲 o顾炼百 qusss q木材高温干燥过程中的弹性应变 q木林工业 otwkul }tx p tz
联合国粮农组织 qt|z| q杨树与柳树 q罗马 ou|v p u|w ~vs| p vts
梁世镇 qt|{t q木材干燥 q北京 }中国林业出版社 oxy p yv
马世春 qussw q荷木厚板材干燥工艺的探索 o林业科学 ows }ktl }t|s p t|u
谢拥群 o陈瑞英 o杨庆贺 o等 qussw q木材干燥过程的热质迁移及其耦合关系 q林业科学 owsktl }tw{ p txu
徐纬英 qt|{{ q杨树 q哈尔滨 }黑龙江人民出版社 owst
许美琪 qt|{t¤q汽蒸对赤栎性质的影响 q南林科技 okvl }xs p xx
许美琪 qt|{t¥q汽蒸对几种木材干燥速度的影响 q南林科技 okvl }xy p x{
许美琪 qt|{t¦q汽蒸对北部赤栎在干燥中的含水率梯度的影响 q南林科技 okvl }zs p zx
张壁光 qt|{{ q热工学 q北京 }中国林业出版社 ozs p zx ~ts{ p tts
张勤丽 qusss q我国意杨加工利用概况 q林产工业 ouzkxl }v p x
朱政贤 qt||u q木材干燥 q北京 }中国林业出版社 outt p utx
•²¥¨µ·‹ qt|zs qŽ¬¯± §µ¼¬±ª²©¶¤º±·¬°¥¨µq •¬¦«¤µ§≥¦«²µ±§²µ©¨µoŠ¨ µ°¤±¼owu p wv ~zw p zx
|wt 第 y期 马世春等 }意杨薄板材干燥工艺研究