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窑炉干燥木材的基本方面

Introduction

木材是一种吸湿材料,由于变化而获得水分 in humidity. 吸湿性是木材最显著的特性之一. Any 一种木材产品吸收和解吸周围空气中的水分,直到它 达到平衡含水率(EMC),即木材含水率之间的平衡点 内容和周围环境的内容.

 

由于木制品的尺寸随相对湿度的波动而变化, 窑炉干燥成为木材有效利用的最重要的过程之一 products. 在木材受潮之前,不可能对木材进行适当的加工、粘合和整理 内容被减少到适当的数量.

 

干燥的其他优点包括减轻重量,增加强度性能 更能抵抗真菌和昆虫造成的生物恶化. Therefore, 木材在进一步的生产中使用前应先干燥.

 

这一情况表总结了最常用的窑炉干燥木材的基础知识 干燥方法、干燥进度及干燥缺陷.

 

Kiln Drying 

窑的过程涉及干燥木材在室内空气循环,相对 湿度和温度可以控制,使木材的含水率可以 减少到一个目标点,没有任何干燥缺陷.

 

最常用的窑炉是常规窑炉和除湿窑炉. Vacuum and 太阳能窑也用于特殊的应用和条件.

 

Conventional Kilns

传统的窑炉利用蒸汽流通过管道进入窑炉并散发热量 进入窑炉的空气中. 木材中的水分通过蒸发作用转化为水蒸气 用热空气从窑中排出. 图1是一个典型的示意图 conventional kiln. This type of kiln requires large amounts of energy; therefore, 与除湿窑相比,它既不经济也不高效.

 

Schematic of a dry kiln. Figure 1. Schematic of a dry kiln. (干窑操作手册. USDA, 1991)

 

Dehumidification Kilns

今天,除湿窑是木制品中最常用的窑炉之一 industry. 使用除湿窑的优点是可连续循环使用 窑内的热量而不是从窑内放出的热量 case of conventional kilns. 大部分的水凝结在线圈上 除湿器,并作为液体取出,而不是通风到外面 the kiln.

 

虽然除湿窑使用电力,比燃气贵, 它们仍然比传统的窑更经济,因为它们回收热量和 也更环保.

 

空气除湿窑温度达到95 ~ 100oF,热空气 在树林里流传. 然后,湿热的空气通过冷空气而冷却 refrigeration coils. 蒸发的水分凝结成液体后被排干 as cool water. 除湿原理如图2所示 kiln.

 

除湿干燥系统.Figure 2. 除湿干燥系统. (干窑操作手册. USDA, 1991)

 

Vacuum Kilns

不太常用的真空窑比传统的任何一种都要贵3到4倍 或除湿窑,因室内干燥能力有限. However, 这种系统的主要优点是干燥速度非常快.

 

Kiln Schedules

窑表用来确定所需的温度和相对湿度 在窑中以令人满意的速度干燥特定的木制品,而不会引起不良反应 drying defects. 典型的窑炉时间表是一系列的温度和相对湿度, 如表1所示,在干燥的各个阶段应用的是什么.

 

Table 1. Typical drying schedule

Step Moisture Content (%) Dry bulb (˚F) Wet bulb (˚F) EMC (%) Relative Humidity (%)
1 Above 50                         110                                              107           19.1               90
2 50-40                         110                                              106           17.6               87
3 40-35                         110                                              104           15.2               81
4 35-30                         110                                              100           12.0               70
5 30-25                         120                                                95             6.5               40
6 25-20                         130                                                90             4.0               22
7 20-15                         140                                                90             2.9               15
8 15 to target                         160                                              110             3.4               21

在必要时给予平等和条件

 

一般来说,应制定时间表,使干燥应力不超过 木材在任何给定温度和含水率下的强度. Schedules 材料的种类、厚度、等级和最终用途各不相同.

 

例如,一个典型的硬木时间表应该从110到120oF和70到80%开始 木材绿色时的相对湿度. 温度可达170到180华氏度 到那时,木材的水分含量为10%到15%.

 

软木窑制程与硬木窑制程因窑温不同而不同 相对湿度是在预定时间决定的,而不是在含水率 levels.

 

窑内干燥应力的发展

 

Stage 1 

潮湿木材有高水分的外部和内部部分将是无压力. 一旦干了,外层会低于纤维饱和点(fsp), 在内部部分达到FPS之前,含水率是28%到30%.

 

Stage 2

随着窑内的空气被加热和干燥,外部的干燥速度更快, 外层的纤维会有收缩的倾向. 木材的内部核心 将在一个含水率的FSP和将防止外壳收缩 as much as possible. 其结果将是外部的拉应力的发展 以及木材内部的压缩应力. 这叫做第二阶段 如图3所示.

 

干燥应力的发展在窑炉过程中包括第一阶段:无应力, 第二阶段:如果在外层纤维表面张力超过,则检查其是否坍塌(内部屈曲);第三阶段:如果蜂窝芯表面硬化处张力过大.Figure 3. 窑炉过程中干燥应力的发展.

 

如果外层纤维超过了最大拉应力,则进行表面检查 被认为是一种干燥缺陷. 表面检查可以通过干燥负载来避免 在一个合理的较低的温度,而不是使用高温开始 of the drying process.

 

此外,暂时增加窑内的相对湿度也有助于消除 surface check. 如果表面检查处理不当,应力发展在 木材可能是严重的,并导致崩溃,一个显著的干燥缺陷在最后 干燥过程的第二阶段. 图4显示了一个极端表面 检查,油检查和坍塌.

 

表面检查、端面检查和折叠等干燥缺陷.Figure 4. 表面检查,端面检查,干燥缺陷.

 

Stage 3

随着干燥过程的进行,板的中心将失去足够的水分通过下面 the fsp. 在这个过程中,纤维会收缩,但是外层的纤维会有张力 设置不同于前期的干燥过程,会防止一些 the interior shrinking.

 

当这种情况发生时,内部部分将变得紧张,而外部 portion will have compression stress built up; this is called casehardening.

 

表面硬化发生在木材表层拉伸大于 they should be.

 

表面硬化的材料会表现出严重的拔火罐倾向. If the surface of the 木材是湿的,任何膨胀将抵抗干核心,和应力将 采用压缩成形代替表面硬化引起的拉伸成形.

 

如果木材表面的压缩应力与先前的拉力相等 设置,木材应该是无压力的. 表面硬化消除很容易完成 甚至可以通过控制窑炉的气氛来逆转.

 

通过采集窑炉样品,可以监测窑炉的整体性能. Samples should be 堆垛时从窑中选取. 样品的数量取决于条件 以及被干燥木材的干燥特性,窑炉的类型和最终的干燥 材料的预期用途.

 

通常,样品是从木材的中心部分切割来确定湿度 内容,表面检查和应力发展如图5所示.

 

无应力,前期(外曲线)和后期(内曲线)准备干燥样品.Figure 5. Preparing drying samples.

 

从每个窑炉样品上切下水分切片和应力切片进行监测 整个干燥过程达到目标含水率,无任何干燥缺陷.

 

For More Information

本情况说明中所述的原则是高效率的重要因素 木制品的利用. 世界杯买球App这些元素的详细信息也可以 可在下列参考资料及手册中找到:

 

Simpson,W.T. ed.1991. Dry Kiln Operator’s Manual. USDA. 森林产品实验室, Madison.

 

Wood Handbook. 作为工程材料的木材. 1999. 美国农业部,森林产品实验室. GTR-113., Madison.

 

Boone. S.C., C. Bois., and E. Wengert. 1988. 商用木材干燥窑制程. Temperate and tropical.  美国农业部森林产品实验室. GTR -57. Madison.

 

Hoadley, B. 1990. Understanding Wood. The Taunton Press, Inc. Newton, CT.

 

Haygreen, J. G. and J.L. Bowyer. 1996年林产品和木材科学. Iowa State University Press, Ames IA.

 

Brown, W. 1989. 木材的转化和调味.  林登出版公司,弗雷斯诺, California

 

Rietz, R.C., R.H.Page, E.Peck, W.T. Simpson, J.L. Tschernitz, and J.J. Fuller. 1999. Airdrying of lumber. GTR-117. 美国农业部,林业局,华盛顿D.C.

 

Salim Hiziroglu
fac木制品专家

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