木材干燥與應(yīng)力

1、木材干燥與應(yīng)力在木材干燥過(guò)程中，如果木材內(nèi)存在比較大的含水率梯 度，干燥速度過(guò)快時(shí)，就會(huì)使木材產(chǎn)生應(yīng)力和變形。含水率 分布不均勻會(huì)引起木材產(chǎn)生暫時(shí)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(gè)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(shuō)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(lái)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。應(yīng)力木生長(zhǎng) 缺陷含水率應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和等于全應(yīng)力在木材干燥過(guò)

2、 程中，全應(yīng)力影響木材的質(zhì)量。干燥過(guò)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(guò)程中的變化可分為四個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，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

3、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(dòng)要借助于含 水率梯度，允許這種應(yīng)力在一定時(shí)間內(nèi)存在，但它不宜過(guò)大 和時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則將引起木材的表面干裂。在這個(gè)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(guò)大。 （ 3） 干燥中期階段。此時(shí)木材內(nèi)部的含水率已下降到纖維飽和點(diǎn) 以下。假如在干燥初期階段對(duì)被干木材沒有進(jìn)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)。加工 過(guò)程中的缺陷此時(shí)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(shí)平衡， 因此木材的內(nèi)應(yīng)力也暫時(shí)處于平衡狀態(tài)。在這

4、個(gè)階段，木材 內(nèi)部的水分向表面移動(dòng)的距離加長(zhǎng)，木材干燥更困難、更緩 慢。如果木材的表層干燥過(guò)快，心層的水分來(lái)不及移動(dòng)到表 層，就會(huì)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(guò)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(shí)解除表面硬化，木材干燥將難以繼續(xù)進(jìn)行并產(chǎn)生 嚴(yán)重的干燥缺陷。因此在這個(gè)干燥階段，對(duì)被干木材必須進(jìn) 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(lái)解除木材的表面硬化。 （ 4）干燥終了 階段。這個(gè)階段木材的含水率沿著木

5、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(gè)階段沒 有進(jìn)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(gè)內(nèi) 應(yīng)力的情況與干燥初期階段相反。這個(gè)階段的含水率梯度雖 然不大，但是隨著干燥的繼續(xù)進(jìn)行，內(nèi)應(yīng)力隨之增加。如果 不及時(shí)消除，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)心層木材的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)出現(xiàn) 內(nèi)裂，即心層木材的拉應(yīng)力超過(guò)心層木材的抗拉強(qiáng)度極限使 之遭到破壞。產(chǎn)生內(nèi)裂的木材將失去使用價(jià)值，造成嚴(yán)重的 浪費(fèi)，因此這個(gè)階段的應(yīng)力是很危險(xiǎn)的，要及時(shí)消除。一般 采用的方法仍是對(duì)被干木材進(jìn)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(rùn)和軟化并得到補(bǔ)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(gè)木材干燥過(guò)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(guò)程中不會(huì)發(fā)生開裂和變形等缺陷，還必須對(duì) 被干木材進(jìn)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(guò)程中的各個(gè)階段始