2第二章 木材干燥基础

2.1.2.3木材中水分的存在状态与纤维饱和点 2.1.2.3木材中水分的存在状态与纤维饱和点 a. 水分的存在状态
木材是由无数的中空细胞集合而成的空隙体。 木材是由无数的中空细胞集合而成的空隙体。根据水分在 木材中存在的位置不同，木材中的水分可以分为自由水和吸着 木材中存在的位置不同，木材中的水分可以分为自由水和吸着 结合水）两种。自由水（ 水（结合水）两种。自由水（Free water）是存在于木材细 ） 胞腔和细胞间隙组成的大毛细管系统中的水分， 胞腔和细胞间隙组成的大毛细管系统中的水分，其性质和普通 的液体水接近。自由水的多少对木材的物理性质（除重量、 的液体水接近。自由水的多少对木材的物理性质（除重量、燃 烧性能以外）影响不大。吸着水（ 烧性能以外）影响不大。吸着水（Bound water）存在于细 ） 胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非结晶区、 胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非结晶区、半纤维素和 木素组成）中的羟基形成氢键结合。 木素组成）中的羟基形成氢键结合。 在纤维饱和点以下的区域内， 在纤维饱和点以下的区域内，吸着水的多少对木材的各项 物理性质都有很大影响。 物理性质都有很大影响。
干燥
2.1.2.4木材的吸湿与解吸 2.1.2.4木材的吸湿与解吸
周围空气的相对湿度较低， 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 则水分由木材向空气中蒸发，使得吸着水含量减少， 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(Desorption)。解吸过程初期，木材的水分蒸发很强烈，即吸 解吸 。解吸过程初期，木材的水分蒸发很强烈， 着水下降很快；随着时间的延续，解吸过程逐渐缓慢， 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 解吸稳定含水率（ 态平衡或稳定，此时木材的含水率叫解吸稳定含水率（Desorption stabilizing moisture content）。 ） 相反，周围空气的相对湿度较高时， 相反，周围空气的相对湿度较高时，水蒸气从空气向木材细胞 壁中渗透，即木材从空气中吸湿，使得吸着水含量增加， 壁中渗透，即木材从空气中吸湿，使得吸着水含量增加，此现象叫 吸湿或吸着(Adsorption)。木材含水率在吸湿过程中达到的稳定值 。 吸湿或吸着 叫吸湿稳定含水率（Adsorption stabilizing moisture content）。 吸湿稳定含水率（ ）
G湿－G干 × 100% MC0 = G湿
木材含水率的测定： 木材含水率的测定： 在木材工业中较常用的方法是称重法 电测法。 称重法和 在木材工业中较常用的方法是称重法和电测法。
（1）称重法 ）
远离木材的端头约250mm~300mm锯取 锯取 远离木材的端头约
一块一定尺寸的试材（ ），刮净毛刺和锯屑后 一块一定尺寸的试材（Test piece），刮净毛刺和锯屑后 ）， 立即称其质量，之后将试材放置在温度为 立即称其质量，之后将试材放置在温度为103±2℃的烘箱 ± ℃ 内烘干6h左右，然后每隔 称重并记录一次 称重并记录一次， 内烘干 左右，然后每隔2h称重并记录一次，直到两次称 左右 得的质量相差不超过0.02g，即试材的质量恒定不变为止， ，即试材的质量恒定不变为止， 得的质量相差不超过 认为此时得到是绝干质量。根据前面介绍过的公式，即可计 认为此时得到是绝干质量。根据前面介绍过的公式， 算出试材的含水率值。 算出试材的含水率值。 用重量法测量木材含水率准确可靠， 用重量法测量木材含水率准确可靠，而且不受含水率 范围的限制。但测量时需要截取试样，破坏木材， 范围的限制。但测量时需要截取试样，破坏木材，并需要 一定的时间。 一定的时间。
树木的大多数细胞呈纵向排列，少数细胞呈径向排列。 树木的大多数细胞呈纵向排列，少数细胞呈径向排列。 木材细胞的次生壁的S 层的微纤丝排列方向不同， 木材细胞的次生壁的S1、S2和S3层的微纤丝排列方向不同， 是引起木材各向异性的一个重要原因， 是引起木材各向异性的一个重要原因，从而导致木材在干 燥过程中发生不均匀的收缩，产生较大的收缩应力， 燥过程中发生不均匀的收缩，产生较大的收缩应力，引起 诸如开裂、皱缩、翘曲（Warp） 诸如开裂、皱缩、翘曲（Warp）等变形以及内部残留应力 的产生。 的产生。 木材在进行干燥时，水分若要顺利地向外移动， 木材在进行干燥时，水分若要顺利地向外移动，木材 内部就必须有水分移动的通道，即细胞腔、纹孔、 内部就必须有水分移动的通道，即细胞腔、纹孔、细胞间 隙及细胞壁内的微毛细管等。这些通道若呈开放状态， 隙及细胞壁内的微毛细管等。这些通道若呈开放状态，则 木材容易干燥；反之，木材难干。 木材容易干燥；反之，木材难干。
2.1.2木材与水分
2.1.2.1木材中水分的由来 2.1.2.1木材中水分的由来
木材是一种复杂的含湿多孔粘弹性生物体， 木材是一种复杂的含湿多孔粘弹性生物体， 木材中的水分存在于木材的毛细管系统之中。 木材中的水分存在于木材的毛细管系统之中。
2.1.2.2木材的含水率及测定 2.1.2.2木材的含水率及测定
使用电阻式含水率仪时注意事项： 使用电阻式含水率仪时注意事项： a.树种修正； b.温度修正； a.树种修正； b.温度修正； 树种修正 温度修正 c.纹理方向； c.纹理方向； d.电极探测器及其插入深度。 d.电极探测器及其插入深度。 纹理方向 电极探测器及其插入深度
含水率测定仪 电阻式） （电阻式）
含水率测定仪 高周波式） （高周波式）
（3）木材干湿程度的分级 在生产和使用上通常根据木材 ） 中水分含量程度的不同，木材可分为6级 中水分含量程度的不同，木材可分为 级： 长期浸泡于水中、含水率大于生材的木材，如水运、 湿 材：长期浸泡于水中、含水率大于生材的木材，如水运、 水贮过程中的木材。 水贮过程中的木材。 和新采伐的木材含水率基本一致的木材。 生 材：和新采伐的木材含水率基本一致的木材。 半干材：含水率介于生材与气干材之间的木材。 半干材：含水率介于生材与气干材之间的木材。 气干材：长期贮存于大气中， 气干材：长期贮存于大气中，与大气的相对湿度趋于平衡的 木材。其含水率取决于周围环境的温度和相对湿度， 木材。其含水率取决于周围环境的温度和相对湿度，一般在 8%~20%之间，我国国标把气干材平均含水率定为 ％。 之间， 之间 我国国标把气干材平均含水率定为12％。 室干材：木材在干燥室内， 室干材：木材在干燥室内，以适当的温度和相对湿度条件进 行干燥，含水率约为7~15%的木材，通常根据木材的使用 的木材， 行干燥，含水率约为 的木材 区域、场合及用途等条件而定。 区域、场合及用途等条件而定。 绝干材：含水率为零的木材称为绝干材或全干材。 绝干材：含水率为零的木材称为绝干材或全干材。
当把生材放在大气环境中自然干燥， 当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达到的水分平 衡状态称为气干状态。 衡状态称为气干状态。气干状态的木材的细胞腔中不含自由 气干状态 水，细胞壁中含有的吸着水的量与大气环境处于平衡状态。 细胞壁中含有的吸着水的量与大气环境处于平衡状态 当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除去时木材的状态 绝干状态。 称为绝干状态 称为绝干状态。
自由水 细胞腔 细胞壁
生材(25~30%以上 以上) 含水率 生材 以上 结合水 饱和状态 有 自由水 FSP状态 状态(25~30%) EMC状态 状态(15%前后 前后) 状态 状态 前后 饱和状态 平衡状态 极少 没有 全干状态(0%) 全干状态 极少 没有
结合水
木材中水分的存在状态和存在位置
解吸和干燥是两个不同的概念， 解吸和干燥是两个不同的概念，解吸仅指木材细胞壁中 吸着水的排除，而干燥则是自由水和吸着水二者的排除。 吸着水的排除，而干燥则是自由水和吸着水二者的排除。
在相同的温湿度条件下， 在相同的温湿度条件下，由吸湿过程达到的木材平衡含 水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个现象称为吸湿滞 水率低于由解吸过程达到的平衡含水率， 现象。 湿滞后受树种、 后(Sorption hysteresis)现象。吸湿滞后受树种、温度等因素的 现象 影响，一般吸湿滞后数值的变异范围在 影响，一般吸湿滞后数值的变异范围在1%~5%之间，平均值 之 为2.5%。在实际生产中，气干木材吸湿滞后的数值不大，生 。在实际生产中，气干木材吸湿滞后的数值不大， 产上可以忽略不计，因此粗略地认为： 产上可以忽略不计，因此粗略地认为：EMC＝MC解=MC吸 ＝
第2章 木材干燥基础
2.1与干燥相关的木材性质 2.1与干燥相关的木材性质
2.1.1木材构造特征 2.1.1木材构造特征
与干燥有关的木材性质主要包括: 与干燥有关的木材性质主要包括 木材的组织结构 木材中的水分 木材的收缩 干燥过程中的蠕变、热传导、电学特性等。 干燥过程中的蠕变、热传导、电学特性等。
b.木材的纤维饱和点 b.木材的纤维饱和点
木材在干燥过程中，当木材中的自由水完全蒸发， 木材在干燥过程中，当木材中的自由水完全蒸发，而细 胞壁中吸着水的量处于饱和状态时的含水率， 胞壁中吸着水的量处于饱和状态时的含水率，称之为纤维饱 和点（ 和点（Fiber saturation point，简称 ，简称FSP）。 ）。 木材的纤维饱和点因树种而异，一般在22% 35%之间，平 木材的纤维饱和点因树种而异，一般在22%~35%之间， 22% 35%之间 均值大约为30%。纤维饱和点随温度升高而变小， 均值大约为30%。纤维饱和点随温度升高而变小，当木材含水 30% 率高于纤维胞和点时，木材强度和导电性影响不大， 率高于纤维胞和点时，木材强度和导电性影响不大，木材收缩 或膨胀亦不会发生。木材含水率低于纤维饱和点时， 或膨胀亦不会发生。木材含水率低于纤维饱和点时，则随含水 率的减小木材的导电性减弱、强度和收缩增大；反之， 率的减小木材的导电性减弱、强度和收缩增大；反之，随着含 水率的增加，则木材的湿胀增大，强度降低、导电性能增强。 水率的增加，则木材的湿胀增大，强度降低、导电性能增强。
电测法是根据木材的电学性质，例如电阻率、 （2）电测法 电测法是根据木材的电学性质，例如电阻率、 ） 介电常数、高频功率损失等与木材含水率的关系来测定的。 介电常数、高频功率损失等与木材含水率的关系来测定的。该 方法测量方便、操作迅速，且不破坏木材， 方法测量方便、操作迅速，且不破坏木材，可以满足一般工业 生产的要求。 生产的要求。木材水分电测仪主要分直流电阻式水分测定仪和 交流介电式水分测定仪。前者是给木材给予直流电流，通过电 交流介电式水分测定仪。前者是给木材给予直流电流， 流流过的难易程度来测定的方法； 流流过的难易程度来测定的方法；后者是测定一定频率下木材 的介电常数或介电损耗角正切， 的介电常数或介电损耗角正切，通过介电常数或介电损耗角正 切与含水率之间的关系得到含水率值。 切与含水率之间的关系得到含水率值。