一、木材平衡含水率的概念
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。
二、木材含水率的影响分子
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。当木材相对湿度升高到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,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 40℃时,平衡含水率为29%,70℃时为26%,而100℃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重要问题,在木材干燥和木制品生产中有很大的实用价值。
三、我国各地区的平衡含水率分布
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。
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%;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、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。
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18℃~20℃,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。
四、欧美日的平衡含水率分布
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加,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;但西南部内陆地区气候干燥,在那儿使用的木制品,需千燥到约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千燥到约8%的含水率。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、英国、俄罗斯等)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、葡萄牙、意大利、希腊、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%,极端最低为6%;冬季(12、1、2月)较高为17.8%。 其余的西欧国家(如法国、德国、荷兰、比利时等)全年含水率变化范围为10%~20%。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。
