木材干燥基准编制法百度试验法

1木材干燥基准编制法——百度试验法1前言木材干燥基准是木材在干燥过程中操作的依据。它是通过调节干燥介质的温度、相对湿度来控制被干木材状态变化的参数表。不同材种、不同厚度的成材干燥时，其干燥基准也各不相同。因此，干燥基准的制定、选用以及执行得正确与否，直接影响到成材的干燥质量与效益，对于木材干燥工艺过程有决定性的意义。在对一新树种的成材干燥时，仅仅从其宏观构造是无法断定其干燥特性的。为了获得该树种的干燥规律，通常采用以低温高湿为起点的干燥条件对其进行试探性试验，将获得的资料，再结合材性相似树种的干燥条件进行调整。再进行小批量试验，再调整，再试验。直到确定出该树种的干燥基准为止。这种常用的方法，虽能制定出较为合适的干燥基准来，但它存着操作过程复杂，时间过长，耗用试材数量较多等缺点，另外，这种方法主要依赖于人们在生产中所积累的经验，难免因人而异，变化较大。日本名古屋大学寺沢真教授根据37个树种的木材干燥特性，采用欧美干燥基准系列（美国林产实验室制定）总结出了一种预测木材干燥基准的方法。1984年北京林业大学戴于龙等人在国内首次采用时，称之为百度试验法，并沿用至今。该法简便易行，快速对从事木材干燥生产及研究工作者有一定参考价值。现就根据寺沢真教授等人1986年出版的资料对此种方法作一介绍，供使用时参考。2百度试验法要点所谓百度试验，是指把标准尺寸的试件放置在干燥箱内，在温度为100℃的条件下进行干燥并观察其端裂与表面开裂的情况，干燥终了后，锯开试件观察其中央部位的内裂（蜂窝裂）和截面变形（塌陷）状态，以确定木材在干燥过程中所需的温度和相对湿度。也就是说，百度试验法是根据试材的初期开裂（端裂与表面开裂）、内部开裂与塌陷等破坏与变形的程度而决定干燥基准的初期温度，终了温度和干湿球温度差（相对湿度）。用标准试件所确定出的是被试验树种的厚度为2.5厘米板材的干燥基准。另外，百度试验法根据试件在干燥过程中含水率的变化与消耗的时间，还可以估计出在干燥室干燥时所需要的干燥时间。3试材为了满足试验的要求，使试验的结果更为准确，试材应满足以下要求，其外形如图1所示。试材质量：木材的质量不应太差，要求颜色正常、无节疤、纹理通直，而且试件应为弦向板。试材含水率：对于密度适中的木材，试件的初含水率最好在50%以上；对于硬阔叶树材中密度较大的木材，试件的初含水率不应低于45%，否则难以达到预期的效果。图1试件外形图2试件规格：试件的标准规格为200mm×100mm×20mm（长×宽×厚），应以试材的中间部位截取试件，两端面应为新锯开的截面，且不涂刷涂料。试件四面刨光，端面可用高速截锯截取，以便于准确观察其缺陷发展的状态。4试验步骤试件做好后，应准确测量其尺寸（精确到0.001厘米）并称重（精确到0.001克）。用游标卡尺、千分尺与千分之一的天平测量即可达到要求。然后，立即将试件放入干燥箱内。为使试件受热均匀，应把试件竖立，使木材纹理方向呈水平。若干燥箱较小，一次以放置3-4块为宜，大干燥箱一次可放置6-7块。在试验过程中，测量与观察的频数依树种与含水率的不同而异。针叶树材，最初测视的间隔时间30分钟～1小时，阔叶树材为1小时。以后，每隔1～2小时测视一次，主要是称重并记录初期最大的端裂与表面开裂的情况，这段时间约6～8小时左右，当裂缝开始愈合时，就可以将测试间隔时间延长为4～6小时或更长一些。试验所需要的时间，依树种而异。对于针叶树材或密度较小的阔叶树材，干燥15小时左右，其含水率可降至1%。对于密度适中的阔叶树材，干燥20～24小时左右，其含水率可降到1%。对于某些密度较大的阔叶树材，约需60小时左右，这时的含水率可用电阻式木材含水率测定仪测量。若指针只有轻微的摆动，即表示此时含水率已接近1%。但要获得此时准确的数值，应将试件继续干燥到绝干，然后计算出它的含水率。干燥结束后，将试件从长度方向的中央锯开，观察记录内部开裂与截面变形，以便进行资料处理。5资料处理百度试验法观察记录到缺陷有三种：初期开裂、内部开裂与截面变形。初期开裂：包括端裂，端裂延至表面的开裂、表面开裂、表面延至端面的开裂与贯通开裂等。虽然各种开裂的程度及其形状变异很大，但同一树种的木材或材性相似树种的木材，表现出来的状态是非常相似的。各种初期开裂的状态如图2所示。干燥初期的开裂，除与干燥条件有关以外，还与树种有关。一般来说，大多数的端面开裂与立木的生长应力有关；表面开裂与干燥时的温度、相对湿度有关。表面开裂比较严重的树种，应以较软的基准图2干燥初期的开裂1.端裂延至表面的开裂；2.表面开裂；3.贯通开裂；4.表面延至端面的开裂；5.端面开裂3进行干燥。如果是只发现较小裂纹的树种，而且主要是在试件的端面上，就可以用较硬的基准进行干燥。这就是说，初期开裂与干燥条件之间的关系是相当密切的。为便于判断，百度实验把初期开裂的程度分为五级，如图3所示。图3干燥初期阶段开裂程度分级图内部开裂：有的是最初发生在表面的裂纹向内部发展后又愈合所致，有的表面完好无损仅发生在内部的开裂。弦向材的内部开裂发生在干燥末期，主要原因是由试件的内外应力的不一致所引起的。干燥后，试件内部开裂程度分为五级，如图4所示：图4内部开裂程度分级图截面变形：在干燥结束后，从试件长度方向的中央部位锯开后可观察到，并立即用千分尺精确的测量尺寸。图5为截面变形示意图，按图5测出A、B之差值（可取截面两端的较大差干燥初期阶段开裂程度分级量化指标（中国林科院修订）No.1无或仅有短端表裂No.2短端表裂、短细表裂No.3长端表裂、长细表裂≤2或短细表裂≤15No.4短细表裂＞15，或长细表裂、宽表裂≤5No.5长细表裂＞5或宽表裂＞5注：裂纹长度≥50mm者为长，50mm为短；裂纹宽度≥2mm者为宽2mm为细；（下同）内部开裂程度分级量化指标（中国林科院修订）No.1无No.2细裂≤4或宽裂1No.3宽裂2～4或细裂5～9或宽裂l～2且细裂3～4No.4宽裂5～8或细裂10～15或宽裂2～4且细裂5～9No.5宽裂＞8或细裂＞15或宽裂5～8且细裂≥10图5截面变形示意图4值）。截面变形程度分为五级，见表1所示。表1截面变形分级表级别No.1No.2No.3No.4No.5A－B（mm）0～0.40.5～0.91.0～1.92.0～3.43.5以上这样，在获得了三种缺陷的状态后，就可以利用表2（缺陷干燥程度与干燥条件的关系表）查到对应于各种缺陷的干燥阶段的初期温度、干湿球温度差与末期温度。从中选取各温度与干湿球温度差的最低条件，即为实验树种（厚度为2.5cm板材）的预定干燥基准。表2缺陷程度与干燥条件的关系单位：（℃）干燥缺陷干燥特性等级No.1No.2No.3No.4No.5初期开裂初始温度7060555045初期干湿球温度差7.05.03.02.02.0后期最高温度9590808080截面变形初始温度7060555045初期干湿球温度差7.05.04.03.02.5后期最高温度9580807570内部开裂初始温度7055505045初期干湿球温度差7.05.04.03.02.5后期最高温度9580757070（寺沢真等，1986）6干燥基准百度实验法预测的干燥基准为含水率基准。通过查表的方法查出干燥初期温度、干湿球温度差和末期温度后，即可按干燥过程中含水率的变化分为若干阶段，并确定每一个含水率阶段的温度与相对湿度（干湿球温度差）。一般的原则是，在干燥初期，干燥阔叶树材时，干球温度为50℃，干湿球温度差为3～5℃；干燥针叶材时，干球温度为60℃，干湿球温度差为4～6℃。在干燥中期，干燥温度从含水率35%起，含水率每降低3～5%，温度升高5～7℃，随着含水率逐渐降低，温度的升高幅度也相应的增大。对于阔叶树材，在大多数情况下，干燥初期可取一样的干燥条件，当含水率降低至初含水率的2/3时，开始改变干燥条件，其后，含水率每降低5%，干燥温度升高5～7℃时，干湿球温度差增大3.2～1.5倍。在整个干燥过程中，干湿球温度差的最大值为25～30℃。对于针叶树材和部分阔叶树材，一般干燥中期从含水率35%左右开始改变干燥条件。具体作法是，以初期温度、干湿球温度差与末期温度为依据，参照表3或表4，即可编制出所需的干燥基准。表3为针叶树材的含水率与干湿球温度差的关系表，表4为阔叶树材的含水率与干湿球温度差的关系表，实际使用时切勿用错。5表3含水率与干湿球温度差的关系（针叶树）依初含水率不同所分的阶段（%）干湿球温度差（℃）40506075901101234567840-3050-3560-4075-5090-60110-701.52.03.04.06.08.0111530-2535-3040-3550-4060-5070-602.03.04.06.08.011141725-2030-2535-3040-3550-4060-503.05.06.09.01114172220-1525-2030-2535-3040-3550-405.08.08.0111417222220-1525-2030-2535-3040-358.01111141722222220-1525-2030-2535-30111414172222222220-1525-2030-25141717222222222220-1525-20172222222222222220-15222222222222222215以下15以下15以下15以下15以下15以下3030303030303030表4含水率与干湿球温度差的关系（阔叶树）依初含水率不同所分的阶段（%）干湿球温度差（℃）40506075901101234567840-3050-3560-4075-5090-60110-701.523468111530-2535-3040-3550-4060-5070-602346812182025-2030-2535-3040-3550-4060-5035691218253020-1525-2030-2535-3040-3550-405810152025303015-1020-1525-2030-2535-3040-35121818253030303010以下15以下20以下25以下30以下35以下25303030303030307干燥时间干燥一种新的树种，如果在编制较为合理的干燥基准同时，又能估计出该木材在干燥室内干燥的时间，这对我们实际生产的应用将是十分有益的。在百度试验中，估算干燥时间的方法是：利用木材中水分移动的难易程度与干燥条件二者相结合，即可利用有关图表进行估算。一般来说，若用较大的干湿球温度差与较高的温度条件干燥木材时，所需要的时间就短；反之，所需要的干燥时间就长。从百度试验中可以得到二个基本数据:干燥初期的干湿球温度差与试件含水率降至1%所用的时间。根据这两个基本数据，利用图6即可估算出干燥时间。具体做法是：先绘制出试件的干燥曲线。根据干燥曲线就可以得到含水率降至1%所用的干燥时间（小时）。绘图时，可用对数格纸或方格纸，其中用对数格纸绘制的曲线近似直线，得到的时间比较精确，而且绘图方便。用方格纸绘图的曲线呈S型。用图6计算的干燥时间有两种：一种是根据干燥的初期干湿球温度差得到的干燥时间（昼夜）；另6一种是根据含水率降至1%耗用的时间（小时）而得到的干燥时间（昼夜）。这二者的平均值，就是厚度为2.5厘米板材在强制循环干燥室内干燥至含水率10%所需要的干燥时间（昼夜）。图6干燥时间计算图若板材厚度不同时，可用下式计算：1122()nZSZS式中：Z1--厚度为2.5cm板材的干燥时间；Z2--所求厚度板材干燥时间S1--厚度；S1=2.5cm；S2--所求板材厚度（cm）n--相关指数；n=1.5～2.08说明①百度试验法是寺沢真教授采用欧美干燥基准系列而研究出来的，该系列中的干燥基准与我国的干燥基准相比较普遍要软一些。为了使百度试验的结果更接近于我国的实际生产情况，必须对试验结果做适当的修正。②由于个别树种的材性比较特殊，特别是对一些难干硬阔叶树材而言，百度试验中标准试件的干燥缺陷，