木材干燥基準(zhǔn)編制法——百度試驗(yàn)法

1、木材干燥基準(zhǔn)編制法百度試驗(yàn)法1前言木材干燥基準(zhǔn)是木材在干燥過(guò)程中操作的依據(jù)。它是通過(guò)調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的溫度、相對(duì)濕度來(lái)控制被干木材狀態(tài)變化的參數(shù)表。不同材種、不同厚度的成材干燥時(shí)，其干燥基準(zhǔn)也各不相同。因此，干燥基準(zhǔn)的制定、選用以及執(zhí)行得正確與否，直接影響到成材的干燥質(zhì)量與效益，對(duì)于木材干燥工藝過(guò)程有決定性的意義。在對(duì)一新樹種的成材干燥時(shí)，僅僅從其宏觀構(gòu)造是無(wú)法斷定其干燥特性的。為了獲得該樹種的干燥規(guī)律，通常采用以低溫高濕為起點(diǎn)的干燥條件對(duì)其進(jìn)行試探性試驗(yàn)，將獲得的資料，再結(jié)合材性相似樹種的干燥條件進(jìn)行調(diào)整。再進(jìn)行小批量試驗(yàn)，再調(diào)整，再試驗(yàn)。直到確定出該樹種的干燥基準(zhǔn)為止。這種常用的方法，雖能制定

2、出較為合適的干燥基準(zhǔn)來(lái)，但它存著操作過(guò)程復(fù)雜，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，耗用試材數(shù)量較多等缺點(diǎn)，另外，這種方法主要依賴于人們?cè)谏a(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，難免因人而異，變化較大。日本名古屋大學(xué)寺沢真教授根據(jù)37個(gè)樹種的木材干燥特性，采用歐美干燥基準(zhǔn)系列（美國(guó)林產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室制定）總結(jié)出了一種預(yù)測(cè)木材干燥基準(zhǔn)的方法。1984年北京林業(yè)大學(xué)戴于龍等人在國(guó)內(nèi)首次采用時(shí)，稱之為百度試驗(yàn)法，并沿用至今。該法簡(jiǎn)便易行，快速對(duì)從事木材干燥生產(chǎn)及研究工作者有一定參考價(jià)值?，F(xiàn)就根據(jù)寺沢真教授等人1986年出版的資料對(duì)此種方法作一介紹，供使用時(shí)參考。2百度試驗(yàn)法要點(diǎn)所謂百度試驗(yàn)，是指把標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件放置在干燥箱內(nèi)，在溫度為100的條件下進(jìn)行干

3、燥并觀察其端裂與表面開裂的情況，干燥終了后，鋸開試件觀察其中央部位的內(nèi)裂（蜂窩裂）和截面變形（塌陷）狀態(tài)，以確定木材在干燥過(guò)程中所需的溫度和相對(duì)濕度。也就是說(shuō)，百度試驗(yàn)法是根據(jù)試材的初期開裂（端裂與表面開裂）、內(nèi)部開裂與塌陷等破壞與變形的程度而決定干燥基準(zhǔn)的初期溫度，終了溫度和干濕球溫度差（相對(duì)濕度）。用標(biāo)準(zhǔn)試件所確定出的是被試驗(yàn)樹種的厚度為2.5厘米板材的干燥基準(zhǔn)。另外，百度試驗(yàn)法根據(jù)試件在干燥過(guò)程中含水率的變化與消耗的時(shí)間，還可以估計(jì)出在干燥室干燥時(shí)所需要的干燥時(shí)間。3試材圖1 試件外形圖為了滿足試驗(yàn)的要求，使試驗(yàn)的結(jié)果更為準(zhǔn)確，試材應(yīng)滿足以下要求，其外形如圖1所示。試材質(zhì)量：木材的質(zhì)量不

4、應(yīng)太差，要求顏色正常、無(wú)節(jié)疤、紋理通直，而且試件應(yīng)為弦向板。試材含水率：對(duì)于密度適中的木材，試件的初含水率最好在50%以上；對(duì)于硬闊葉樹材中密度較大的木材，試件的初含水率不應(yīng)低于45%，否則難以達(dá)到預(yù)期的效果。試件規(guī)格：試件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為200mm100mm20mm（長(zhǎng)寬厚），應(yīng)以試材的中間部位截取試件，兩端面應(yīng)為新鋸開的截面，且不涂刷涂料。試件四面刨光，端面可用高速截鋸截取，以便于準(zhǔn)確觀察其缺陷發(fā)展的狀態(tài)。4試驗(yàn)步驟試件做好后，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量其尺寸（精確到0.001厘米）并稱重（精確到0.001克）。用游標(biāo)卡尺、千分尺與千分之一的天平測(cè)量即可達(dá)到要求。然后，立即將試件放入干燥箱內(nèi)。為使試件受熱均勻

5、，應(yīng)把試件豎立，使木材紋理方向呈水平。若干燥箱較小，一次以放置3-4塊為宜，大干燥箱一次可放置6-7塊。在試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量與觀察的頻數(shù)依樹種與含水率的不同而異。針葉樹材，最初測(cè)視的間隔時(shí)間30分鐘1小時(shí)，闊葉樹材為1小時(shí)。以后，每隔12小時(shí)測(cè)視一次，主要是稱重并記錄初期最大的端裂與表面開裂的情況，這段時(shí)間約68小時(shí)左右，當(dāng)裂縫開始愈合時(shí)，就可以將測(cè)試間隔時(shí)間延長(zhǎng)為46小時(shí)或更長(zhǎng)一些。試驗(yàn)所需要的時(shí)間，依樹種而異。對(duì)于針葉樹材或密度較小的闊葉樹材，干燥15小時(shí)左右，其含水率可降至1%。對(duì)于密度適中的闊葉樹材，干燥2024小時(shí)左右，其含水率可降到1%。對(duì)于某些密度較大的闊葉樹材，約需60小時(shí)左右，

6、這時(shí)的含水率可用電阻式木材含水率測(cè)定儀測(cè)量。若指針只有輕微的擺動(dòng)，即表示此時(shí)含水率已接近1%。但要獲得此時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)值，應(yīng)將試件繼續(xù)干燥到絕干，然后計(jì)算出它的含水率。干燥結(jié)束后，將試件從長(zhǎng)度方向的中央鋸開，觀察記錄內(nèi)部開裂與截面變形，以便進(jìn)行資料處理。5資料處理百度試驗(yàn)法觀察記錄到缺陷有三種：初期開裂、內(nèi)部開裂與截面變形。圖2 干燥初期的開裂1.端裂延至表面的開裂；2.表面開裂；3.貫通開裂；4.表面延至端面的開裂；5.端面開裂初期開裂：包括端裂，端裂延至表面的開裂、表面開裂、表面延至端面的開裂與貫通開裂等。雖然各種開裂的程度及其形狀變異很大，但同一樹種的木材或材性相似樹種的木材，表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)

7、是非常相似的。各種初期開裂的狀態(tài)如圖2所示。干燥初期的開裂，除與干燥條件有關(guān)以外，還與樹種有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的端面開裂與立木的生長(zhǎng)應(yīng)力有關(guān)；表面開裂與干燥時(shí)的溫度、相對(duì)濕度有關(guān)。表面開裂比較嚴(yán)重的樹種，應(yīng)以較軟的基準(zhǔn)進(jìn)行干燥。如果是只發(fā)現(xiàn)較小裂紋的樹種，而且主要是在試件的端面上，就可以用較硬的基準(zhǔn)進(jìn)行干燥。這就是說(shuō)，初期開裂與干燥條件之間的關(guān)系是相當(dāng)密切的。為便于判斷，百度實(shí)驗(yàn)把初期開裂的程度分干燥初期階段開裂程度分級(jí)量化指標(biāo)（中國(guó)林科院修訂）No.1無(wú)或僅有短端表裂No.2短端表裂、短細(xì)表裂No.3長(zhǎng)端表裂、長(zhǎng)細(xì)表裂2或短細(xì)表裂15No.4短細(xì)表裂15，或長(zhǎng)細(xì)表裂、寬表裂5No.5長(zhǎng)細(xì)表

8、裂5或?qū)挶砹?注：裂紋長(zhǎng)度50mm者為長(zhǎng)，50mm為短；裂紋寬度2mm者為寬 2mm為細(xì)；（下同）為五級(jí)，如圖3所示。圖3 干燥初期階段開裂程度分級(jí)圖內(nèi)部開裂：有的是最初發(fā)生在表面的裂紋向內(nèi)部發(fā)展后又愈合所致，有的表面完好無(wú)損僅發(fā)生在內(nèi)部的開裂。弦向材的內(nèi)部開裂發(fā)生在干燥末期，主要原因是由試件的內(nèi)外應(yīng)力的不一致所引起的。干燥后，試件內(nèi)部開裂程度分為五級(jí)，如圖4所示：內(nèi)部開裂程度分級(jí)量化指標(biāo)（中國(guó)林科院修訂）No.1無(wú)No.2細(xì)裂4或?qū)捔?No.3寬裂24或細(xì)裂59或?qū)捔裭2且細(xì)裂34No.4寬裂58或細(xì)裂1015或?qū)捔?4且細(xì)裂59No.5寬裂8或細(xì)裂15或?qū)捔?8且細(xì)裂10圖5 截面變形示意

9、圖圖4 內(nèi)部開裂程度分級(jí)圖截面變形：在干燥結(jié)束后，從試件長(zhǎng)度方向的中央部位鋸開后可觀察到，并立即用千分尺精確的測(cè)量尺寸。圖5為截面變形示意圖，按圖5測(cè)出A、B之差值（可取截面兩端的較大差值）。截面變形程度分為五級(jí)，見(jiàn)表1所示。表1 截面變形分級(jí)表級(jí) 別No.1No.2No.3No.4No.5AB（mm）00.40.50.91.01.92.03.43.5以上這樣，在獲得了三種缺陷的狀態(tài)后，就可以利用表2（缺陷干燥程度與干燥條件的關(guān)系表）查到對(duì)應(yīng)于各種缺陷的干燥階段的初期溫度、干濕球溫度差與末期溫度。從中選取各溫度與干濕球溫度差的最低條件，即為實(shí)驗(yàn)樹種（厚度為2.5cm板材）的預(yù)定干燥基準(zhǔn)。表2

10、缺陷程度與干燥條件的關(guān)系 單位：（）干燥缺陷干燥特性等級(jí)No.1No.2No.3No.4No.5初期開裂初始溫度7060555045初期干濕球溫度差7.05.03.02.02.0后期最高溫度9590808080截面變形初始溫度7060555045初期干濕球溫度差7.05.04.03.02.5后期最高溫度9580807570內(nèi)部開裂初始溫度7055505045初期干濕球溫度差7.05.04.03.02.5后期最高溫度9580757070（寺沢真等，1986）6干燥基準(zhǔn)百度實(shí)驗(yàn)法預(yù)測(cè)的干燥基準(zhǔn)為含水率基準(zhǔn)。通過(guò)查表的方法查出干燥初期溫度、干濕球溫度差和末期溫度后，即可按干燥過(guò)程中含水率的變化分為若

11、干階段，并確定每一個(gè)含水率階段的溫度與相對(duì)濕度（干濕球溫度差）。一般的原則是，在干燥初期，干燥闊葉樹材時(shí)，干球溫度為50，干濕球溫度差為35；干燥針葉材時(shí)，干球溫度為60，干濕球溫度差為46。在干燥中期，干燥溫度從含水率35%起，含水率每降低35%，溫度升高57，隨著含水率逐漸降低，溫度的升高幅度也相應(yīng)的增大。對(duì)于闊葉樹材，在大多數(shù)情況下，干燥初期可取一樣的干燥條件，當(dāng)含水率降低至初含水率的2/3時(shí)，開始改變干燥條件，其后，含水率每降低5%，干燥溫度升高57時(shí)，干濕球溫度差增大3.21.5倍。在整個(gè)干燥過(guò)程中，干濕球溫度差的最大值為2530。對(duì)于針葉樹材和部分闊葉樹材，一般干燥中期從含水率35

12、%左右開始改變干燥條件。具體作法是，以初期溫度、干濕球溫度差與末期溫度為依據(jù)，參照表3或表4，即可編制出所需的干燥基準(zhǔn)。表3為針葉樹材的含水率與干濕球溫度差的關(guān)系表，表4為闊葉樹材的含水率與干濕球溫度差的關(guān)系表，實(shí)際使用時(shí)切勿用錯(cuò)。表3 含水率與干濕球溫度差的關(guān)系（針葉樹）依初含水率不同所分的階段（%）干濕球溫度差（）40506075901101234567840-3050-3560-4075-5090-60110-701.52.03.04.06.08.0111530-2535-3040-3550-4060-5070-602.03.04.06.08.011141725-2030-2535-30

13、40-3550-4060-503.05.06.09.01114172220-1525-2030-2535-3040-3550-405.08.08.0111417222220-1525-2030-2535-3040-358.01111141722222220-1525-2030-2535-30111414172222222220-1525-2030-25141717222222222220-1525-20172222222222222220-15222222222222222215以下15以下15以下15以下15以下15以下3030303030303030表4 含水率與干濕球溫度差的關(guān)系（闊葉樹

14、）依初含水率不同所分的階段（%）干濕球溫度差（）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253030303030303

15、07干燥時(shí)間干燥一種新的樹種，如果在編制較為合理的干燥基準(zhǔn)同時(shí)，又能估計(jì)出該木材在干燥室內(nèi)干燥的時(shí)間，這對(duì)我們實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用將是十分有益的。在百度試驗(yàn)中，估算干燥時(shí)間的方法是：利用木材中水分移動(dòng)的難易程度與干燥條件二者相結(jié)合，即可利用有關(guān)圖表進(jìn)行估算。一般來(lái)說(shuō)，若用較大的干濕球溫度差與較高的溫度條件干燥木材時(shí)，所需要的時(shí)間就短；反之，所需要的干燥時(shí)間就長(zhǎng)。從百度試驗(yàn)中可以得到二個(gè)基本數(shù)據(jù):干燥初期的干濕球溫度差與試件含水率降至1%所用的時(shí)間。根據(jù)這兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，利用圖6即可估算出干燥時(shí)間。具體做法是：先繪制出試件的干燥曲線。根據(jù)干燥曲線就可以得到含水率降至1%所用的干燥時(shí)間（小時(shí)）。繪圖時(shí)，可用對(duì)數(shù)格紙或方格紙，其中用對(duì)數(shù)格紙繪制的曲線近似直線，得到的時(shí)間比較精確，而且繪圖方便。用方格紙繪圖的曲線呈S型。用圖6計(jì)算的干燥時(shí)間有兩種：一種是根據(jù)干燥的初期干濕球溫度差得到的干燥時(shí)間（晝夜）；另一種是根據(jù)含水率降至1%耗用的時(shí)間（小時(shí)）而得到的干燥時(shí)間（晝夜）。這二者的平均值，就是厚度為2.5厘米板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥室內(nèi)干燥至含水率10%所需要的干燥時(shí)間（晝夜）。圖6 干燥時(shí)間計(jì)算圖若板材厚度不同時(shí)，可用下式計(jì)算：式中：Z1-厚度為2.5cm板材的干燥時(shí)間；Z2-所求厚度板材干燥時(shí)間 S1-厚度； S1=2.5cm； S2-所