木材開裂的原因與應對措施



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木材干燥是什么意思?


木材干燥通常指在熱能作用下以蒸發或沸騰方式排除木材水分的處理過程


若要使木材中的水分排出,在它的周圍環境中必須要有一個熱能存在,而這個熱能一般就是產生熱的熱源。在一定的溫度下,木材中的水分就以蒸發的方式或沸騰的方式排到它周圍的空氣中,木材就得到了干燥。當木材中的水分降到一定程度時,我們就可以使用它來加工和制造我們所需要的產品。




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影響木材干燥的因素有哪些?


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外在因素

溫度
溫度是影響木材干燥速度的主要因素。溫度升高,木材中水分壓力升高,液態自由水的粘度降低,有利于促進木材中水分的流動和擴散;銅絲干燥介質的溶濕能力提高,加快木材表面水分的蒸發速度。但值得注意的是如果溫度過高,會引起木材的開裂和變形、降低力學強度、變色等,應適當控制。
濕度
相對濕度是影響木材干燥速度的重要因子。在溫度與氣流速度相同的情況下,相對濕度越高,介質內水蒸氣分壓越大,木材表面的水分越不易向介質中蒸發,干燥速度越慢;相對濕度低時,表面水分蒸發快,表層含水率降低,含水率梯度增大,水分擴散等增大,干燥速度快。但相對濕度過低,會造成開裂及蜂窩等干燥缺陷問題的發生甚至加重。
氣流循環速度
氣流循環速度是另一個影響木材干燥速度的因素。高速氣流能破壞木材表面上的飽和蒸汽界層,從而改善介質與木材之間傳熱、傳質條件,加快干燥速度。對于難干材或當木材含水率較低時,木材內部水分移動決定著干燥速度;通過提高大介質流速來加快表面水分的蒸發速度沒有實際意義,反而會加大含水率梯度,增大產生干燥缺陷的危險性。所以,難干材不需要很大介質循環速度。




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內在因素


木材樹種及構造特征
不同樹種的木材具有不同的構造,它的紋孔大小與數量,以及紋孔膜上微孔的大小都有很大差異,因此水分沿上述路徑移動的難易程度有別,即木材樹種是影響干燥速度的主要內因。由于環孔硬闊葉樹材(例如酸枝木)導管和紋孔中充填物多、紋孔膜上微孔的直徑小,所以其干燥速度明顯小于散孔闊葉樹材;在同一樹種中,密度增大,大毛細管內水分流動阻力增大,細胞壁內水分擴散路徑延長,難于干燥。
木材厚度
木材常規干燥過程可近似認為是沿材厚方向的一維傳熱傳質過程,厚度增加,傳熱傳質距離變長、阻力加大,干燥速度明顯下降。
木材含水率
纖維飽和點之下,隨著含水率的降低,吸著水的橫向擴散系數減小,而水蒸氣在細胞腔中的擴散系數則增大,由于干燥過程中水蒸氣在細胞腔中擴散所占比例不大,含水越低水分擴散路徑越長,所以含水率越低越難干燥。
木材心邊材
闊葉樹心材細胞中內含物較多,針葉樹心材中的紋孔多數是閉塞的,所以心材較邊材難干燥。
木材紋理方向
木射線有利于水分傳導,沿木材徑向的水分傳導比沿弦向約大15%~20%,所以,弦切板通常比徑切板的干燥速度快。





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木材發生開裂的原因和解決辦法

木材干燥過程中,可能會出現開裂的現象。木材開裂有以下幾種形式:表裂,內裂,端裂和輪裂。

下面我們簡單了解下這幾種開裂形式的發生原因:


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表裂

指表面裂紋。表裂是指原木材身或成材表面的裂紋。裂紋通常都限于弦面,并且沿徑向發展。木材干燥時,首先從表面蒸發水分,當表面層含水率降低至纖維飽和點以下時,表層木材開始收縮,但此時鄰接的內層木材的含水率尚在纖維飽和點以上,不發生收縮。表層木材的收縮受到內層木材的限制,不能自由收縮,因而在木材中產生內應力:表層木材受拉,內層木材受壓。干燥條件越劇烈,內外層木材的含水率差異越大,產生的內應力也越大。如果表層的拉應力超過木材橫紋抗拉強度,則木材組織被撕裂,由于沿木射線組織的抗拉強度較鄰近的木纖維的強度小,所以裂縫首先沿木射線產生。

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內裂

即內部裂紋。內裂也常稱蜂窩裂。內裂產生于干燥后期,有時產生于干燥材料存放時期。通常不易從木材外部發現,但嚴重時,可由材面的凹陷來判斷。內裂是由于木材內層的拉應力所引起。

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端裂

即端面裂紋。端裂或僅限于木材的端面,或延伸至端部的一側或兩側,后者通常稱為劈裂。主要原因是由于木材順紋方向的導水性遠遠大于橫紋方向,當木材干燥時,水分從端面的蒸發要比從側面蒸發快得多。端部含水率低于中部,端部的收縮受中部木材的限制,因而在端部產生拉(伸張)應力,當拉應力超過木材的橫紋抗拉強度時,端面發生開裂。

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輪裂

這種裂縫沿生長輪方向發展,常擴展到相鄰的幾個生長輪。輪裂通常發生于干燥初期,出現于木材的端面,隨著干燥的進展裂紋加深、加長。有時發生于內部,但出現于干燥后期,是由于嚴重的內部拉應力所引起的。



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木材開裂的應對措施



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采用高溫定性處理

減少木材內裂的方法可采用高溫定性處理,產生內裂的木材表層伸張殘余變形可以在干燥過程結束前對木料進行高溫高濕處理來消除。在處理時,木料表層因加濕膨脹而產生壓縮殘余變形,與原有的伸張殘余變形抵消,木材內裂也因此而消除。

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機械法防裂

在已干燥的木材上用鐵絲捆端頭,使用防裂環、組合釘板等,用機械的方法強制木材不要膨脹和收縮,這樣也可以避免木材發生開裂。

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涂刷防水涂料

在木材的端部和表面涂刷防水涂料,減緩木材表面的蒸發強度,這樣可以減少木材內外的含水率梯度,也可以減少木材的開裂。

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用防水劑進行浸注處理

比較有效的方法是用防水劑進行加壓處理,使防水劑深深的進入到木材中,以達到持久性的良好防裂效果。

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改進制材時下鋸的方法

木材各向異性,在同樣的溫、濕度變化的情況下,其濕脹、干縮系數最大的是弦向,其次是徑向,縱向的變化最小,所以下鋸時多生產一些徑切板,可以減少開裂。特別是帶有髓心的板材干燥時容易發生嚴重的劈裂,這是由于髓心附近徑向和弦向的收縮差異引起的,最好的方法是在制材時避免生產帶髓心的板材。




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智利、紐西蘭松木;