楊木生長(zhǎng)較快 ,適應(yīng)性強(qiáng) ,是我國(guó)三大速生豐產(chǎn)樹種之一 ,在我國(guó)北方地區(qū)被廣泛種植。但楊木具有密度低 ,材質(zhì)軟 ,干燥易皺縮等缺陷 ,使其高附加值利用受到嚴(yán)重制約。長(zhǎng)期以來(lái) ,楊木主要被應(yīng)用于膠合板 、細(xì)木工板及運(yùn)輸包裝材料等低附加值產(chǎn)品的制造。宜家作為全球最大的家具供應(yīng)商 ,在楊木的實(shí)木高附加值利用方面開展了富有成效的研究工作 ,特別是較好地解決了楊木干燥易皺縮的難題。筆者在闡述木材皺縮機(jī)理的基礎(chǔ)上 ,提出了避免楊木干燥過(guò)程 中出現(xiàn)皺縮的技術(shù)措施 ,并提供了成熟的楊木干燥基準(zhǔn) ,以期為實(shí)際生產(chǎn)中楊木干燥過(guò)程控制 ,楊木實(shí)木高附加值利用提供參考和借鑒。

1  木材皺縮機(jī)理皺縮

    亦稱塌陷 ,是指木材在干燥過(guò)程中由于水分移動(dòng)過(guò)快 ,所產(chǎn)生的水分蒸發(fā)張力使細(xì)胞潰陷而引起的不規(guī)則收縮。皺縮不同于木材干縮。干縮發(fā)生在木材干燥過(guò)程中的吸著水蒸發(fā)階段 ,是 因?yàn)榧?xì)胞壁非結(jié)晶區(qū)域吸著水減少時(shí) ,細(xì)胞壁 內(nèi)微纖絲 和微纖絲 或者微膠粒與微膠粒 之間相互靠攏 ,造成細(xì)胞壁變薄 ,導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞體積收縮 而皺縮是木材細(xì)胞壁不規(guī)則的局部向細(xì)胞腔 內(nèi)凹陷 ,整個(gè)細(xì)胞變得窄小 ,呈扁平狀 、不規(guī)則狀態(tài)。嚴(yán)重皺縮時(shí) ,細(xì)胞壁上會(huì)出現(xiàn)開裂。
    關(guān)于木材皺縮的機(jī)理 ,不同學(xué)者提出了不同的點(diǎn)。但絕大部分學(xué)者認(rèn)為 ,木材在干燥過(guò)程中 ,細(xì)胞腔內(nèi)自由水蒸發(fā)后在細(xì)胞腔 內(nèi)形成真空 負(fù)壓 ,使得木材細(xì)胞內(nèi)外存在一定程度壓 力差 ,當(dāng)該壓力差所產(chǎn)生的細(xì)胞壁壓力大于木材細(xì)胞壁 的橫紋抗壓強(qiáng)度時(shí) ,致使木材細(xì)胞潰陷 ,從而產(chǎn)生皺縮

    因此木材細(xì)胞發(fā)生皺縮需要具備兩個(gè)條件 ,即自身?xiàng)l件和外部條件。自身?xiàng)l件表現(xiàn)在木材的滲透性較差 ,干燥過(guò)程中能產(chǎn)生較大的毛細(xì)張力 ,且該張力完全作用于木材細(xì)胞壁。外部條件體現(xiàn)在木材蒸發(fā)細(xì)胞腔內(nèi)自由水時(shí) ,水分子有足夠大的內(nèi)能 ,產(chǎn)生足夠大的水分蒸發(fā)張力。而決定水分子內(nèi)能的最根本性因素是溫度。因此 ,從外部條件來(lái)看 ,干燥介質(zhì)溫度越高 ,發(fā)生皺縮的機(jī)遇就越大。
    當(dāng)具有皺縮 自身?xiàng)l件的木材 ,遇 到外部條件的干燥環(huán)境 ,皺縮就產(chǎn)生了。也就是說(shuō) ,含水率較高的易皺縮木材 ,在較高的干燥溫度條件下 ,便會(huì)發(fā)生皺縮。

2   楊木干燥皺縮控制技術(shù)
2.1  楊木皺縮規(guī)律及其控制措施
    楊木皺縮規(guī)律實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn) ,楊木皺縮的宏觀表現(xiàn)是板材表面呈現(xiàn)不規(guī)則的局部凹陷 ,并使橫斷面成不規(guī)則形狀。在寬度方向上 ,已皺縮區(qū)域和相鄰的無(wú)皺縮 區(qū)域有明顯的高低不平的臺(tái)階 ,而不是緩慢的過(guò)渡 。有時(shí) ,在皺縮區(qū)域和無(wú)皺縮區(qū)域的交界處還會(huì)出現(xiàn)明顯的裂紋在長(zhǎng)度方向上 ,皺縮往往會(huì)沿著木材的紋理方向在縱向上延伸,形成一條凹陷的長(zhǎng)溝 其長(zhǎng)度甚至可達(dá)幾十厘米 在厚度方向上 ,當(dāng)將已皺縮楊木板材鋸開時(shí) ,發(fā)現(xiàn)其皺縮及臨近區(qū)域經(jīng)常存在較嚴(yán)重 的內(nèi)部開裂 從皺縮區(qū)域來(lái)看 ,皺縮不會(huì)發(fā)生在板材的邊緣部位 ,而是發(fā)生在板材的中間區(qū)域。
    整體來(lái)看，相對(duì)于正常樹干材而言 ,楊木邊材和樹梢材更容易發(fā)生皺縮 。同時(shí) ,已經(jīng)皺縮的板材往往會(huì)伴有明顯的翹曲 、變形缺陷。

2.2   楊木皺縮的控制措施通過(guò) 述理論分析可知 ,在楊木干燥過(guò)程中 ,只要合理控制好導(dǎo)致皺縮 發(fā)生 的兩 個(gè)條件中的一個(gè) ,就能有效避免皺縮的發(fā)生 筆者通過(guò) 多年的生產(chǎn)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn) ,只要采用以下技術(shù)措施對(duì)楊木的干燥過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理 ,完全 可以在滿足企業(yè)對(duì)干燥速率要求的前提下，,防止皺縮缺陷的發(fā)生 ,獲得很高的干燥質(zhì)址 ,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
 

2.2.1  干燥預(yù)處理 已有的研究表明 ,對(duì)易皺縮木材進(jìn)行蒸汽處理 、熱水浸泡 、預(yù)凍處理 ,能在一定程度上破環(huán)木材的紋孔結(jié)構(gòu) ,改變木材微觀構(gòu)造 ,提高其流體滲透性 ,避免 干燥初期因自由水遷移造成的較大毛細(xì)張力 ,從而緩解甚至防止皺縮缺陷的發(fā)生 。筆者曾對(duì)楊木濕材在干燥前進(jìn)行過(guò)浸泡處理。發(fā)現(xiàn)在相同干燥工藝條件下,浸泡過(guò)的楊木發(fā)生皺縮的程度相對(duì)較輕。

2.2.2  預(yù)干處理 從皺縮發(fā)生的外部條件來(lái)看 ,要避免皺縮缺陷的出現(xiàn) ,就必須降低楊木干燥初期的溫度 ,從而降低因 自由水遷移所導(dǎo)致的毛細(xì)張力 。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中 ,可以從兩方面加以解決 一是對(duì)初含水率很高的楊木 ,進(jìn)行充分地 自然 干燥 ,降低入窯時(shí)木材初含水率 二是在窯于初期,選用較低溫度的干燥基準(zhǔn)。在板材裝入干燥窯之前 ,對(duì)楊木濕材進(jìn)行充分的自然干燥是一種比較經(jīng)濟(jì)、有效的辦法 。楊木家具廠家可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn) ,通過(guò)合理的安排生產(chǎn)和儲(chǔ)備原材料 ,來(lái)實(shí)現(xiàn)板材的自然干燥 ,使楊木入窯初含水率控制在25%以 下,從而大幅減少干燥過(guò)程中皺縮缺陷的發(fā)生。

2.2.3  采用合適的干燥基準(zhǔn)合適的干燥基準(zhǔn)是確保于燥質(zhì)址。提高干燥效率 、降低干燥成本的重要技術(shù)保障 一針對(duì)楊木易皺縮的特點(diǎn) ,
在制訂干燥基準(zhǔn)時(shí) ,需要考慮在 于燥初期 ,當(dāng)木材含水率較高時(shí) ,采用較低的干燥溫度和適 當(dāng)?shù)臐穸?,降低水分子蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生 的作用于細(xì)胞壁上的毛細(xì)張力。而在干燥后期 ,
即在木材吸著水蒸發(fā)階段 ,為確保干燥效率 ,可適當(dāng)提高干燥介質(zhì)溫度 ,從而加快楊木干燥速率。經(jīng)過(guò) 多年的實(shí)驗(yàn) 及生產(chǎn)實(shí)踐 ,筆者總結(jié)出了楊木 的優(yōu)化干燥基準(zhǔn) (見表1)
   

                                      表1     46mm 厚楊木的干燥基準(zhǔn)

             含水率 （%）          干球溫度（ ℃ ）          濕球溫度 （℃ ）         干濕球溫度差 （℃）

                    60                                    43                                     38                                5

                    60                                    43                                     37                                6    

                    50                                    43                                     35                                8

                   40                                     43                                     29                              14

                  35                                      43                                    25                               18

                  30                                      45                                   25                                 20

                 25                                       52                                    27                                 25

                 20                                      58                                    33                                  25

                15                                       68                                   42                                  26

                10                                       78                                   52                                  26

    對(duì)于以上干燥基準(zhǔn) ,有幾點(diǎn)需要說(shuō)明:
    1）該基準(zhǔn)的特點(diǎn)是楊木板材含水率在纖維飽和點(diǎn) 以上時(shí)干燥溫度一直較低 。這就有效地避免了引發(fā)皺縮的外部條件 后期干燥溫度較高 ,是為了提高干燥度。                                       

    2）雖然該基準(zhǔn)干燥初期溫度較低 ,但干濕球溫度差較大 ,濕度較小 ,這就有效地避免了楊木發(fā)生霉變的可能。正因?yàn)檫@樣 ,該基準(zhǔn)需要有較大的排濕窗口 。生產(chǎn)實(shí)踐表明 ,該基準(zhǔn)要求干燥窯的容量每 100m³楊木濕板 ,所配備的排濕窗口不應(yīng)少于4m² 。

    3)該基準(zhǔn)后期的溫度升高很快 ,這對(duì)整個(gè)干燥窯內(nèi)的楊木含水率的均勻性要求較高。

2.2.4    規(guī)范干燥過(guò)程的控制在干燥過(guò)程中 ,為避免楊木皺縮缺陷的發(fā)生 ,很重要的一點(diǎn) ,就是要保證干燥溫度和楊木含水率相適應(yīng) 。因此 ,在整個(gè)干燥過(guò)程中,加強(qiáng)對(duì)干燥窯內(nèi)板材含水率的均勻性及干燥速率的控制就顯得尤為重要 在楊木的實(shí)際干燥過(guò)程中 ,特別需要注意以下幾點(diǎn)：
  1）干燥設(shè)備的檢查
    為使干燥時(shí)干燥窯內(nèi)不同部位的板材具有基本相同的干燥速率 ,在裝窯前 ,要仔細(xì)檢查干燥窯的加熱系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng) ,確保它們處于良好運(yùn)行狀態(tài)。以保證干燥過(guò)程中,介質(zhì)溫度、循環(huán)風(fēng)速分布均勻。

   2）板材初含水率基本一致
    為保證干燥質(zhì)量和干燥速率,同一干燥窯內(nèi)的板材初含水率差別不宜太大 ,一般不應(yīng)超過(guò)15%。否則 ,如果板材入窯初含水率差別過(guò)大 ,干燥后期 ,干燥溫度升高,個(gè)別初含水率較高的板材含水率還依然很高。這樣便會(huì)因?yàn)闈癜鍡钅居龅礁稍锔邷?,而發(fā)生皺縮缺陷。   

    3)合理堆垛
    工廠應(yīng)合理地組織安排好干燥車間的生產(chǎn)任務(wù) ,使裝入到同一干燥窯內(nèi)楊木板材的厚度是相同的 同時(shí)為了保證氣流順暢 ,所使用的墊條的厚度也應(yīng)該相同 前后材堆之間應(yīng)保持一定的距離 ,以防止把空氣通道堵死 ,該距離一般不少于10cm 。

    4)充分的預(yù)熱處理過(guò)程 。
     在干燥開始時(shí) ,一定要有很好的預(yù)熱處理過(guò)程 ,使干燥窯內(nèi)各個(gè)部位的楊木濕板材都能充分均勻地?zé)嵬?。特別是板材中心的溫度不應(yīng)低于基準(zhǔn)的設(shè)定值。盡量減小在干燥過(guò)程 ,溫度梯度和含水率梯度相矛盾的問(wèn)題。從干燥勢(shì)的角度來(lái)保證含水率均勻地下降。

    5)加強(qiáng)干燥初期介質(zhì)濕度的控制
    如前文論述 ,在干燥過(guò)程中為避免楊木發(fā)生皺縮缺陷,在含水率較高的干燥初期階段 ,采用較低的干燥溫度。但這樣的條件 ,非常適合霉菌在楊木上生長(zhǎng) ,所以此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)干燥窯內(nèi)濕度的控制。在保證楊木不發(fā)生表裂的情況下 ,可以適當(dāng)降低干燥窯內(nèi)的空氣濕度。通過(guò)控制濕度來(lái)控制霉菌的生長(zhǎng)。如若不然 ,濕度過(guò)大 ,而溫度又不高,楊木必然會(huì)發(fā)生霉變。

    目前,國(guó)內(nèi)有些干燥窯廠家提供的干燥設(shè)備 ,在設(shè)計(jì)時(shí)是為了使用高溫干燥基準(zhǔn) ,因而排濕窗口較小。這樣在使用初期溫度較低的基準(zhǔn)時(shí) ,就有一定的局限性。眾所周知 ,同樣體積的濕空氣 ,溫度越高，其濕容量越大 ,即容納水分的能力越強(qiáng) 。所以 ,小排濕窗口的干燥窯對(duì)于高溫干燥基準(zhǔn)來(lái)說(shuō)影響并不大。但對(duì)于初期溫度較低的干燥基準(zhǔn)來(lái)說(shuō) ,會(huì)因?yàn)闈衿荒芗皶r(shí)排出,溫度又較低 ,適合霉菌的生長(zhǎng) ,會(huì)造成楊木的霉變。

    6)強(qiáng)化干燥過(guò)程中楊木含水率的監(jiān)測(cè)
    在干燥過(guò)程中,應(yīng)保證含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性 ,注意對(duì)窯內(nèi)楊木板材含水率的跟蹤檢測(cè) 。在確保干燥板材的含水率全面下降后方可按干燥基準(zhǔn)升高相應(yīng)的干燥溫度。如檢測(cè)不全面 ,干燥窯內(nèi)仍然有含水率較高的板材而沒(méi)有被檢測(cè)到 。那么干燥后期溫度升高 ,干燥緩慢 、含水率偏高的那部分板材 ,就會(huì)因?yàn)?自身含水率較高 ,外界干燥溫度也較高 ,而發(fā)生皺縮缺陷。

3  皺縮楊木的恢復(fù)
   為使皺縮的楊木恢復(fù)外形尺寸，減少因皺縮缺陷造成的木材損失 ,筆者曾對(duì)已經(jīng)皺縮的楊木在干燥過(guò)程結(jié)束前進(jìn)行過(guò)24h的蒸汽處理。觀察發(fā)現(xiàn) ,經(jīng)過(guò)處理之后 ,皺縮區(qū)域的長(zhǎng)度沒(méi)有明顯的變化；皺縮區(qū)域的寬度和深度有一定程度的減輕；皺縮造成表裂和內(nèi)裂的縫隙變化較為明顯 ,有些裂隙甚至肉眼難以發(fā)現(xiàn)。但是 ,經(jīng)驗(yàn)表明這種經(jīng)過(guò)處理過(guò)的楊木不適合用來(lái)制作家具 ,會(huì)造成成品家具的開裂。
4 結(jié)束語(yǔ)
    1）在常規(guī)干燥過(guò)程中為避免楊木皺縮 ,比較經(jīng)濟(jì)而又有效的辦法就是合理地安排好原材料儲(chǔ)備和干燥車間的生產(chǎn)任務(wù) ,在楊木裝入干燥窯之前 ,能充分地進(jìn)行自然干燥 ,使裝入干燥窯初含水率在25%以下；

    2）對(duì)濕楊木進(jìn)行干燥時(shí) ,在含水率較高的干燥初期階段要采用低溫干燥 。同時(shí)控制好干燥窯內(nèi)的相對(duì)濕度不要過(guò)高 ,以免楊木發(fā)生霉變；

    3）在干燥后期可以適當(dāng)?shù)靥岣吒稍餃囟?,以提高干燥速度 ,楊木不會(huì)因此而發(fā)生皺縮；

    4）整個(gè)干燥過(guò)程中應(yīng)規(guī)范控制操作過(guò)程 ,保證整個(gè)干燥窯內(nèi)的含水率均勻地下降皺縮楊木的恢復(fù)。