木材预热及中间处理时间分析
摘要：影响木材加热时间的因素有很多，如厚度、温度、含水率等，本文主要介绍国内外对如何控制影响木材加热时间的因素的研究方法过程，以及国内外木材加热时间的研究状况。
关键字：木材 加热 时间 含水率 温度
木材预热以及中间处理都对提高干燥质量有着重要意义。其中时间是影响预热、中间处理结果的一个重要因素，合理的确定时间这一参数，能够提高干燥质量，减少不必要的能源消耗。研究表明, 热处理可以降低木材的干缩性, 提高木材的尺寸稳定性[1]。 预热处理可提高木材各部位尤其是心层的温度至一个内外均衡的水平, 使内外温度梯度变小甚至消失,温度梯度方向保持一致,以便干燥开始后依靠内外温度梯度来加速木材内部水分向表面移动[2]。
预热处理的目的主要是通过喷蒸，或喷蒸与加热相结合，使温度、湿度同时升高到要求的介质状态，并保持一段时间，让木材热透，能有效地减少干燥缺陷，缩短干燥时间。中间处理则是在干燥过程中通过高温高湿处理，促使其表层吸湿，调整表层和内层水分分布，削弱含水率梯度，使已经存在的应力趋于缓和，防止后期发生内裂或断面凹陷[3]。在对木材加热时间的研究过程中，如何合理的确定影响因素与数据处理是至关重要的。
- 温度
对于预热处理阶段略高于干燥基准开始时的温度，使心层快速升温。硬阔叶树可高至5℃，软阔叶树材及厚度60mm以上的针叶树材可以高至8℃，厚度60mm以下的针叶树材可以高至15℃。中间处理阶段干球温度比当时干燥阶段高8~10℃，湿球温度不要超过100℃。[4] 因此设置温度梯度时，最好使其范围包括预热以及中间处理时所需要的温度。
- 含水率
1997年，常建民、张斌运用实验法对兴安落叶松干燥过程热质传递的特性进行研究，发现在干燥开始阶段，试材快速升温到干球温度，木材表层与心层的梯度落差明显;到干燥的中后期阶段，含水率下降明显减慢，由于木材内部不同部分的初始含水率和水分损失速率不同，表层和心层含水率会逐渐趋于一致，含水率梯度就会显著减小[5] 。含水率测量木材含水率的方法很多 ,应用最多的是传统的称量法和电阻法[6] 。对于不同含水率的设置，汪佑洪，王传贵等人[7]在对木材冲击韧性含水率修正模型研究中，采用利用风扇强制气干至平衡含水率阶段,将试样放进调温调湿箱中,干、湿球温度分别调到 64 ～ 55℃、64 ～ 56℃、64 ～ 57. 5℃、64 ～ 58. 5℃、56 ～ 51℃、56 ～ 52℃、 54 ～ 50. 5℃,将含水率分别调至 9%、10%、11%、12%、13%、14%和 15%的方法。刘昊、高建民等人[8]在进行含水率和密度对木材应力波传播速度的影响的研究时，对含水率的控制采用的是，根据试件的绝干质量和测量时记录的试件质量来计算测量时试件的实际含水率。虽然称重法也有误差的存在，试件过长时间在烘箱中的热分解对称重法含水率测量精度的影响比带热称重的影响大,但因最大误差不超过1%,所以除极精密研究外是可以忽略的[9] 。
- 实验方法
周长凤、刘滨凡等人[10]对马尾松、水曲柳、铁樟木在不同预热温度、含水率条件下的预热时间进行研究时采用的实验方案为用环氧树脂和铝箔对试件侧面、端面进行封闭处理,再用泡沫聚苯乙烯进行绝缘处理,以保证热量只从试件的上下表面传递。在试件侧面用直径为1mm的钻头钻三个孔, 将热电偶插入孔内，记录达到预设温度所需要的时间。
- 数据处理
William T. Simpson[11][12]研究了影响木材加热灭菌时间的不同因素，如温度、密度、含水率等，将这些因素组成的组合得到的加热时间整理成为多个的回归模型，进而拟合得到一个回归方程，为预测木材加热时间提供了一种方法。李贤君、张壁光等人[13]在对预热时间的理论计算则采用的是非稳态的傅里叶导热定律。为简化起见，并做了如下假设: 木材整体的最初温度为一均匀值；介质温度在整个木材表面上恒定不变；热流只沿试件厚度方向传导，无纵向和侧向热传导；在预热过程中，木材含水率保持不变，无质迁移引起的热扩散。葛达章、顾炼百[14]在木材加热、杀菌的工艺研究中，按照如下公式对木材芯层温度进行了计算：
