红木常用干燥方法及特点

摘要:随着经济的发展,红木家具越来越深受国人的喜爱,但红木家具在使用过程存在较多的质量问题。红木家具质量问题主要有开裂、变形和油漆附着力不牢固,这些质量问题主要是红木干燥质量未达标造成的,本文将介绍红木常用的干燥方法及存在的优缺点,供红木制品加工企业参考使用。
 
1  概述
红木是国内一类珍贵木材约定俗成的总称。经研究确定33 个树种,归为紫檀木、花梨木、香枝木、黑酸枝木、红酸枝木、乌木、条纹乌木和鸡翅木8 类,隶属于紫檀属、黄檀属、柿属、崖豆属及铁刀木属5属。其中主要是紫檀属和黄檀属,并且绝大多数是从东南亚、热带非洲和拉丁美洲进口。红木质地细腻、坚硬、沉稳、色深气显,特别适合于制作具有收藏价值和经济价值的工艺雕刻品、装饰品及传统古典的高档家具,自明清以来,传统工艺制作的高档家具在中国及世界家具史上占有重要地位,并被世人誉为世界家具中的东方瑰宝。
红木家具源于明式家具,至今已有600年左右的历史。自明末以来,特别是清代雍正、乾隆以后,我国的优质硬木家具主要采用红木制造。红木主要采用中国家具制造的雕刻、榫卯、镶嵌、曲线等传统工艺。随着我国经济的深入发展和人民生活水平的提高,红木家具越来越深受国人的喜爱,红木家具的传统加工方法是手工作坊, 生产周期长, 效率低。如使红木达到气干、尺寸稳定状态就需存放数年,这种生产方式根本满足不了现代化生产企业对经济利益的追求和市场对产品的需求。这就要求生产企业制作家具前要对红木进行干燥处理,很多生产企业在生产红木家具时也进行了干燥处理,但由于干燥方法不当和技术水平有限,红木干燥处理不到位,木材的水分含量还是过高。只有运用合理的干燥工艺和技术,才能保证红木家具的生产质量。
2  常用红木干燥方法及特点
2.1 常规干燥法
常规干燥法是木材加工企业中使用最多、结构形式很多的一种干燥木材的方法。按供热方式可分为常规蒸汽干燥和常规炉气干燥,常规干燥窑窑体有砖混结构、金属结构,容积变化范围很大,装材量小的为几个立方米,大的则为几百立方米,能满足各种生产需求;因风机布置方式不同,气流循环特征也不同;按控制系统自动化程度分有手动、半自动和全自动不等;干燥工艺更是多种多样。
红木制品生产企业,在选择这种干燥方法时应注意以下两点:(1)结合树种、产品、产量选择窑型和设备。多数红木制品生产企业年木材加工量均不大、原材料价格高、树种杂、板材规格变化多,故选容积在20~30m³左右的窑体、风机顶置式的为好,这样既可满足生产需要,且小窑气流循环较均匀合理,材堆内温、湿度差异小。(2)结合树种、木材规格合理选择干燥工艺。通常选含水率基准作窑干基准,使工艺更具灵活性、针对性,干燥时温度一般以低温为主,另外在进窑干燥前,可对红木进行一些预处理,如汽蒸、水煮处理,清除木材细胞内的部分内含物,使水流通道更畅,以保证干燥质量,加快干燥速度,还可使红木色泽更深些。也可先进行预干处理,将初含水率降低到纤维饱和点以下,避免在高含水率阶段出现的各种干燥缺陷。
使用常规干燥法干燥红木具有以下特点。
优点:所有红木种类都可干燥,且可干燥到要求的任何最终含水率,不受自然条件的限制;具有较成熟的干燥理论和工艺技术,能够保证干燥质量;所干燥红木的油性较大,韧性较好;与气干相比,干燥周期短, 生产效率高, 占地面积小;设备不太复杂, 使用寿命长, 安全可靠,经济效果好。
缺点:干燥周期较长,5cm厚红木干燥周期基本都在60天左右;干燥设备容积较大,而红木一次干燥量都比较少,不易操作;干燥后木材还需要养生一段时间才能达到最好的使用性能。
2.2 真空干燥法
真空干燥法在国内外应用也相当多。真空干燥分间歇真空、连续真空和高频真空3种方式。通常第一种干燥法应用较多,其介质与木材热交换的原理与常规窑干法相同。真空窑窑体是圆柱体金属结构,抗压、密封性好。木材真空干燥是把木材堆放在真空窑内,在低于大气压力的条件下,进行干燥。在真空条件下,水的沸点降低,蒸发速度加快,从而可在较低的温度下加快木材的干燥速度。木材在干燥过程中,一方面表面水分向周围空气中蒸发,另一方面内部的水分不断地向表面移动。在通常情况下,木材表面水分的蒸发速度比木材内部水分移动的速度快得多。所以要加快干燥速度,必须设法加快木材内部水分的移动速度。在影响木材内部水分移动速度的诸因子中,周围空气的压力是决定性的因素。若空气的温度和湿度保持不变,木材的水分移动的速度随空气压力的减小而急剧增大。此外,真空条件下,水的沸点降低,引起木材表面水分蒸发速度加快,木材表面和内部的含水率梯度增大。又因为木材表面水分剧烈蒸发的同时,要吸收大量的汽化热,引起木材表面的冷却,使得木材表面与内部的温度梯度加大。这些因素都加速了木材内部水分向表面的移动。真空条件下,干燥装置内空气稀少,不能采用通常的加热方法。为解决真空干燥时对木材的加热问题,采用间歇地中断真空,在常压下对流加热、间歇抽真空干燥。真空干燥可消除常压干燥情况下容易产生的表面硬化现象。常压热风干燥,在木材表面形成流体边界层,受热汽化的水蒸汽通过流体边界层向空气中扩散,木材内部水分要向表面移动,如果其移动速度赶不上边界层表面的蒸发速度,边界层水膜就会破裂,木材表面就会出现局部干裂现象,然后扩大到整个外表面,形成表面硬化。真空干燥时,木材内部和表面之间压力差较大,在压力梯度作用下,水分很快移向表面,不会出现表面硬化,同时能提高干燥速率,缩短干燥时间,降低设备运转费用。此外,在低压条件下,干燥介质中的氧气稀少,因热作用与氧化作用引起的物料变色少,基本上可以保持物料的天然色泽。
当前红木家具生产中,采用真空干燥技术干燥家具坯料的企业还很少。调查中发现,随着红木家具市场竞争的加剧,一些企业很想采用一些新的木材干燥技术,缩短干燥周期,提升产品质量,增加企业竞争力。但由于不清楚真空干燥对大多数进口红木板材的实际干燥效果,在一定程度上影响企业对该技术和相关设备的实际应用。
使用真空法干燥红木具有以下特点。
优点:干燥周期短;不会形成干燥木材表面硬化;木材不变色。
缺点:干燥工艺不成熟,不能完全保证干燥质量;干燥能耗较大;木材油性、韧性降低。
2.3 蜡煮法
蜡煮木材干燥技术,利用的是化学干燥,指利用有机或者无机化合物溶液或蒸汽化做干燥介质,加热和干燥木材。就是在制作家具的过程中,把蜡放在特定的容器中,将蜡煮溶,并保持一定的温度,将开料之后的木材或毛坯家具浸入处于熔融状态的蜡中,使其完全浸泡在蜡液里熬煮。木材在蜡液这种憎水性溶液中熬煮,由于石蜡液体的沸点比水的沸点高,木材可在高于100℃的溶液中加热,并在沸腾的状况下快速干燥。这种干燥方法可降低木材的吸温性,增强木材防腐性。中国的用蜡历史有长达三千年余年之久,早在西晋时期,就出现了蜡工艺品、蜡封、蜡抛等应用。据了解,用蜡处理家具在我国的家具制作中,已经有很长的一段时间,煮蜡工艺大概起源于中国的明式家具。
使用蜡煮法干燥红木具有以下特点。
优点:干燥时间短;干燥后的木材性能稳定能很好的适应大的温度和湿度变化;蜡煮后的木材用镂雕、浮雕等雕刻的产品唯美逼真很多;比较环保,无废气产生。
缺点:干燥成本较高,需要较多的蜡和电能消耗;木材颜色变深;木质变脆,失去弹性;下锯容易跑偏,打磨容易糊砂纸;不适用所有红木,黄花梨、小叶檀就不适用。
2.4 微波干燥法
这种干燥方法的心脏设备是产生微波的电子管—微波管,干燥原理是在电磁场内极化水分,并使水分子旋转、磨擦,产生热量加热木材。由于热量不是从木材外部传入,是在被干木材内部直接发生的,沿木料整个厚度同时热透,而且热透所需时间与木料厚度无关。用微波加热木材升温速度快,在干燥过程中温度梯度和含水率梯度方向一致,大大地加快了水分移动的速度。微波加热器有谐振腔式和曲折波导管式两种,加热器腔体上开孔以使木材进出,为防止微波泄漏,开孔大小有限制,通常被干木材厚度小于70mm。微波加热工艺比较灵活,主要以微波输入功率和间歇时间控制加热木材的温度和时间,为减少木材横断面上的含水率梯度,防止木材表面和内部收缩不均匀而产生的各种缺陷,应适当延长间歇时间,使木材内部的水分有足够时间移动到木材表面。微波干燥能实现自动化流水作业,保持木材的天然色泽,干燥质量好,但干燥成本高。微波干燥也可和其他干燥方法结合起来,如与气干或常规窑干法相结合等,这种联合干燥法既降低了干燥成本,还可使干燥工艺更合理。
使用微波干燥法干燥红木具有以下特点。
优点:干燥速度快,干燥周期短;干燥质量好,干燥均匀,木材内应力小,节约木材;能量利用效率高;可直接用来干燥木质半成品;干燥工艺流程简单,易于实现设备操作自动化;可解决常规窑干难干的木材的干燥。
缺点:功率过大或工艺控制不当,易产生内裂和炭化;干燥所用能源为高价位的电能,干燥成本较高;干燥设备复杂,投资较大;微波场均匀性有待改善,磁控管的效率较低,在一定程度上影响了微波干燥质量的提高和能耗的降低;适用范围窄,主要适宜于干燥厚方材、珍贵木材和初含水率在纤维饱和点附近的木材。
3  结语
通过对比,我们也不难发现,其实每种干燥技术都有其自身的优缺点。企业应该对红木干燥生产有更科学而全面的认识,根据需要进行干燥的红木材种、规格、数量等因素,合理选择干燥方法和设备,制定出最适合自身的干燥方案。
 
4  参考文献
 
[1]  翟东群,姜笑梅.红木资源现状及变化趋势[J].木材工业,2014,28(2):26-30
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[4]  GB/T 18107-2000.《红木》[S]. 北京:中国标准出版社,2000.
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