木材加工知識：木材幹燥與應力

在木材幹燥過程中，如果木材內存在比較大的含水率梯度，乾燥速度過快時，就會使木材產生應力和變形。

含水率分佈不均勻會引起木材產生暫時的應力和變形，等含水率均勻后，其應力和變形隨之消失，這個應力叫做含水率應力，變形叫做含水率變形或彈性變形。

這說明木材具有彈性，除此而外木材還具有塑性。在含水率應力與變形持續的期間，由於熱濕的作用，木材的外層或內層發生塑性變形，使得在含水率分佈均勻后，塑性變形的部分不能恢復到原來尺寸，也不能減少到應當干縮的尺寸，並且保持著一部分應力，這種變形叫做殘餘變形，這種應力叫做殘餘應力。

應力木生長缺陷

含水率應力與殘餘應力之和等於全應力

在木材幹燥過程中，全應力影響木材的質量。乾燥過程結束后，繼續影響木材質量的是殘餘應力。為此，殘餘應力越小越好。

應力在木材幹燥過程中的變化可分為四個階段，即乾燥剛開始階段、乾燥初期階段、乾燥中間階段及乾燥終了階段。

（1）乾燥剛開始階段。此時木材內外各部分都還沒有發生干縮，木材內不存在含水率應力和殘餘應力。

（2）乾燥初期階段。此時木材的心層還保持著比較高的含水率，而木材表層的自由水在迅速蒸發，隨著水分蒸發的深入，吸著水也在逐步排出，與此同時，木材表層開始干縮，心層還沒有干縮。心層受到表層的壓縮，表層受到拉伸。

所以，木材幹燥初期階段的內應力是表層受到拉應力、心層受到壓應力，這種應力是由木材的含水率梯度造成的。雖然木材內部的水分移動要藉助於含水率梯度，允許這種應力在一定時間內存在，但它不宜過大和時間不宜過長，否則將引起木材的表面乾裂。在這個階段要充分利用木材的含水率梯度，但不能使木材應力過大。

（3）乾燥中期階段。此時木材內部的含水率已下降到纖維飽和點以下。假如在乾燥初期階段對被干木材沒有進行熱濕處理，則木材表層已失去正常的干縮條件而固定於伸張狀態。

加工過程中的缺陷

此時儘管木材心層的含水率高於表層的含水率，但是心層木材幹縮的程度類似於表層木材在塑化固定前所產生的不完全乾縮。木材的內部尺寸與外部尺寸暫時平衡，因此木材的內應力也暫時處於平衡狀態。

在這個階段，木材內部的水分向表面移動的距離加長，木材幹燥更困難、更緩慢。如果木材的表層乾燥過快，心層的水分來不及移動到表層，就會造成木材外部很乾、內部很濕的所謂「濕心」。

木材的表層由於含水率極低又處於固定的拉伸變形狀態，成為一層硬殼。它不僅使木材內部的水分難以通過木材的表面向外排出，而且還影響木材內部的干縮，這種現象稱為「表面硬化」。如果不及時解除表面硬化，木材幹燥將難以繼續進行併產生嚴重的乾燥缺陷。因此在這個乾燥階段，對被干木材必須進行熱濕處理，用高溫、高濕的方法把已塑化固定的木材表層重新吸濕軟化，以此來解除木材的表面硬化。

（4）乾燥終了階段。

這個階段木材的含水率沿著木材斷面各層已分佈得比較均勻，從內到外的含水率梯度比較小。

如果在上個階段沒有進行熱濕處理，由於表層木材塑化變形的固定並已經停止干縮，它限制了心層木材隨著吸著水的排出而應當形成的正常干縮，就產生了心層受拉伸、表層受壓縮的應力，這個內應力的情況與乾燥初期階段相反。這個階段的含水率梯度雖然不大，但是隨著乾燥的繼續進行，內應力隨之增加。

如果不及時消除，當內應力超過心層木材的強度極限時就會出現內裂，即心層木材的拉應力超過心層木材的抗拉強度極限使之遭到破壞。

產生內裂的木材將失去使用價值，造成嚴重的浪費，因此這個階段的應力是很危險的，要及時消除。

一般採用的方法仍是對被干木材進行熱濕處理，使表層的木材在高溫、高濕條件的作用下，重新濕潤和軟化並得到補充的干縮，從而使表層木材能與心層木材一起干縮，減少內層受拉和外層受壓的應力。在整個木材幹燥過程結束之後，木材內部還可能有殘餘應力。為消除這些殘餘應力，使木材在以後的加工和使用過程中不會發生開裂和變形等缺陷，還必須對被干木材進行熱濕處理，才能保證最終的木材幹燥質量。

總而言之，木材在乾燥過程中的各個階段始終存在著應力，這是不可避免的，它是造成木材幹燥缺陷的主要原因。因此，為了保證乾燥質量。在木材幹燥過程中，要隨時掌握木材的應力變化情況，並採取有效措施使它降低到安全程度。