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选个好专业 · 要不是我们,你可能都买不起桌子椅子

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各个专业领域的你,将如何向自己的孩子介绍自己专业的知识呢?

丁宁,

你看这不是木头吗?

树砍下来不能直接用,因为它湿啊,不管做成什么形状都会变形,而且很难加工。

所以就要把里面的水分给排出来。

我就是干这个的,干燥木头。

 

木头还活着的时候,就是随处可见的树木,它作为植物,也具有生物最基本的属性。

水是维持生物生命活动的必须元素,所以新伐倒的木材中含有大量水分。

这个“大量”具体有多大呢?这里妈妈要告诉你一个“木材含水率”的概念。

木材内的水分分为三种:自由水、结合水和化学水,其中自由水存在于细胞间和细胞腔中,结合水结合在细胞壁上,化学水构成了细胞成分。

干燥过程中木材失去的是自由水和结合水,当它们都没有了的时候,就称此时木材状态为绝干,此刻的木材质量就是木材绝干质量。

用木材的质量减去绝干质量,就是这个时候木材里面水的质量了对不对?用水的质量除以绝干质量,就是含水率。

新鲜的木头,含水率达到 60%基本没什么问题,如果材质特别软的话达到 150%也不是什么难事。如果水运的话那就不知道高到哪里去了。

所以,这么湿的木头,想要进行加工,就要进行干燥。

 

为什么要干燥呢?直接拿来用不行吗?

殊不知啊,这么湿的木材和咱们平时使用的木材在材性上简直千差万别,根本不可能用来加工。

为啥呢?

木材并不像我们平时看起来那么光滑平整。其实它是一种疏松的多孔性材料,不仅宏观上能看到的细胞间和细胞腔是孔隙,微观上细胞壁上的纤维盘曲交错也形成了空隙。

这些孔隙能存水也能跑水,环境湿度比木材湿度高呢,它就吸水,含水率升高;环境湿度要是低了呢,它就跑水,含水率下降,就跟晾衣服一样。这就是木材的吸放湿特性。

如果它含水率变化只是个数值变化,不影响木材性质的话也就没关系了,但问题是木材还有一个特性,叫做干缩湿胀。顾名思义,就是湿了它就体积增大,干了它就体积减小。

再搭配上木材的各向异性和干缩异向性,简直厉害得飞起!很难做到规则变形。所以如果你不把它干燥到和环境湿度接近,那么使用过程中就会发现这木器扭曲挣扎着越变越小,最后死相惨烈。

 

那你可能就要问了,给它烤干不就完事儿了吗?

诶!这问题正问到点子上!这才是技术的关键!

木材干燥速度主要受两方面因素影响,一个是内因,也就是木材树种本身的性质;一个是外因,也就是木材干燥过程中的环境因素。环境因素有很多,在目前的常规干燥生产中主要有三点,也就是木材干燥三要素:温度、湿度和空气流速。

木材本身密度越大、质地越硬,就越不容易失水;环境温度高、湿度低、空气流速快,就越容易驱动水分流动。

说到这有必要补充一点木材内部水分流动路径(感觉自己坑越挖越大有点填不平了)。

木材内部的自由水都是从细胞和纤维间孔隙中向外移动,具体原理妈妈不给你展开了,因为涉及到压强和扩散原理,等你有了一些基本的物理学认识不需要我讲你也能过大致理解。

等到自由水全部流失之后,细胞腔内完全不含水,而细胞壁内还充满水。这个临界状态我们称为纤维饱和点,fiber saturation point(f.s.p.)。

这个概念非常重要,不管是在木材加工还是木材学研究上都具有重要意义。因为从这时开始,随着含水率的降低,木材的物理、化学性质都会随之产生变化。

 

不过我们木材干燥不需要考虑那么多,我想告诉你的是什么呢:

在纤维饱和点以下,含水率越低,木材体积越小。

很好理解,因为支撑木材形态的就是木材细胞细胞壁,细胞壁内结合水含量减少必然导致细胞壁体积减小,细胞壁体积减小必然会导致木材体积减小。

妈你还是没告诉我为啥不能直接烤干啊!你光讲了干燥速度影响因素和纤维饱和点!说这些没有用的干啥啊!

好!那我就要来绝活了!

为什么不能烤!

因为如果直接火烤木材就会开裂。

火焰周围温度高、湿度小、空气受热自下而上流动速度快,按照刚才说到的干燥速度影响因素,正是最有利于木材走水的环境条件。

以至于木材内部水分的流动速度跟不上木材表面失水速度。

木材毕竟是有厚度的,外层受环境因素作用失水速度极快,含水率迅速达到纤维饱和点以下,不仅如此还在继续失水,使得木材外层体积减小。然而木材内部水分还没来得及向外走,体积还没发生变化,所以在外层体积减小的过程中内部一直抑制着外层收缩。

木头也是挺难过的:我身子骨摆在这,怎么衣服越来愈小了呢?像被念了紧箍咒的孙悟空,箍得我有点喘不过气啊!

外层也没办法,结合水没有了,空气也支撑不住我这细胞壁啊!内层抓我还抓得这么紧,我怎么办?缩小的空间没东西填充我只能开裂了。

 

画一张图做个辅助说明,妈画画不太好你着重领会精神:

(木材细胞数量是没有变化的……主要看细胞体积……)

画出来好像没有多严重,但实际上的开裂可不是就一个小口这么简单。我在生产中看到的比较严重的木材开裂,宽度可以达到将近一厘米,长度可以达到将近半米,深度可以达到一两厘米,甚至还有 10cm 宽、半米长、50mm 厚的水曲柳直接裂成两半的(进窑之前在运输和储存阶段保管不善已经形成了比较严重的开裂,所以干燥过程中开裂加深裂成了两半)。

还有的板材在裁板的过程中把树的髓心部分也截了一部分进来,这种板材由于本身性质的关系非常容易开裂,干燥的时候可能哪一步走急了,又赶上垫条(隔条)没有齐端头,端头部分就会炸裂开!肯定是要影响使用价值的。

所以,木材干燥重中之重,就是保证干燥过程中木材内部水分流动速度能够赶上表层失水速度,避免开裂的产生。

 

光赶得上还不够。

如果干燥速度慢,确实能减少开裂的产生,但会产生其他问题,比如长毛、发霉、颜色变深。

颜色变深这一点如果客户没有要求倒是没什么需要特殊注意的,毕竟木材干燥完还有不少加工工序,表面一刨还是材色干净,只不过是技术员看了之后会觉得“嗷,这一窑基准有点软了/处理有点多了/时间有点长了。”

但是长毛和发霉就会严重一些。因为如果放任其发展,最后会影响到木材的加工和使用性能。

而且长毛发霉的木材也不容易干燥,如果还按照正常的干燥工艺走下来,最终含水率会比正常板材偏高。

有时候运来的木材一拆包装就已经霉变得不成样子了,比如樟子松在运输的过程中就非常容易发生蓝变。这时候如果不调整干燥基准适当提高温度,霉菌得不到抑制,最终出窑的板材就会含水率偏高 ,而且蓝毛上面长白毛,摸一把都是湿乎乎的,别提多酸爽了。

而且部分蓝变的板材不仅表面是蓝绿色的,内部也会变色。如果是表板(用来做表面),那就失去了使用价值。

 

分享一块蓝变的柞木表板。由于是我从手机导入电脑又用手机拍下来的……所以不太清晰,实际情况比这要震撼得多。即便如此也能看到颜色变化和长出来的白毛。像这样的板子基本也就告别自行车了。

但是也有客户喜欢稍微长了点白毛的板子,因为他们认为这证明了干燥过程中温度一直很低,湿度比较高,所以板材“没遭什么罪”,最终应力指标会好一些。

我所说的这些都是常规对流干燥的内容,现在工厂中常用的还有高频真空干燥,就是把木材放在一个高频高电压环境中,让木材里面的水变成水蒸气,均匀地干燥,而且容器内抽成真空,不仅降低了水的沸点,还能加快干燥进度。

 

可能我说了这么多你还想问,木材干燥有你说的这么复杂吗?木头我们用了几千年了,都没听说过还有这么多事在里面,古时候的老木匠难道也需要干燥吗?

木材干燥作为一门学科出现在中华大地上的时间确实不算太久,1954 年才由东北林业大学的朱政贤老先生设立。但是作为一门技艺,是古往今来的木匠师傅们都不敢忽视的安身之本,只不过由于专业性太强,不是木匠的人可能并不了解。而且由于中国人的审美和使用习惯,中国的木材干燥技术有自己的特色,跟国外的干燥技术还存在一些差异。

如果我们现在还处在土法干燥的时代,那木制家具和木制品无疑还是一种奢侈品,根本无法惠及普罗大众。

关于木材干燥学科的发展,可以参考我之前关于木材干燥前辈朱政贤老先生的一篇回答:为什么中国解放后再未出现过像胡适、蔡元培、辜鸿铭、陈寅恪、钱玄同、傅斯年、吴宓、罗家伦那样的大家? 

 

接着讲木材干燥流程。

刚伐倒的树一般需要经过去皮、截断、切成小块等一系列制材过程。

干燥就在制材之后、进一步加工之前。我就给你讲板材吧,毕竟妈在干燥厂就板材干得多,方材原木什么的我也没干过几次。

板材进厂之后首先要找个地方卸车,之后把板材码成小材堆摞起来。

理论上讲应该找一个阴凉、有遮挡物不漏雨、空气流通、比较宽敞的地方自然风干到纤维饱和点附近,但是工厂由于各种因素的限制(最常见的是木材太多场地不够,还有客户急着要没时间自然气干)基本做不到自然风干。

有时候可能卸了车就直接装窑开始干燥,也有的时候在外面放了很久也没有空窑。

如果长时间在外面放着,场地又达不到要求,那么最上层的板材饱受风吹日晒雨淋,轻则颜色加深(运气不好就变得黢黑),重则开裂。

木头进窑之后的干燥过程主要依赖干燥基准。

干燥基准就是标明窑内温度、湿度和时间的计划表。基准需要根据木材树种、板材规格、干燥要求、干燥窑特性的不同进行编制,其中起决定性作用的是木材的树种,其次是规格,确定之后再根据干燥要求和不同的干燥窑的特性进行调整。

比如说一样厚的板材,樟子松就比柞木容易干燥。你站到窑顶上看排气孔,呼呼往外冒白汽的就是樟子松,走水快又不容易裂。一窑柞木没出锅樟子松都走了好几窑了。

干燥完之后需要让木材在窑内缓一缓,温度降到和气温差不多了就可以出窑了。有次着急出窑,温度没降下来就把窑门打开了。正是秋天,冷风一激就听见材堆里噼啪响,端头眼瞅着就裂了。

之后板材就可以拿去进一步加工了。

 

看评论觉得有人关注还挺开心的,毕竟木材干燥基本上不出现在大家的生活里。直到现在有人问起我的工作经历,我说我曾经是一名木材干燥技术员,对方还会觉得很新奇。

这和木材行业现状、木材干燥自身性质都有很大关系。虽然我算是专业木工学科出身,但现在我走出这个行业回望,我自己觉得,这个行业并不需要太多像我这样的人。加上之前的工作单位“遇人不淑”,让我顶着压力带着一腔热血而来却铩羽而归,所以最终选择了告别。


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