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一、木材中水分的來源與狀態(tài)
一棵活樹生長時,其根部不間斷地從土壤中吸取水分,由樹干的木質(zhì)部將水分送到樹木的各個器官, 同時又將葉子光合作用所制造的養(yǎng)料由樹干的韌皮部輸送到樹木的各個部分。水分既是樹木生長*的物質(zhì),又是樹木輸送各種物質(zhì)的載體,活樹被伐倒并鋸成各種規(guī) 格的板方材后,水分的大部分仍然保留在木材內(nèi)部,這就是木材中水分的主要來源,同時木材在貯存、運輸或使用環(huán)境中也會吸收一些水分進入其內(nèi)部。
對不同的樹種來說,樹干中木質(zhì)部水分含量存在差異。即使是同一株樹在不同生長季節(jié),其木質(zhì)部的含水量也有差異。木質(zhì)部的各個部位,例如心材、邊材、根部、樹干與樹梢等含水量也都不同,所以說木材中水分分布是很不均勻的。木材周圍的大氣條件發(fā)生變化時,其水分含量也會隨之發(fā)生變化,水分因其在木材中的位置不同可分為自由水、吸著水、化合水三種： ?。?〉自由水存在于由木材細胞壁上的紋孔或?qū)Ч苣┒说拇┛缀图毎灰约鞍g隙相互溝通構(gòu)成的大毛細管系統(tǒng)中,自由水與木材呈物理結(jié)合,結(jié)合并不緊密,這部分水容易從木材中逸出,也容易吸入。濕木材置于干燥空氣中,首先蒸發(fā)的就是自由水。對于新伐倒的生材來說, 不同樹種的木材,自由水含量變化很大,一般為60~70%至200~250% 之間。
（2〉吸著水存在于木材細胞壁內(nèi)的微纖絲、大纖絲之間構(gòu)成的微毛細管系統(tǒng)內(nèi)或吸附在微晶表面和無定型區(qū)域內(nèi)纖維素分子的游離控基上。木材中吸著水含量在樹種間差別較小,木材吸著水的zui大含量一般在23~31%之間,平均約為3%。 吸著水與木材物質(zhì)結(jié)合較為緊密, 這部分水不易從木材中逸出,只有當木材中自由水蒸發(fā)殆盡,且木材中的水蒸汽分壓大于周圍壁氣中水蒸汽分壓時,方可由木材中蒸發(fā)。
（3〉化合水與細胞壁組成物質(zhì)呈牢固的化學結(jié)合狀態(tài),木材中這部分水的含量很少,可以忽略不計,而且在一般的干燥條件下無法將其除去。
二、木材的水分與室內(nèi)環(huán)境
人們居住的室內(nèi)環(huán)境，不希望濕度有過大的起伏變化，應穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)，這對于人身健康及物體的保存都是非常有利的。有研究資料表明：防止?jié)衩咕?相對濕度范圍為0-80%；防止蟲害為0-70%或80-；保存書籍為40-60%；防止細菌感染為55-60%；死亡率zui低為60-70%，人類居住環(huán)境的相對濕度應在60左右較為適宜。
引起室內(nèi)濕度變化的因素很多，例如：外界溫度變化或室內(nèi)溫度變化都會引起濕度變化；從氣窗或換氣口流入或流出的水蒸汽、從壁面透過的水蒸汽、從廚房進來的水蒸汽等也會引起濕度的變化。
木材的調(diào)濕特性是木材具備的*性能之一,也是其作為室內(nèi)裝飾材料、家具材料的優(yōu)點所在,用木材或木質(zhì)材料裝修的住宅,其濕度變化遠比混凝土住宅或壁紙裝修住宅的變化要小。所謂木材的調(diào)濕特性就是靠木材自身的吸濕和解吸作用,直接緩和室內(nèi)環(huán)境的濕度變化。 當室內(nèi)環(huán)境的相對濕度降低時,打破了室內(nèi)環(huán)境與木材之間的水蒸汽分壓平衡,木材內(nèi)部的水蒸汽分壓高于室內(nèi)環(huán)境的水蒸汽分壓,木材內(nèi)部的水分就會逸出,使室內(nèi)環(huán)境的相對濕度提高,此為解吸過程。反之,當室內(nèi)環(huán)境的相對濕度提高時木材就會從室內(nèi)空氣中吸著水分,此為吸濕過程。木材在解吸或吸濕過程開始時進行得十分強烈,此后就逐漸緩慢下來,直至達到新的動態(tài)平衡。在這里木材起著水分的儲存作用,就象室內(nèi)空氣濕度的天然調(diào)節(jié)器,長期以來人們就習慣生活在木制家具與木質(zhì)室內(nèi)裝飾材料的環(huán)境中。
三、木材的水分與其產(chǎn)品的形狀和尺寸
木材含水量的多少在一定范圍內(nèi)影響木材的強度、剛性、硬度、耐腐朽以及機械加工性能、燃燒值、導熱性、導電性等。
潮濕木材置干燥環(huán)境中,由于木材內(nèi)水蒸汽分壓大于大氣水蒸汽分壓,水分就會從木材內(nèi)部向大氣散發(fā),首先蒸發(fā)的是自由水。當木材內(nèi)的自由水蒸發(fā)殆盡而吸著水仍處于飽和狀態(tài)時則稱木材的含水率狀態(tài)是纖維飽和點,纖維飽和點是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點。木材含水率 在纖維飽和點以上變化時,因為水分的變化只有自由水數(shù)量的增減,而自由水數(shù)量的增減對木材性質(zhì)的影響甚微,僅影響木材的重量、燃燒值、導熱性和導電性。反之木材含水率在纖維飽和點以下變化時,因木材內(nèi)部不存在自由水,而吸著水數(shù)量的變化對木材性質(zhì)的影響甚大, 如木材的力學性質(zhì)、干縮、濕脹、導熱性和導電性等都隨吸著水的增減而發(fā)生改變,可以說木材中吸著水的數(shù)量是影響木材性質(zhì)的主要因素。
另外,當具有空氣、養(yǎng)料、溫度、濕度等適宜環(huán)境時,木腐菌的孢子便侵染木材對木材產(chǎn)生危害。大多數(shù)木腐菌生長的適宜溫度為25~30℃,水分以35~50%為zui宜,如木材含水率減低至2%時,木腐菌的活動即被抑制,因此干燥也是防止木材變色腐朽的有效措施。
在我們的日常生活中,體會zui深的是木材的干縮和濕脹特性,這是木材的一個顯著特點。新伐倒的樹木在鋸成板方材之后,置于較為干燥的環(huán)境中就會開始散發(fā)水分,首先是木材中自由水開始逸出,這時木材的尺寸不隨著改變。當木材中自由水蒸發(fā)殆盡時,木材細胞壁內(nèi)的吸著水從木材中排出,木材的尺寸隨著減小。這是由于胞壁內(nèi)的微纖絲和大纖絲之間的空隙因吸著水的排出而縮減,使得細胞壁變薄,引起木材的干縮。反之,在木材由全干狀態(tài)逐步濕潤到纖維飽和點的過程中,可以觀察到木材濕脹的現(xiàn)象。
木材的干縮和濕脹性使得木制品的尺寸不穩(wěn)定。由于木材在結(jié)構(gòu)上存在各向異性,木材干縮因方向、樹種、密度、晚材率、生長輪寬度、應力木、細胞壁的化學成分等的不同,而變異甚大。因此,木材的干縮與濕脹也呈現(xiàn)各向異性,主要表現(xiàn)在沿樹干方向的縱向干縮率很 小,約為0.10~0.20地沿著樹干半徑方向的徑向干縮率約為3~6%；木材沿著年輪方向的弦向干縮率約為徑向干縮率的二倍,約為 6~12%,因為各部分的不均勻干縮而使其形狀改變。
生材干燥時,因為徑向和弦向干縮差異的共同影響, 使由原木解鋸的板方材的端面發(fā)生多種變形,如：翹彎、順彎、扭曲、橫彎等。木材因干燥的不均勻與各向干縮的差異,造成開裂、端裂、表面裂、心裂、蜂窩裂、輪裂等缺陷的產(chǎn)生。
木材平衡含水率在木材加工利用上,具有十分重要的意義。其作用在于,它使人們認識到,木材在制成木制品前,必須干燥到與所在地區(qū)空氣溫度和濕度相適應的木材平衡含水率。這樣才可避免因受使用地區(qū)溫、濕度的影響而發(fā)生木材含水率的變化,也就不會引起木材尺寸 或形狀的變化,進而保證木制品的質(zhì)量。我們國家地域遼闊,各地區(qū)的木材平衡含水率依據(jù)各地的氣候不同,而存在較大差異,即使是同一地區(qū)在不同的季節(jié)木材的平衡含水率也存在差異。例如北京的木材平衡含水率年平均值約為11.1%,8月份zui高達15.6%,4月份zui低約為8.5%。
廣州的木材平衡含水率年平均值約為15.1%,4~5月份zui高達17.6%, 11月份zui低約為12.4%。如果湖南某廠為北京和廣州各制造一批木制品,倘若不分別按北京和廣州的氣候條件把木材各自干燥到適當程度, 這批木制品在北京使用時就會因干縮而開裂，在廣州使用時則會因膨脹而不易開閉。為了保證木制品的形狀及尺寸穩(wěn)定,除了在選擇木料時,使用那些 干縮與濕脹率較小的木材外,更重要的是把木材干燥到與使用環(huán)境相適應的平衡含水率,這樣木材就不會由于急劇解吸或吸濕而產(chǎn)生開裂和變形情況,影響木制品的形狀和尺寸穩(wěn)定性,這就是在加工或選購木制品時必須考量木材內(nèi)水分含量的緣故。
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