木材干燥過程中的應力與變形——不同干燥階段的木材內應力
不同干燥階段的木材內應力
木材干燥過程中的內應力變化可分為四個階段。（圖1-3）
干燥剛開始階段 這時木材還未產生應力，木材內部各部分的含水率都在纖維飽和點以上，如果從材料的中間截取試驗片，試驗片鋸成梳齒形，每個齒的高度和鋸開之前原來的尺寸一樣，如果把試驗片剖成兩個半片，每片都保持直形狀，這表明，木材內不存在含水率應力，也沒有殘余應力。
干燥初期階段 在這個階段，木材表層的自由水已蒸發完畢，而開始排出吸著水并開始干縮，但木材內部水分移動遠遠跟不上表面水分的蒸發，內層的含水率仍高于纖維飽和點，因此外部已干縮，而內部不干縮，內層受到外層的壓縮，表層受到拉伸。就象一個橡膠圈拉伸后緊套在一個木棍上，橡膠圈要收縮，而木棍不收縮，必然造成橡膠圈伸長，而木棍受橡膠圈的壓縮。
所以，木材干燥初期階段的內應力是外層受拉應力，內層受壓應力，如果這時在木料中間截取試驗片并刻成梳齒形，可以看到表面幾層齒由于干縮尺寸減少，內部各層的齒仍保持干燥前的尺寸而沒有發生干縮。如果把從木料上鋸下的試驗片剖成兩片，剛剛剖開后它們各自向外彎曲，說明外部尺寸比內部短。如果把這兩片放入恒溫箱內或放在通風處使含水率降低并變均勻，由于木材的塑性使木材一產生內應力就同時出現塑性變形，原來在表面的木材已經在一定程度上塑化固定，而原來靠內層的木材在含水率降低時，還可以自由干縮，因此兩半片的含水率降低并分布均勻后，兩片的形狀就轉化成和原來的相反，由向外彎變為向內彎。
這種應力在干燥中是允許存在的，因為木材內部水分的移動要借助于含水率的梯度，而含水率梯度必然造成內應力，但是這種應力不宜過大，時間不應過長，否則會引起木材表面開裂。
在這個階段既要利用含水率梯度，又不能使木材的應力過大，這就需要采取定期的噴蒸處理，并維持一段時間的高濕度來提高木材表層的含水率，使已固定的塑性變形部分重新軟化并可以收縮，從而消除或減小表層的拉應力及內層的壓應力。
總的來說，干燥初期階段是干燥過程中注意防止表裂的階段，是含水率下降較快的階段。
干燥中期階段 在這個階段，木材內部的含水率已低于纖維飽和點。如果在上階段沒有進行噴蒸處理，則外層木材早已失去正常的干縮條件，而固定于伸張狀態，這時盡管內部含水率還高于外層的含水率，但是內部木材干縮的程度就象外層木材的塑化固定以前所產生的不完全干縮，內部尺寸與外層尺寸暫時平衡，因此木材的內應力也暫時處平衡狀態。這時如果把試驗片鋸成梳齒狀，各個齒的長度暫時是一樣的，但在放置以后含水率下降，試驗片內層的一些齒會因干縮而變短。
如果把試驗片剖為兩片，兩片在當時會保持平直，但在含水率降低并分布均勻后，內邊的木材由于干縮而變短，使兩片向內彎曲。這說明在這個階段內盡管暫時觀察不到木材中的應力，但在干燥終了后，木材內的殘余應力仍將表現出來。
在這個階段，木材內部水分向表面移動的距離更長，木材干燥更加困難更緩慢。
如果外層干燥過快，內部水分不能及時移到表層，會造成外部很干內部很濕的、所謂“ 濕心”，表層由于含水率極低又處于固定的拉伸應變狀態，成為一層硬殼，它不僅使木材內部水分難以通過木材表面進入空氣，而且還影響內部木材的干縮，這種現象稱為“表面硬化”。如不及時解除表面硬化，則干燥難以繼續進行并將導致嚴重的干燥缺陷，因此在這一干燥階段必須采用噴蒸處理，用高溫高濕空氣把已塑化固定的木材表面重新吸濕軟化來解除表面硬化。
干燥終了階段 這時木材含水率沿著木材斷面各層已分布得相當均勻，由內到外的含水率梯度較小，如果在上個階段沒有進行噴蒸處理，由于外層木材塑化變形的固定并早已停止收縮，而內層木材隨著吸著水的排除應當干縮，這樣內層木材的收縮受到外層木材的限制，就產生了內層受拉伸，外層受壓縮的應力，這個內應力的情形和干燥初期正好相反，這時如果把試驗片鋸成梳齒形，試驗片中間的一些齒脫離了外層的束縛后得到自由干縮，它們的尺寸比外層短些。
如果把試驗片剖為兩片，剛剖開時兩片向內彎曲，說明內邊尺寸比外邊短，內部受拉，外部受壓，當它們的含水率降低并分布均勻后兩片向內彎曲的程度更大，說明存在相當大的殘余應力。
這個階段的含水率梯度雖然不大，但是隨著干燥的繼續進行，內應力隨之增加，如不及時消除，當內應力超過木材的強度極限時就會出現內裂，即木材內層的拉應力超過內層的抗拉強度極限使內層木材破壞，內裂的木材將失去使用價值，造成嚴重浪費，因此這階段的應力非常危險，要及時消除。
通常采用的方法仍是噴蒸處理，使表層木材在窯內高溫高濕空氣的作用下重新濕潤軟化并得到補充的干縮，從而使表層木材能與內層木材一起收縮，減少了內層受拉，外層受壓的應力，在整個木材干燥過程結束后，木材內部還可能有殘余應力，為了消除這些殘余應力，使木材在以后的加工和使用過程中不會發生變形、開裂等缺陷還必須進行一次噴蒸處理，才能保證最終的干燥質量。
總之，在木材干燥的過程中，各階段都存在內應力，這是無法避免的，它是造成各種干燥缺陷的原因，因此，為了保證干燥質量應隨時掌握木材內應力的變化情況并采用有效措施使之降到安全程度。
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