木材的平衡含水率与应用

木材的平衡含水率及其应用

我国的一些家具厂生产的家具与制品，造形美观，制造工艺精良，在当地使用并没有什么质量问题，但出口到国外，使用一段时间后，就产生开裂、变形，严重的引起索赔。还有些锯材经过窑干后，含水率完全符合要求，干燥质量很好，但做成木制品后，含水率却超标了。以上这些质量问题，都与木材的平衡含水率有关。只有真正理解并正确应用木材的平衡含水率，才能生产出符合用户要求的木制品。

1 木材平衡含水率的概念及其影响因子

木材由多种细胞组成。细胞又有细胞壁和细胞腔。在细胞腔和细胞间隙中的水分，受到木材组织的束缚力很小，甚至无束缚力，这类水分称为自由水；而细胞壁中的水分受到的束缚力较大，因此称为吸着水。

湿材置于干燥的环境中，木材的水分会向周围空气中蒸发。首先蒸发自由水，当细胞腔内液态的自由水蒸发殆尽，而细胞壁内的吸着水仍处于饱和状态时，这时木材的含水率状态叫纤维饱和点。

在纤维饱和点以下，每当周围空气状态（温度、相对湿度）发生变化，木材细胞壁中的吸着水含量也相应地变化。若周围空气的相对湿度较低，细胞壁中的水蒸气分压比空气中的大，则水分由木材向空气中蒸发，使得吸着水含量减少，此现象叫解吸。解吸过程初期，木材的水分蒸发很强烈，即吸着水下降很快；随着时间的延续，解吸过程逐渐缓慢，最后达到动态平衡或稳定，此时木材的含水率叫解吸稳定含水率。相反，当周围空气的相对湿度较高时，细胞壁中的水蒸气分压比空气中的小，则水蒸气从空气向细胞壁中渗透，即木材从空气中吸湿，使得吸着水含量增大，此现象叫吸湿。木材含水率在吸湿过程中达到的稳定值叫吸湿稳定含水率。细薄木料在一定的空气状态下，最后达到的解吸稳定含水率或吸湿稳定含水率，叫平衡含水率。

但是，干锯材在吸湿时达到的稳定含水率，总是低于同样气候条件下湿锯材在解吸时的稳定含水率，此现象叫吸湿滞后。在相对湿度范围为60%～90%时，多种锯材的吸湿滞后平均值约为2.5%。细薄木料及气干材的吸湿滞后很小，生产上可忽略。高温窑干材的吸湿滞后较大，可高达5%。

木材的平衡含水率随周围空气的温度和相对湿度而异。在一定的空气压力下，空气温度升高，则平衡含水率降低，但变化不大。在指定的温度下，木材的平衡含水率随着空气相对湿度的升高显著加大。当相对湿度升高到100%时，则平衡含水率达最大值，此时的平衡含水率也叫纤维饱和点。在生产上，可用干、湿球温度计来测空气的相对湿度，从而查出木材平衡含水率，见表1当干湿球温度差（即湿度计差）为0时，则空气的相对湿度为 100%。这时，平衡含水率（即纤维饱和点）随空气温度的升高而降低，如 40℃时，平衡含水率为29%，70℃时为26%，而100℃时，则降为22%。

木材平衡含水率是制定干燥基准，调节干燥过程，控制仓库中干锯材和木制品的尺寸，拟定各种木制品所需干燥到的终含水率等所必须考虑的重要问题。在木材干燥和木制品生产中有很大的实用价值。

2 我国各地区的平衡含水率分布及推荐的木制品的含水率

我国是一个幅员辽阔、气候多样的国家，从西北到东南气候逐渐温暖、潮湿，因此木材的平衡含水率从西北向东南逐渐增高，变化规律明显，并可划分为9%、11%、13%、15%、16%等几个带状区。即新疆大部分地区（北疆局部除外）和西藏、青海、甘肃、内蒙四省（区）西部的平衡含水率约为9%～10%；以上四省（区）的东部平均约为11%；四川和云南西部、陕西、山西、山东、河南、河北及东北三省一带的平衡含水率平均约13%；四川和云南东部、中南、华南及长江中、下游广大地区约为15%；海南、雷州半岛、台湾及浙江沿海地区平衡含水率最高，约为16%。考虑到锯材的吸湿滞后，因此在我国以上各地区使用的锯

材，干燥的终了含水率应相应作7%、8%、10%、12%及13%的分布。

必须强调，以上分析只是根据我国各地区的气候条件得出的结论。没有考虑室内人工小气候的情况。实际上我国黄河以北的北方广大地区，每年都有相当长的采暖期，这时室内的空气条件与室外大气条件相距很大。采暖时室内温度约为18℃～20℃，相对湿度约为 28%，这时平衡含水率只有 6%，而夏天东北广大地区的平衡含水率高达15%。因此，有采暖的北方广大地区，室内锯材和木制品的含水率全年随季节变化的范围约为6%～12%。考虑到木材的吸湿滞后，木制品宁可干些，所以，北方地区室内所用的木制品，应干燥到约6%～

8%的含水率。但南方广大地区，全年气候温暖潮湿，一般无采暖，故木制品只需干燥到10%～12%的含水率。如果在南方生产的木制品，不考虑北方干旱的气候或忽略室内采暖后空气的燥热，则木制品运到北方使用后，就会产生开裂和变形。

3 美国、日本、欧洲的平衡含水率分布及推荐的木制品含水率

随着我国改革开放的不断深入，家具木制品的出口量不断增大。主要是去北美、日本和欧洲市场。因此，有必要了解那些地区的气候特点及对木制品含水率的要求。美国的东南沿海及西部沿海地区，气候温和湿润，木材的平衡含水率较高，因此，木制品只要求干燥到约11%的终了含水率。但西南部内陆地区气候干燥，在那儿使用的木制品，需干燥到约6%的终了含水率。其余的广大美国地区，室内使用的木制品应干燥到约8%的含水率（表2）。

日本为岛国，气候较湿润，在日本长期使用的各种木制品的含水率要求见表3。

欧洲各国的平衡含水率分布，也有一定的地域和气候规律。总体上讲，北欧和东欧各国（如冰岛、挪威。瑞典、芬兰、丹麦、爱尔兰、英国、俄罗斯、波兰、捷克等）气候较严寒，木材平衡含水率较高，全年含水率变化范围为12.5%～22%，冬季极端最高值达24. 9%。而欧洲南部各国（如西班牙、萄葡牙、意大利、马耳他、希腊。塞浦路斯、保加利亚、土耳

其等）气候温暖，木材平衡含水率较低，全年含水率变化范围为7.5%～17.8%。一年之中，又以夏季（6、7、8月）平衡含水率最低，为7%～8%，极端最低值为6%；冬季（12、 1、2月）较高为17.8%。其余的西欧国家（如法国、德国、荷兰、比利时、卢森堡、瑞士、奥地利等）全年平衡含水率变化范围为10%～20%，具体数值参见表 4根据以上平衡含水率数值，则欧洲南部国家使用的木制品，应干燥到7%～11%的含水率。北欧、东欧和西欧国家，因室内采暖时空气较干燥，故室内木制品应干燥到6%～8%的含水率，而室外用的建筑木构件和木制品只需干燥到约9%～14%的含水率。所以，木制品不论国内使用，还是出口，都应根据使用地点的气候条件，并兼顾有无室内采暖的要求，来确定木材干燥的终了含水率，才能保证木制品的尺寸和形状的稳定性。

4 锯材预汽蒸处理和干燥过程中的平衡含水率

由于脱脂和改变颜色等的需要，锯材（特别是松木锯材）干燥前，有时经预汽蒸处理。不少人认为汽蒸处理只是将锯材热透，不会改变木材的含水率。其实不然，因为在常压饱和蒸汽（温度100℃，相对湿度100%）条件下，木材的平衡含水率只有22%（见表1）。湿材或生材在这样的介质条件下，其表层含水率会向22%靠近，从而失去很多水分。对于松木等软材，一般不会因此而开裂但对于硬阔叶树湿材，在饱和蒸汽条件下汽蒸，就会由于表层水分较快的蒸发而产生表裂；故硬阔叶树湿材应采用70～80℃的饱和湿空气来汽蒸，这