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红木的干燥技术
信息来源:盛世鲁班红木家具 更新时间:2013-03-15 收藏此页
    红木家具是高档纯实木家具,它的各个零件都是以实木制作。随着人们生活水平的提高和市场的扩大,红木家具生产已形成区域性产业,逐步走向了规模化发展。虽然许多红木家具企业的生产规模扩大了,红木家具市场开始由国内向海外扩大,但红木家具在生产、运输和使用过程中的质量问题也随之而来。因此,红木木材的干燥是解决红木家具生产质量的首要问题。
    记者从了解红木家具生产的现状出发,介绍了红木木材干燥的难点、如何选择红木木材的干燥方法和设备,讲述了干燥红木木材保证质量的正确操作工艺规程、几种红木木材的干燥基准和几种喷蒸处理工艺的技术要领。
一、红木家具企业木材干燥现状
  据作者了解,目前企业在干燥问题上,普遍存在以下问题:
  ⑴对干燥生产环节重视不够。红木家具大企业很少,目前国内红木家具的生产企业规模和实木家具企业相比普遍较小,一般红木家具企业年销售量为几百万到几千万之间,很多小企业认为干燥工序不如机械加工和雕刻工序重要。少数珍贵难干材在一些企业仍以自然风干为主,辅以人工强制干燥,木材含水率干燥不到位,干燥材管理普遍重视不够,很少有干燥材密闭仓库。
   ⑵干燥窑结构简单。企业自建的干燥窑较多,干燥窑壳体建造比较简单,不利于窑体的保温、保湿,干燥质量无法保证。
  ⑶干燥室内有强制气流循环,但多数气流循环不够合理。
  ⑷对干燥技术重视不够,多数企业的干燥作业,操作简单、多仅凭工人操作经验为主。或企业即使配有干燥窑,干燥人员也没有经过正规的技术培训,工人素质较低,流动性大。
  ⑸大多数都有自己的干燥车间。采用以蒸汽为热源的供热方式,也有不少采用烧燃木材废料的热水炉,但是干燥室检测装置比较简单,半自动、全自动控制系统应用较少。购买国内、国外先进干燥设备的企业较少,中小型红木家具企业,应用热风炉干燥较多,不少企业木材干燥手段简单、原始。迫于市场压力,近两年新增蒸汽锅炉采用“蒸汽烘干”的企业增多,但干燥室均为非专业设计,自己建造为主,设备性能差。
  总体上讲,红木家具企业由于发展快、规模大,而木材干燥技术整体相对落后、发展速度慢,干燥能力不足。不少企业干燥方法原始、使珍贵木材降等损耗严重,浪费了木材资源。正如“2003年中国传统家具企业家论坛”资料中所言:“北京地区红木家具企业除少数企业有蒸汽烘干窑外,大部分企业使用土制烘干窑,配合水煮工艺。个别企业偷工减料,木材未经干燥就制作家具”。由此可见红木家具生产企业在干燥设备、管理、技术和人才培养方面比较缺乏。
二、红木干燥难点分析
  1.材料因素:明式红木家具最具时代特征的标志。红木家具是指用紫檀、黄花梨、红酸枝、乌木、鸡翅木等热带硬木树种心材制作的家具。是中国人自明至今注重体现身份的家具材质,推崇红木历经百年而不衰,今天的仿古家具中仍在沿用。红木木材材质坚硬(第一篇已经分析过了)。从干燥研究的角度来讲,全是难干材,明时干燥红木的方法是采用自然气干,有的长达两至三年以上。红木干燥自明代在技术上就存在难题。
  2.工艺因素:今天的红木家具生产工艺仍沿袭传统的技法。
    ⑴面板不拼宽:高档仿古红木家具门芯板、桌和几等面板越宽越好,不能有拼缝。
    ⑵腿、边框不拼厚度:高几、平几、沙发椅等腿材料不论断面尺寸多大也不能拼方。
不使用积成材、胶合材料,部件组合不用胶,不用钉。由于工艺上不拼板,不拼方,是真正意义上的纯实木家具。由于红木家具题材广泛,品种多,不同的零部件需要不同厚度规格的板方材,所以需要红木锯材的规格十分繁杂,面板厚度(16mm)较薄,但要宽度自然,薄壁虽然容易干燥,但容易变形;腿料厚度在50mm以上,有的零部件材料厚度甚至达到220mm,这些厚板和特厚板,即便普通的家具材料干燥周期也长,干燥质量也难控制,所以红木更是难干燥。
  3.知识和信息缺乏:明清以来红木家具用材、主要来源为东南亚、我国南方、西南地区。随着我国对森林资源的保护,国家出台了相关政策,红木木材几乎全靠进口,红木木材的来源已从这些传统地区转移至非洲,南美和太平洋等地区。木材树种发生了变化,红木加工企业由于缺少获取资源信息渠道,不知道绝大多数进口的红木材种的材性、干燥特性和传统原料之间的差异性,同时在这些方面和科研院所之间交流少,这种现象比较普遍。在干燥生产中带有很大的盲目性。由于缺少科学知识,再加上对干燥技术的认识和交流不足,也是造成红木干燥难的一个重要原因。
  4.生产规模因素:由于红木家具及制品的原料、质感和生产工艺等因素,决定了红木家具及制品的价格很高,普通消费者难以购买,消费市场受到很强的限制,因此生产规模比较小。红木的树种也很多,价格也很高,生产企业不敢囤积原料,每个树种只能少量购买,不同规格的板方材难以进行分类干燥,科学的干燥工艺执行难。
  5.管理因素:很多企业红木干燥窑体自建,设备自制,设备性能差,难以保证合理工艺的正确实施;人才不培养,操作缺少科学性。难以实现真正意义上的干燥。
三、红木木材干燥方法和设备选择
  综上所述,红木家具生产企业规模小,树种多,厚度规格多,购买时批量少,要对不同树种和不同厚度规模的木材分类干燥难度也十分大。针对这些情况企业要选择好干燥方法和设备。作如下分析:
  1、干燥方法的选择:干燥红木的干燥方法很多,主要有常规干燥法,真空干燥法及气干常规联合干燥法。
  ⑴常规干燥法:常规干燥法是以湿热空气为干燥介质的对流加热干燥方法,其结构形式多,是木材加工企业中使用最多的一种干燥木材的方法。其供热方式多(可分为常规蒸汽、热水干燥和常规炉气干燥);装材容积变化范围很大(小的为几个立方米,大的则为几百立方米),能满足各种生产需求;干燥工艺易掌握和控制。如前一章节分析的情况,多数红木制品生产企业年木材加工量不大、树种杂、板材规格变化多,故选容积在15~25 m3左右的窑体,炉气窑选择端风机式的,蒸汽和热水窑选择顶置风机式的更好,小窑材堆内气流循环较均匀,温、湿度差异小,既可满足产量需要,也可以取得更好的干燥质量。
  ⑵真空干燥法:真空干燥法在国内外应用也相当多。真空窑窑体是圆柱体金属结构,抗压、密封性好。其干燥原理是利用罐体内的真空度,降低水的沸点,加快木材内水分移动速度,从而提高干燥速度,缩短干燥时间。所以选择真空干燥法时,干燥温度低,可减少或避免木材出现内裂、皱缩等干燥缺陷。真空干燥法比较适合干燥硬阔叶材厚板,它对渗透性好的阔叶材具有良好的干燥效果。
  ⑶气干与常规联合干燥:气干即为大气干燥,它干燥成本低,正确的气干在木材高含水率干燥阶段,不容易产生干燥质量问题,干燥速度也是可以接受的,而在木材含水率低于纤维饱和点(FSP)时,干燥速度过于缓慢。如果将气干后的半干材再用常规干燥法干燥,这样可以使窑干时间显著缩短。经过气干后的木材板面非常平整,不会产生表面硬化、蜂窝裂和皱缩等缺陷。气干与常规联合干燥还是提高木材干燥质量、降低干燥成本比较有效的方法。气干容易实施。气干结束后再将木材装入常规干燥窑内,可大大提高工作效率,节省时间,降低费用,取得较好的经济效益。
  2、根据干燥产量选择合适的设备类型:市场上的干燥设备类型比较多,如常规干燥方法有蒸汽加热式、热风加热式、热水加热式等;其他干燥方法有高频干燥、间歇真空干燥、高频真空干燥等,常规干燥法以湿空气为介质,蒸汽加热和热水加热式干燥窑装材容积从几个立方到200立方之间不等,热风加热式装材容积一般小于30立方;高频和真空干燥装材容积均很小,最大的不超过20立方,设备价格高。企业可以根据自身特点和资金情况合理选择不同类型的设备。
    设备类型不同其特点也就不同,其操作工艺也不同,蒸汽和热水干燥操作易控质量,干燥成本低,适用范围广泛,热风干燥则次之。真空设备干燥质量好,速度快,干燥成本高。红木家具生产企业多数适合选择单窑装材容积不超过20m3的干燥窑型。选择专业的干燥设备要结合干燥方式,如企业有工业锅炉供气,首选蒸汽加热式干燥窑,次之选择热水加热式干燥窑,企业资金少,产量低可选炉气加热式干燥窑,企业资金实力雄厚,产品利润率高的企业可选择真空式干燥设备。
  3、选择合理的干燥工艺基准:常规和间歇真空干燥设备有的是以湿空气为加热介质,高频干燥设备是以电磁波为加热介质。要了解每种设备的特点制定合理的干燥生产工艺基准,才是保证产品质量的第二步。干燥工艺基准的制定要结合具体树种、厚度规格、设备类型等。还要反复研究结合本企业的实际情况。这些干燥设备并不是买回来简简单单地一安装就可以达到理想效果的。干燥效果是建立在实践基础上的而不是纸上谈兵。
四、红木常规干燥工艺的实施
  红木常规干燥工艺包括设备检查、制定干燥基准、工艺操作和质量检测等阶段。
  1、设备检查就是在干燥窑装材之前检查设备的运转状况是否正常,窑体、门的密封性能、阀门和仪表等,及时更换测量温湿度的易耗材料。
  2、制定科学的干燥基准:干燥过程就是蒸发木材内水分的过程,由于木材在不同的含水率阶段表现的材性(如开裂、变形和应力状况)不同,因此要科学、合理地控制各个含水率阶段的水分蒸发的强度,在保证干燥质量的前提下,尽快提高木材干燥速度。实际上基准就是控制窑内湿空气温湿度变化的程序表。干燥基准的类型很多,常用的基准是含水率基准,制定含水率基准的方法也很多。以下是作者根据实践制定并发表过的干燥基准,供大家参考。

 
表 红木常规窑干干燥基准

                    自 《林业科技开发》2000/01 蔡家斌“红木干燥的基本方法” 
    3、制定严格的常规干燥操作工艺规程:干燥工艺包括木材的堆垛、干燥基准的实施,调湿处理等。虽然很多资料中有介绍,但大部分管理人员和操作人员认为木材干燥就是把木材中的水分降到所需要的含水率就行了,其实这只是浅显的认识,干燥的真正意图还包括解决木材的应力问题,也就是说包括减少木材弯曲变形、开裂等质量问题。要保证干燥木材的质量,除了要求操作人员有正确的态度和责任心,还要制定严格的操作规程,减少操作过程中的盲目性和随意性,对干燥过程中出现的问题也要有具体的解决措施,只有这样才能保证干燥木材的质量。
  木材的堆垛要按照树种和厚度来堆放,其规程要求同树种同厚度的木材堆放在一起,有时候同一批材料比较少,窑内空间堆放不满,可将干燥材性相近的木材堆放在一起,如条纹乌木和乌木。有时候这种情况窑内空间还堆放不满,可将薄板堆放在距加热器近的区域,厚板堆放在距加热器远的区域。窑内要有足够的气流通道,材堆内每层木材之间要放一定厚度的隔条,上下层隔条要平行并在同一垂直线上,保证材堆内部气流通畅。只有窑内所有区域气流畅通,才能保证木材受热均匀,才能保证干燥质量。堆垛过程中要在材堆内准确放入木材含水率检测探头,测量探头要安放在潮湿的木板上。如果有两种以上厚度的木材,薄板上也要放置探头。
  干燥基准的实施过程包括木材预热阶段、干燥阶段、中间处理、平衡处理和终了高湿处理等。其规程要求:
  (1)根据不同树种和厚度确定预热温度,一般预热起始温度不超过45℃,多数低于40℃,预热时一定要让木材热透才能进入干燥阶段,必要时可以喷蒸汽;
  (2)干燥阶段:根据工艺基准要求操作,保温阶段要防止温度波动,基准阶段调整时也要防止升温过快;
  (3)中间处理:中间处理就是向窑内喷蒸汽,调节窑内空气的湿度。干燥过程中要观察和记录木材水分变化的速度,操作人员应进入窑内观察木材表面是否发生开裂和变形情况,如过发生一定要进行记录并做好标志,根据木材水分下降和木材表面发生的变化情况及时向窑内喷入蒸汽,喷蒸汽要保证时间,但也不能过长,一般为一厘米板厚2.0h,中间处理温度和该基准阶段要求的一致,相对湿度比该阶段平衡含水率高5~8%的相对湿度,中间处理的次数可根据需要及时进行;
  (4)平衡处理:就是消除窑内不同材堆之间含水率的差异,保证出窑时所有木材含水率都达到要求。干燥到后期就能发现多数探头含水率高,少数已经达到了要求,为了让窑内木材都能合格出窑,必须进行平衡处理,平衡处理温度与最终基准要求一致,相对湿度要求比终含水率低2%的平衡含水率的相对湿度,时间是直至各探头终含水率均匀为止;
  (5)终了高湿处理:就是消除木材厚度上内外不均匀。高湿处理温度等于基准最后阶段温度,相对湿度比终含水率高4%的平衡含水率的相对湿度。
  (6)冷却出窑:干燥后期的温度较高,为防止热的木材出窑时会产生爆裂,必须将木材冷却后才能出窑。
五、提高红木干燥质量的措施
  随着中国传统红木家具产业的发展,优质红木木材资源日益减少,要实现产业的可持续发展,在干燥工艺环节上应该采取措施,提高干燥质量,以提高木材利用率。
  1.针对红木内含物多,采用水煮再干燥技术来提高干燥质量。红木木材内有很多水溶性内含物阻碍了干燥过程中木材内水分的移动,增加了干燥难度,不仅延长了干燥时间还影响了干燥质量。水煮后可以将水溶性内含物减少,增加了木材内水分移动的通道,提高水分移动的速度,使干燥变得相对容易一些,从而能达到提高干燥质量的目的。
  2.加强红木气干加常规干燥工艺和技术的研究,不仅能达到低碳生产的要求,同时也能提高常规干燥质量。
  3.大型的红木加工企业要积极主动和高校、科研单位联合,进行操作人员和管理人员的技术培养,制定一些针对企业实际情况的干燥工艺技术以提高干燥质量。
  4.在原料进口集散地构建木材干燥中心,对板方材集中干燥,小型企业可以省略干燥生产工序直接购买干板材,对已形成规模优势的红木地区,也可以采取同样的方法。批量集中干燥也可提高干燥质量。
  5.对弯曲零件材和大断面尺寸材,应按样板加工成毛坯后蒸煮,再进行零件材干燥,薄板材堆垫条间距300mm,堆好后要用包装轧带捆扎。可以提高干燥质量。
   6.统筹兼顾协调发展。红木企业现代干燥车间的建立和改造,要注意室型大小的搭配,常规干燥和特种干燥的结合,以适应规格材尺寸繁多的行业特点。
六、总结
  红木内含物多,木材中的水分通道不畅,水分移动非常缓慢,是难干的阔叶材,生产规模小,木材尺寸规格多,不能分类干燥,增加了干燥难度。断面尺寸大的零件,红木的表层与稍下部的内层含水率相差很大,含水率应力大,薄板因径弦向差异大,附加应力大,都易产生干燥缺陷。所以红木难干燥的因素是多方面的。
  总之,企业对红木干燥生产要有科学的态度和认识,只有合理选择干燥方法、设备和装材容积的配置,制定科学的干燥工艺才是保证红木干燥质量的关键。

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