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木材含水率的控制在乐器生产中重要性

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  在木加工品行业,对木材含水率技术都有要求。对于木制品及木材实质各不同,其要求条件也各为不同。例如有部分木制品在加工过程中要在衡温衡湿的空间里进行,有部分在普通环境就可行。木吉他木制品生产过程有严格要求,特别是对实木材料,其木材含水率是一项重要指标。木材的含水率与木材干燥程度,储存环境,使用环境有着密不分的关系。
  树木是一种天然生长的生物体,其组成的最小生物单位是细胞,并且各种细胞的形态和特征不同,而且排列状态也不同。大多数细胞呈纵向排列,少数细胞呈径向排列。另外,木材细胞的细胞壁由薄的初生壁组成。其中,次生壁的微纤丝排列方向不同,是引起木材各向异性的重要原因之一,从而导致木材在干燥过程中发生不均匀的收缩,产生较大的收缩应力,引起诸如开裂、皱缩、翘曲等变形以及产生内部残留应力。因此,木材的解剖学特性与木材的干燥有着密切的关系。
  在干燥过程中首先是木材含水率。木材含水率干湿程度也有分级,在生产和使用上通常根据木材中水分含量程度的不同进行分级,木材可分为6级。
  湿材:长期浸泡于水中、含水率大于生材的木材。如水运、水贮过程中的木材。
  生材:和新采伐的木材含水率基本一致的木材。
  半干材:含水率介于生材与气干材之间的木材。
  气干材:长期储存于大气中,与大气的相对湿度趋于平衡的木材。其含水率取决于周围环境的温度和相对温度,一般在8%-20%,我国国标把气干材平均含水率定为12%。
  室干材:木材在干燥室内,以适当的温度和相对湿度条件进行干燥,含水率为7%-15%的木材,通常根据木材的使用区域、场合及用途等条件而定。
  绝干材:含水率为零的木材称为绝干材或全干材。
  如成品含水率未达到使用要求时会出现变形、开裂、扭曲、散松、发霉、虫蛀、变色、腐朽,直接会影响到成品的使用,有的甚至会致使成品不能使用。为了提高木材的使用寿命,就必须要进行木材干燥处理。因为木材干燥处理后有以下好处:
  (1)可以提高木材和木制品的力学强度、胶结强度以及表面装饰质量,改善木材的加工性能。当木材含水率低于纤维饱和点时,木材的力学强度将随着含水率的降低而提高;干木材的切削阻力小于湿材;湿材对胶黏剂与涂料有稀释作用,降低了木材的胶结强度与表面涂饰效果。
  (2)可以提高木材和木制品的形状与尺寸稳定性,防止木材开裂。当木材含水率在纤维饱和点以下时,木材在空气中随空气湿度的变化会发生湿度的变化,容易出现湿涨与干缩现象;当木材干缩时木质接榫松脱,若干缩不均匀还会引起开裂、变形;当木材发生湿胀时,可能发生木质翘起等现象。
  (3)可以预防木材的变质与腐朽,延长木制品的使用寿命。湿木材长期置于大气中,往往会发生腐朽或遭受虫害等。木材的腐朽是由于木腐菌造成的。多数木腐菌在木材含水率高于20%时方能繁殖;含水率在纤维饱和点(30%)以上时,木腐菌会严重地损坏木材;含水率在20%以下或达到饱和状态时,木腐菌的生长会受到限制。因此,对木材进行干燥处理是防止木材腐朽的有效措施之一。另外,木腐菌最适宜的温度为24-32℃,在12℃以下,46℃以上,木腐菌几乎完全中止生长。木材经过干燥或采用蒸汽处理,可以杀死木腐菌。高温高湿比单纯高温的杀伤力更强。因此,将木材的含水率降至8%-12%时,不仅可以保证木材固有的性质和强度,而且可以提高木材的抗腐蚀能力。
  木材在进行干燥时,水分若要顺利地向外移动,木材内部就必须有水分移动的通道,即细胞腔、纹孔、细胞间隙及细胞壁内的微毛细管等。这些通道若呈开放状态,则木材容易干燥;反之,木材难以干燥。所以说,木材解剖分子的状态及特征对干燥时间长短和干燥工艺制定起着决定性的作用,而且不同树种的木材,其干燥所需的时间和所要求的工艺条件不同。在木材干燥生产中,沿纤维纵向的干缩极小,配料时可不考虑顺纹理方向的干缩余量;木材沿着年轮切线方向的干缩称为比弦向干缩;沿着树干半径方向或木射线方向的干缩称为径向干缩;整块木材由湿材状态到绝干状态的体积的干缩称为体积干缩。体积干缩在数值上近似为纵向、弦向、径向干缩之和,由于纵向干缩极小,所以体积干缩也可以用径向干缩与弦向干缩的和进行估算。
  当木材含水率在纤维饱和点以下,周围空气状态(温度,相对湿度)发生变化时,木材细胞壁中的吸着水含量也相应地变化。如果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,则水蒸气从空气向木材细胞壁中渗透,即木材从空气中吸湿,使得吸着水含量增加,此现象叫吸湿或吸着。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。值得注意的是解吸和干燥是两个不同有概念,解吸仅指木材细胞壁中吸着水的排除,而干燥则是自由水和吸着水二者的排除。如木材含水率在纤维饱和点的条件下,在衡温衡湿的情况里,木材解吸和干燥变化不大,对于含水率变化也不大,木材处于稳定状态。
  木材具有干缩性和湿胀性,是因为木材在解吸或吸湿过程中,木材内所含水分向外蒸发或干木材由空气中吸收水分,使细胞壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶间水层变薄(或消失)而靠拢或变厚而伸展,从而导致细胞壁及至整个木材尺寸和体积发生变化。当吸着水全部蒸发,微纤丝之间的距离靠得最近,胞壁最薄,减少木材原有的尺寸或体积干缩达到最大值;相反,当木材从大气中吸收水分,游离羟基与水分子借氢键力结合,使细胞壁完全充满水分,直至达到纤维饱和点时含水率(约30%),分子间和微纤丝间的距离增到最大值,纤维素发生膨胀,增大木材的尺寸或体积,此时木材湿胀达到最大值。
  为了确保生产木吉他木材的质量,防止成品可能出现变形、开裂、扭曲、散松、发霉、虫蛀、变色、腐朽、涂层附着力差等现象。生产木吉他所用的木材都要经过四大工序处理。
  第一,木材生材时,先让木材放于干燥自然环境进行自然预干,预干的含水率为30%-20%。
  第二,进入常规蒸汽干燥室进行干燥。
  第三,在含水率达到使用要求时,再出干燥室进行一段时间自然静止吸湿进行稳定。静止时间看木材状态而定,一般为10-20天。
  第四,进行第二次解吸蒸汽干燥,在含水率达到使用要求时,进行衡温衡湿处理程序,防止木材干缩性或湿胀性发生。
  这样木材达到含水率纤维饱和点。保证储存环境达到要求。另外在生产过程中进行衡温衡湿环境处理。有利于木材含水率平衡,使吉他的质量得到更好保证。

 


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