木材中的水分是怎樣存在又是如何移動的?
實(shí)木家具是公眾喜愛的,但是實(shí)木的天敵是木材中的水分。所以說控制好實(shí)木中的水分,是實(shí)木家具生產(chǎn)廠家最重要的工作,而了解實(shí)木中水分的知識,其實(shí)我們都應(yīng)該有所聽聞。
木材中的水分,可分為三類:自由水、吸著水和化合水。
自由水是指存在于細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分,又稱毛細(xì)管水;吸著水是指存在于細(xì)胞壁微纖絲間的水分,又稱附著水、吸著水或束縛水;化合水是指存在于木材化學(xué)成分中的水分。
自由水和吸著水為木材中的主要水分。自由水與木材密度、燃燒、干燥、滲透有密切關(guān)系;吸著水影響著木材性質(zhì);化合水與木材性質(zhì)關(guān)系不大。
纖維飽和點(diǎn)(含水率)
木材細(xì)胞壁含水率(吸著水)在飽和狀態(tài),而細(xì)胞腔無自由水時的含水率,稱纖維飽和點(diǎn)或纖維飽和度。纖維飽和點(diǎn)因樹種不同而不同,一般為23%-31%,通常以30%為各樹種纖維飽和點(diǎn)的平均值。青楊木材的纖維飽和點(diǎn)為23%。
纖維飽和點(diǎn)的變化是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在纖維飽和點(diǎn)以上,木材強(qiáng)度不變;在此點(diǎn)以下,木材強(qiáng)度因含水率的減低而增加,反之,因含水率的增加而減少,直至到達(dá)纖維飽和點(diǎn)為止。同樣,木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上時,木材沒有收縮、膨脹的變化;待到含水率降低到纖維飽和點(diǎn)以下時,木材伴隨含水率的減少而收縮,等到減少至零,收縮達(dá)到最大;反之,隨含水率的增加膨脹,直至達(dá)到纖維飽和點(diǎn)含水率為止。
生材含水率
生材是剛剛伐倒的樹木,其含水率指剛伐倒的木材含水率。生材含水率對于木材的運(yùn)輸和貯存具有一定意義。生材中的水分,主要是自由水和吸著水,其含水率隨季節(jié)而變化,但各樹種無一定規(guī)律。一般在冬季和樹液流動的春季較多,可達(dá)全樹重量的80%-100%以上。
平衡含水率
長期貯藏在大氣中的木材稱氣干材。當(dāng)空氣中水蒸氣氣壓大于木材表面水蒸氣壓時,木材自外界吸收水;反之,木材中的水分向外散失。若空氣中的水蒸氣壓與木材表面水蒸氣壓相同,木材既不吸收水分,也不散失水分。這時木材的含水率,稱平衡含水率。木材平衡含水率隨周圍空氣的狀態(tài)而變化。如果木材實(shí)際含水率小于平衡含水率,木材則呈現(xiàn)吸濕作用;反之,木材就會呈現(xiàn)蒸發(fā)作用。
木材中水分的移動,可分為含水率在纖維飽和點(diǎn)以下以及纖維飽和點(diǎn)以上兩種情況:
1、含水率低于纖維飽和點(diǎn)時木材中水分的移動
此種狀態(tài)下,木材內(nèi)部不含自由水,所有細(xì)胞腔內(nèi)皆為空氣所充滿。由于木材表面水分的蒸發(fā),其內(nèi)部就會形成含水率梯度,出現(xiàn)相應(yīng)的水蒸汽分壓梯度。在這種梯度的作用下,水蒸汽開始沿著細(xì)胞腔并通過紋孔及紋孔膜上的小孔,由內(nèi)向外擴(kuò)散。
木材中水分的移動,在其含水率低于纖維飽和點(diǎn)時,除了上述呈蒸汽狀態(tài)移動以外,還會因毛細(xì)管的作用,吸著水沿著細(xì)胞壁內(nèi)微毛細(xì)管系統(tǒng)的移動。由于木材表面水分的蒸發(fā),使表面部位毛細(xì)管的張力變大,水層變薄,張力差異促使吸著水從含水率高的部位向含水率低的部位移動。
在含水率低于纖維飽和點(diǎn)時,木材內(nèi)水分的移動還會有第三種傳導(dǎo)方式,即蒸汽狀態(tài)與液體狀態(tài)不斷地相互交替,亦即沿著鄰近的細(xì)胞壁內(nèi)的微毛細(xì)管與細(xì)胞腔形成的大毛細(xì)管之間,呈水蒸汽或液態(tài)水相互交替式的移動。
上述水分的移動方式,對于一切樹種的木材都是適用的。但是,具體到各種水分傳導(dǎo)途徑的相對效率,會因樹種、密度以及木材的構(gòu)造特征、含水率變化、溫度高低等而有較大的變動。
2、含水率高于纖維飽和點(diǎn)時木材中水分的移動
此種狀態(tài)下,水分在木材細(xì)胞腔內(nèi)主要呈液體狀態(tài),水蒸汽也以飽和狀態(tài)存在于細(xì)胞腔內(nèi)。由于各個部位的水蒸汽壓力是一致的,此種情況下,理論上是沒有蒸汽狀態(tài)的水分在木材內(nèi)部移動,只有因毛細(xì)管張力差引起的液態(tài)水——自由水沿著細(xì)胞腔與紋孔的移動。如果木材內(nèi)所有細(xì)胞腔都充滿了水分,水分由一個細(xì)胞腔移動到另一個細(xì)胞腔的情況幾乎不會發(fā)生。
當(dāng)木材外表面有一部分含水量因干燥降至纖維飽和點(diǎn)含水率以下時,木材內(nèi)部就會發(fā)生水分由內(nèi)向外的移動現(xiàn)象。開始僅為木材表層幾排細(xì)胞向外蒸發(fā)水分,其胞腔內(nèi)水膜厚度逐漸變小,使得毛細(xì)管內(nèi)新月形液面的彎曲度急劇地增大,蒸發(fā)面與木材內(nèi)部形成了毛細(xì)管張力差,促使自由水由內(nèi)部幾排細(xì)胞移向蒸發(fā)面。這一過程的不斷進(jìn)行,使蒸發(fā)面逐漸移向木材內(nèi)部,構(gòu)成了上述三種水分傳導(dǎo)方式擴(kuò)散移動的機(jī)構(gòu),木材才得以逐漸干燥。
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