木材干燥是指在熱能的作用下，采用合理且有針對性的木材干燥工藝使木材內(nèi)部的水分以蒸發(fā)或沸騰方式排出的過程。該過程是保證木制品品質(zhì)的關(guān)鍵，也是木材加工領(lǐng)域技術(shù)含量最高的工序之一，如果木材干燥環(huán)節(jié)處理不當(dāng)就會導(dǎo)致木材產(chǎn)生翹曲開裂、腐朽霉變、變色及蟲蛀等缺陷，造成木材資源的浪費。

1、提高木材和木制品使用的穩(wěn)定性

我們知道，樹木生長不僅有沿樹高方向的生長，而且有增加樹干直徑的水平生長，因此從樹木中加工出來的木材就屬于各向異性材料。木材長期暴露在空氣中，其中的水分就會隨著空氣相對濕度的變化而變化，發(fā)生木材隨空氣濕度增加而膨脹和隨空氣濕度減少而收縮的濕脹和干縮現(xiàn)象。

2、提高木材和木制零件的強度

木材是從樹木加工而來，而樹木的生長是由成千上萬的細胞不斷生長而來。當(dāng)木材細胞腔中沒有水分，水分僅存在于細胞壁時，木材的強度隨木材含水率的降低而提高。

木材干燥處理并達到要求的含水率后，不僅可以改善木材的切削加工性能，而且可以提高木結(jié)構(gòu)零件的強度、膠接強度和木制品的表面裝飾質(zhì)量，同時也能提高木材的保溫性與絕緣性，減少導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性。

3、預(yù)防木材的降等和腐朽

木材是天然高分子聚集體，主要由纖維素、半纖維素和木素組成，同時也含有少量樹脂、樹膠、色素等內(nèi)含物。濕木材如果長時間堆放在露天空氣中，若不采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，會發(fā)生腐朽或蟲害。

木材干燥處理后，當(dāng)木材含水率降低到20%以下時，可以大大減少菌類和害蟲的侵害與破壞。一些生產(chǎn)單位，把木材干燥到含水率8-15%左右，不僅保證了木材的固有性質(zhì)和強度，而且也提高了木材的抗腐蝕能力。

4、減少木材的運輸成本

由于木材初含水率很高，甚至超過它本身的重量，經(jīng)過短期存放，木材干燥后，能減輕木材重量。

木材干燥是指在保障木材品質(zhì)優(yōu)良的前提下，利用合理的有針對性的干燥工藝和設(shè)備對某種木材進行濕、熱處理，是材質(zhì)中的水分逐漸排除的過程。

1、木材中的水分

木材中的水分由3部分構(gòu)成:即自由水、吸著水以及化合水。

在木材大毛細管中的水分就是木材水分中含量最大的自由水，這種水分在木材干燥時是最易于去除的;

在木材的微毛細管內(nèi)的水分是吸著水，木材吸著水含量因樹種的差異而不同，一般含量大約為33%，為了克服微毛細管的張力，只有當(dāng)其獲得到一定的能量時，它才能從微毛細管內(nèi)蒸發(fā)出，因此，吸著水不如自由水那樣容易去除;

在木材化學(xué)組成中的水分是化合水，它的含量約為2%，通常在木材干燥過程中，它是無法除去的，因此，一般情況下不在考慮范圍內(nèi)。

2、木材干燥過程中水分的移動

木材干燥過程中木材中的水分可能平行于木質(zhì)纖維方向遷移，并在木材的兩端蒸發(fā)，還可能垂直于木質(zhì)纖維方向遷移，最后從木材的表面和截面排除。由于板材的表面積和截面積大于其兩端的面積，所以板材干燥過程中的水分大多沿板材的表面積和截面積蒸發(fā)。

如果含水率在木質(zhì)纖維飽和點以上的情況下，移動時主要以液態(tài)水為主，若含水率在木質(zhì)纖維飽和點以下時，移動以水蒸氣或混合方式遷移為主。

3、木材干燥過程中熱濕的傳導(dǎo)

木材干燥過程是較典型的傳熱、傳質(zhì)過程。若使木材得到干燥，這需要把熱能傳給木材，同時還需把木材中蒸發(fā)出來的水分帶走，要達到此目的，需要通過一種能傳熱、傳質(zhì)的物質(zhì)作為中介。

木材干燥時，能在干燥室內(nèi)不間斷的循環(huán)流動，能把加熱器的熱能傳給材堆，同時把木材表面蒸發(fā)出來的水分帶走的中介被稱為干燥介質(zhì)。干燥介質(zhì)可以是氣體，也可以是液體。在一般干燥窯中，干燥介質(zhì)都是濕空氣。

4、木材干燥應(yīng)力和形變

木材干燥剛開始時，板材表層水分最先被蒸發(fā)，其含水率會迅速變小，并達到低于纖維飽和點的某一值，其體積隨著吸著水的的蒸發(fā)而減小，此時表層部分纖維也開始收縮，但收縮的內(nèi)層纖維只占少數(shù)，根本無法克服未收縮纖維的束縛，因而，此時內(nèi)層纖維主要受到壓縮應(yīng)力的作用。隨著板材含水率的降低，木材干燥應(yīng)力逐漸增大。

木材干燥過程，主要是板材表層和內(nèi)部水分移動的過程，即板材與干燥介質(zhì)之間的換能過程。在板材水分遷移的時候，板材主要受壓應(yīng)力和張應(yīng)力的作用。因此，一定要平衡兩者的關(guān)系，使其達到一個合理的平衡點，才能有效地加快干燥速度、縮短干燥周期。

一般影響木材干燥速度的因素主要包括內(nèi)因和外因2個層面。如干燥介質(zhì)的溫度、濕度以及氣流循環(huán)速度等方面可歸結(jié)為外因;而木材的樹種、厚度、含水率、心邊材以及紋理方向等方面則可歸結(jié)為內(nèi)因。

1、木材干燥外在影響因素

① 溫度

影響木材干燥速度的直接因素是溫度。溫度越高，板材中水分壓力就大，但是液態(tài)自由水的粘度反而降低，這樣板材中水分的遷移相對容易;這時濕空氣的容濕度增大，進而使板材表層水分蒸發(fā)的速度提高。但絕不能使溫度過高，因為溫度過高，可能會導(dǎo)致板材降質(zhì)，所以，應(yīng)該選擇較合適的溫度，不能過低或過高。

②濕度

相對濕度(RH)是指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比，也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。在干燥工藝及參數(shù)相同時，RH低時，板材表層水分蒸發(fā)較快，其含水率下降得快，木材干燥周期縮短。然而，若RH過低，可能導(dǎo)致板材材質(zhì)的降低。RH越高，濕空氣內(nèi)水蒸氣分壓較大，板材表層的水分反而蒸發(fā)較慢，所以木材干燥周期越長。

③氣流循環(huán)速度

木材干燥過程中，需要空氣持續(xù)不斷地進行循環(huán)，以便把熱量傳送到被干板材，同時將板材所蒸發(fā)的水分帶走。為了提高木材干燥效率，循環(huán)氣流在通過板材之前必須不斷地進行“調(diào)整”，使其溫度與濕度有利于板材水分的遷移。其次，循環(huán)氣流的運動速度也必須足夠高，從而加快板材表層水分的蒸發(fā)。若循環(huán)氣流不夠強，則材堆中的木材干燥條件必會偏離控制室內(nèi)所設(shè)定標準，降低了木材干燥速度。

以上3種外因是可以人為控制的因素，合理的控制能在保證板材干燥質(zhì)量的同時加快干燥速度。比如，干燥橡木或橡膠木板材時，可適當(dāng)提高溫度、降低濕空氣濕度、提高氣流循環(huán)速度，來縮短干燥周期;但干燥水曲柳或櫟木時，采用較低的溫度、較高的濕空氣濕度以及相對小的氣流循環(huán)速度較為適宜。

2、內(nèi)在因素的影響

①木材種類

木材的紋孔大小與數(shù)量因樹木種類的不同而相差較大，它的內(nèi)部構(gòu)造也有較大差別，所以不同種類樹木的板材中水分遷移的快慢也有較大的差異。如環(huán)孔樹材導(dǎo)管和紋孔中充填物多、且紋孔膜上微孔的直徑小，所以木材干燥速度明顯小于其他種類樹材。

②木材的薄厚

一般的木材干燥過程，能夠大致看作是沿材厚方向一維的傳熱、傳質(zhì)物理過程。研究表明:隨著材質(zhì)厚度的增大，傳熱、傳質(zhì)有效長度增加、阻力增大，干燥周期大幅增長。

③木材的含水率

木材含水率低于纖維飽和點時，自由水的縱向擴散系數(shù)隨著含水率的降低而明顯減小，但是，水蒸氣在細胞腔中的擴散系數(shù)反而會增大。因為，在木材干燥階段水蒸氣在細胞腔中所占的擴散比例并不大，含水率越低，水分擴散路徑越長，因此含水率越高越容易干燥。

④木材的心邊材

心材含水率較低，內(nèi)含物較多，不易翹曲變形，抗腐蝕性強;邊材含水率高，紋孔大多是開放的，所以邊材比心材容易干燥。

⑤木材的紋理方向

由于水分遷移與木射線有一定的關(guān)系，沿板材弦向的水分傳導(dǎo)比沿徑向的水分傳導(dǎo)小20%～30%，所以，徑切板一般比弦切板木材干燥周期長。

雖然影響木材干燥速度的內(nèi)在因素?zé)o法人為控制，但充分地了解木材內(nèi)在特性，合理地選擇干燥工藝和設(shè)備，同樣能夠縮短干燥周期，既減少能耗，又在保持木材材質(zhì)的前提下提高木材干燥效率。

木材干燥技術(shù)在木材加工領(lǐng)域占有極其重要的地位，國內(nèi)外很多專家一直致力于木材干燥技術(shù)的研究。目前，木材人工干燥方法主要有常規(guī)蒸汽干燥、真空干燥、除濕干燥、太陽能干燥、微波干燥和聯(lián)合干燥等幾種。

1、木材常規(guī)蒸汽干燥

木材常規(guī)蒸汽干燥是依靠干燥室內(nèi)熱空氣與木材間的對流換熱，利用空氣加熱木材并吸收木材蒸發(fā)掉的水分，同時排出干燥室內(nèi)的濕空氣，吸入外界冷空氣的一種干燥方法。

可以看出，這種換熱方式屬于開放式，大部分熱量伴隨著熱交換而損失，且熱能回收利用困難，有的地區(qū)熱損失接近40%。

2、木材真空干燥

真空干燥是一種高效的干燥方法，對滲透性較好的闊葉厚材優(yōu)勢最為明顯，其干燥速率是常規(guī)干燥的6倍以上，還可以實現(xiàn)低溫快速干燥，降低能耗。

但真空干燥設(shè)備復(fù)雜，制造難度大，投資成本相對高，同時干燥設(shè)備體積小，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)，木材干燥后含水率均勻性差。真空干燥設(shè)備的應(yīng)用主要集中在科研實驗方面，一般僅適用于小批量的硬質(zhì)闊葉材干燥。

3、木材除濕干燥

木材除濕干燥是近十年來發(fā)展起來的一種新型干燥技術(shù)，它利用低沸點制冷劑液化時放出的熱量加熱空氣，再利用它汽化時的吸熱作用使木材蒸發(fā)出的水分冷凝為液體并排出室外。除濕干燥機主要有單熱源、雙熱源、高溫、回?zé)嵝图巴L(fēng)型幾種。

除濕干燥是一種節(jié)能、環(huán)保的木材干燥技術(shù)，但由于存在升溫慢、木材干燥時間長、生產(chǎn)效率低、木材表面易硬化等問題，該技術(shù)沒有得到推廣應(yīng)用，一般都是采用其他輔助熱源與其配合干燥木材來達到預(yù)期效果。

4、木材太陽能干燥

太陽能干燥技術(shù)一般分為溫室型和集熱器型兩種，由于其具有間歇性、不穩(wěn)定、能流密度低、木材干燥周期長、設(shè)備投資大、維修費用高等缺點阻礙了推廣應(yīng)用。目前，這項技術(shù)的應(yīng)用還需要與其他輔助能源結(jié)合，如熱泵、蒸汽、爐氣等。

印度林業(yè)研究院設(shè)計建造了7.1 m3溫室型太陽能木材干燥室，美國的威斯康星州也建造了半溫室型太陽能木材干燥室;國內(nèi)對太陽能干燥室的研究相對較少，對其研究較多的有北京林業(yè)大學(xué)的伊松林，其團隊自主開發(fā)了移動式相變儲熱木材太陽能干燥裝置，并進行了性能測試，結(jié)果表明，干燥室供熱效率最低值達到70%，干燥速率是大氣干燥的1.35倍，節(jié)能效果十分明顯。

5、木材微波和遠紅外干燥

我國木材微波干燥技術(shù)研究開始于20世紀70年代初，而美國、日本等國家的學(xué)者早在20世紀60年代就開始研究將微波干燥技術(shù)應(yīng)用于木材干燥中，其原理是以濕木材中的水分作為電解質(zhì)，在電磁場作用下，木材中的水分子極化，在電磁場頻繁交變的引力下，水分子之間摩擦生熱，使木材得到干燥。

微波干燥速度快、熱量分布均勻，殺蟲滅菌效果好，高效節(jié)能，最主要的是干燥應(yīng)力小。

遠紅外木材干燥由于具有熱量傳遞慢、干燥材終含水率不均勻、板材表面硬化嚴重及耗電量大等缺點，很多專家否定了遠紅外木材干燥的可行性，同時很多企業(yè)的生產(chǎn)實踐也證明了這一點，因此遠紅外干燥木材技術(shù)的發(fā)展前景并不樂觀。

6、木材聯(lián)合干燥

木材聯(lián)合干燥可以彌補單一干燥方法存在的不足，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，節(jié)能降耗，提高干燥質(zhì)量。目前，主要的幾種聯(lián)合干燥技術(shù)有蒸汽-熱泵、太陽能-熱泵、高頻-真空、高頻-對流、微波-真空幾種。

(1)高頻-對流干燥

采用雙熱源聯(lián)合加熱的干燥形式，木材放在電極板之間，外部通過調(diào)節(jié)介質(zhì)溫濕度的方式進行對流加熱，內(nèi)部采用高頻電加熱，如此形成的溫度梯度及水蒸氣壓力迫使木材內(nèi)部水分向外擴散。該項技術(shù)既克服了單純高頻干燥耗電量大的缺點，又可以提高木材干燥質(zhì)量、縮短木材干燥時間。

(2)高頻-真空聯(lián)合干燥

干燥裝置分為真空罐和高頻加熱裝置，高頻加熱裝置可引起木材內(nèi)部水分子極化并產(chǎn)生熱量，在負壓和熱的共同作用下，水分子能夠在低溫下迅速汽化排出，實現(xiàn)了快速無污染干燥。該技術(shù)工藝簡單，同時還可以殺滅木材中的蟲卵，但該工藝一般僅適合于干燥樹脂少、透氣性好的闊葉材，對于密度大、透氣性差的木材干燥后可能會出現(xiàn)干燥缺陷。

(3)太陽能-熱泵聯(lián)合干燥

其由太陽能供熱系統(tǒng)、熱泵除濕系統(tǒng)和干燥室構(gòu)成，前兩者既可以同時運行，也可以單獨運行，不受天氣變化的影響，彌補了太陽能穩(wěn)定性差的缺陷，具有供熱持續(xù)、節(jié)約能源、成本低、無污染等特點。

(4)蒸汽-熱泵聯(lián)合干燥

該技術(shù)結(jié)合了蒸汽干燥與除濕干燥二者的優(yōu)點，具有節(jié)能、木材干燥周期短及適應(yīng)性強的特點。有學(xué)者對常規(guī)蒸汽干燥、除濕干燥以及二者的聯(lián)合干燥進行了對比試驗，結(jié)果表明：除濕干燥最節(jié)能，但木材干燥周期長;聯(lián)合干燥能耗比除濕干燥高18%，但總體比蒸汽干燥節(jié)能27.3%，木材干燥周期縮短50%，生產(chǎn)率大大提高。

(5)真空-微波聯(lián)合干燥

國內(nèi)對真空-微波聯(lián)合干燥的研究主要集中在微波干燥設(shè)備與真空干燥設(shè)備、干燥工藝以及磁場作用下木材介電特性等幾方面。

①微波干燥設(shè)備與真空干燥設(shè)備的應(yīng)用范圍均有限;

②木材真空干燥設(shè)備復(fù)雜、投資大，干燥成本高，木材終含水率不均勻，不適用于大規(guī)模生產(chǎn);

③微波干燥易出現(xiàn)“溫度失控”現(xiàn)象，可引起木材內(nèi)裂或炭化。

這些問題使得真空-微波聯(lián)合干燥技術(shù)的局限性更為突出。