2.6　木材干燥曲线和木材干燥的三要素

2.6.1　木材干燥曲线

木材干燥曲线也叫干燥曲线，是描述干燥过程中木材含水率与时间的关系曲线。理想的干燥曲线如图2-1所示。从干燥曲线中可以看出，木材干燥的全过程分为三个阶段：预热阶段、等速干燥阶段、减速干燥阶段。

图2-1　干燥曲线

（1）预热阶段

在木材干燥开始阶段，暂时不让木材中的水分向外蒸发，对木材进行预热处理，把木材的温度从常温加热到干燥所需要的温度。沿着木材厚度方向，表层到芯层的温度要趋于一致，均匀热透。一般采取的办法是，在提高干燥室内干燥介质（如空气）温度的同时，将干燥介质的湿度提高到饱和或接近饱和的状态。因在这个阶段中木材的含水率不下降，所以干燥曲线是水平状态。

（2）等速干燥阶段

干燥曲线呈线性状态时表示进入等速干燥阶段。木材经过预热后，按照干燥的要求，把干燥介质的湿度降低，使木材开始进行干燥。这个阶段是木材的自由水蒸发时期，只要干燥介质的温度、湿度和循环气流速度不变，木材含水率下降的速度也保持不变。当等速干燥阶段达到终点时，木材表层的自由水已经全部排除，但木材内部的自由水仍然存在，只是由于水分移动的阻力大，不能维持初期的干燥速度。

等速干燥阶段内，当干燥介质的温度较高，湿度较低时，自由水会蒸发得比较强烈。这时必须要有足够大的气流速度来吹散并破坏木材表面的饱和蒸汽和蒸汽滞层（界层），以保持相等的干燥速度。

（3）减速干燥阶段

等速干燥阶段结束以后，木材中的自由水基本被蒸发干净，吸着水开始蒸发。随着蒸发过程的进行，吸着水的数量逐渐减少，水分蒸发需要的热量越来越多，含水率下降的速度也越来越慢。因此，此阶段被称为减速干燥阶段。在这个阶段，要提高木材水分的蒸发速度，必须将干燥介质的温度提高，湿度降低，并保持一定的气流循环速度。当木材中的吸着水含量达到木材最终含水率要求时，木材干燥过程结束。

需要提示的是，等速干燥阶段在实际的木材干燥过程中几乎不存在，而减速干燥阶段则基本贯穿干燥过程的始终，只是在不同的含水率阶段，因环境温湿度条件的不同，水分下降的速度有所不同。

2.6.2　木材干燥三要素

通过上述对木材干燥过程的描述可以知道，决定木材干燥速度的因素有干燥介质的温度、湿度，气流速度，木材的温度和木材含水率梯度。在这几个因素中，木材含水率梯度是决定干燥速度的主要内因；干燥介质的温度、湿度和气流速度是决定木材干燥速度的主要外因。

含水率梯度越大，水分由内向外移动越快，木材干燥速度越快，但在比较大的含水率梯度下进行干燥处理，对木材的完整性和机械性质都将产生不良影响，如木材的开裂和变形等。所以，木材干燥速度不应过分地依靠含水率梯度的加大。

干燥介质的温度决定了木材的温度和木材中水分的温度，是直接促进木材干燥的因素，它为木材的加速干燥创造了有利条件。在常规室干过程中，如果把湿空气（简称空气）作为干燥介质，采用高温干燥虽然能加快干燥速度，但高温空气可能会使木材的某些性能发生变化，对木材产生不利影响。因此，一般把空气的温度限制在100℃以下。

干燥介质的湿度是对木材干燥速度起制约作用的因素。在干燥介质的温度一定时，湿度越高，木材干燥的速度越慢；湿度越低，木材干燥的速度越快。

干燥介质的气流速度是保证温度和湿度充分发挥作用的因素。气流的运转可以吹散木材表面的饱和水蒸气层，使已从木材表面吸收水分的干燥介质（如湿空气）被迅速驱走，同时把干燥介质的热量传给木材。所以，干燥介质的气流速度越快，木材干燥速度就越快。在常规室干中，干燥介质的气流速度越快，被干燥的木材堆（木堆、材堆）进口和出口的气流速度差值就越小，干燥介质的温度就越均匀。但是，气流速度过快，会浪费动力能源，增加干燥成本。因此，气流速度要选择适当。一般要求常规室干中，常温室干的气流速度应在2～3m/s，高温室干的气流速度应在3～5m/s。

随着天然林资源的逐年减少，大径级原木的数量越来越少，导致小径级原木（小径木）的使用量大量增加。小径木锯材在干燥过程中，气流速度一般要求在1～1.5m/s，主要是因为气流速度过大会导致木材开裂。所以，用于小径木锯材干燥的干燥室，一定要注意选择合理的气流速度。否则会导致不必要的损失和浪费。

干燥介质的温度、湿度和气流速度是决定木材干燥质量和木材干燥速度的重要因素，被称为木材干燥的三要素。这三个要素在木材干燥过程中联系紧密，缺一不可。木材的干燥原则是，在保证木材干燥质量的前提下，合理地控制干燥介质的温度、湿度和气流速度，将能源消耗控制在最小范围，尽量提高木材的干燥速度。