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當(dāng)前位置:興化市精泰儀器儀表有限公司>>公司動(dòng)態(tài)>>如何理解木材的吸濕性與干縮濕脹?
根據(jù)物質(zhì)表面自由能學(xué)說,木材屬于毛細(xì)管多孔有限膨脹體,具有*的孔隙率和巨大的內(nèi)表面,因此木材的表面現(xiàn)象特別顯著,具有強(qiáng)烈的吸附性和毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象,統(tǒng)稱吸著性。而水的偶極矩大,其蒸氣凝結(jié)力又高(界面)現(xiàn)象就表現(xiàn)得尤為顯著。
當(dāng)干木材放置在潮濕空氣中,纖絲的表面借分子間力和氫鍵力將空氣中水蒸氣分子吸引于其上,成分多分子水層,從而形成吸附水。水層的厚度隨著空氣相對(duì)濕度的變化而變化,即一定的水層厚度與一定的相對(duì)濕度相對(duì)應(yīng)。當(dāng)水層厚度小于它所相應(yīng)的厚度時(shí),則從空氣中吸附水蒸氣分子,增加水層厚度;空氣相對(duì)濕度越高,所吸附的水層厚度則越厚;反之,當(dāng)水層厚度大于它所相應(yīng)的厚度時(shí),則水分向空氣中蒸發(fā),水層減薄。
在木材的纖絲表面自空氣中吸附水分的同時(shí),微毛細(xì)管表面也吸附水蒸氣,發(fā)生毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象,形成毛細(xì)管凝結(jié)水。木材這種自空氣中吸附水分的現(xiàn)象和毛細(xì)管凝結(jié)水分的現(xiàn)象稱作木材的吸濕性。
木材的吸濕性包括吸濕和解吸。當(dāng)空氣中水蒸氣壓力大于木材表面水蒸氣壓力時(shí)木材從空氣中吸著水蒸氣,成為吸濕;反之,當(dāng)木材中水蒸氣壓力大于空氣中水蒸氣壓力時(shí),木材則向空氣中蒸發(fā)水分,稱為解吸。這就是日常生活中人們感受到的當(dāng)空氣潮濕時(shí),較干的木材從空氣中吸收水分,反之,較濕的木材會(huì)向較干燥的環(huán)境散發(fā)濕氣。
實(shí)際上木材的吸濕和解吸經(jīng)常是可逆的,是同時(shí)進(jìn)行的,一方面水蒸氣分子碰撞于木材的界面被吸取,發(fā)生吸濕;另一方面,也有一部分水蒸氣分子脫離木材向空氣中蒸發(fā),發(fā)生解吸。
受木材含水率與空氣相對(duì)濕度的影響,其吸濕與解吸的數(shù)量不同,在過程開始時(shí),如木材是絕干的,則單位時(shí)間內(nèi)木材自空氣中吸著水蒸氣分子的量多于同一時(shí)間自木材蒸發(fā)的量,如果木材是濕的,則相反,木材自空氣中吸著水蒸氣的量將少于由木材向空氣中蒸發(fā)的量。隨著過程的繼續(xù),吸濕與解吸的速度接近相等,而達(dá)到平衡狀態(tài),即所謂吸濕平衡。
如前述,木材屬毛細(xì)管多孔有限膨脹膠體,吸水后不自動(dòng)溶解和喪失其幾何形狀,僅使尺寸和體積發(fā)生一定量的增大,稱為濕脹或膨脹。
木材濕脹不僅增大尺寸,同時(shí)改變形狀,強(qiáng)度下降,對(duì)木材的利用與木制的使用都極其不利。
木材濕脹是由于細(xì)胞壁纖絲的表面吸附水分子,纖絲之間的水層增厚,將纖絲撐開,木材的細(xì)胞壁,乃至整個(gè)木材尺寸因之脹大,即所謂濕脹。但是木材濕脹不是發(fā)生在吸取水分的全過程,只是吸取結(jié)合水時(shí)才發(fā)生,在吸取自由水時(shí)并不引起膨脹。當(dāng)將干木材置于濕空氣時(shí),木材吸濕膨脹,如空氣濕度為100%直到細(xì)胞壁為結(jié)合水所飽和,即至纖維飽和點(diǎn)時(shí)濕脹達(dá)到zui大為止。此時(shí)如將木材轉(zhuǎn)浸水中,使其繼續(xù)吸取水分,含水率盡管繼續(xù)增加,但濕脹卻不再繼續(xù)發(fā)生,因?yàn)榇藭r(shí)所吸取的水分是只存在于胞腔的自由水。
木材濕脹的大小以濕脹率表示,即絕干尺寸和空氣中濕潤(rùn)至纖維飽和點(diǎn)含水率尺寸的差值(吸水膨脹),或在水中潤(rùn)濕至其尺寸達(dá)到穩(wěn)定不變時(shí)的差值(吸水膨脹),與絕干尺寸的百分比。
木材吸濕膨脹尚可以含水率每增加1%的平均濕脹率,即濕脹系數(shù)來表示。
木材濕脹也很不均勻,具各向異性??v向濕脹極小(可略而不計(jì)),橫向濕脹很大,橫向中的弦向又比徑向大,一般相差2倍。濕脹還隨樹種而異,一般密度大者膨脹多。水分檢測(cè)儀
木材吸收其他液體時(shí)同樣發(fā)生膨脹。所吸取的液體介電常數(shù)越高,木材膨脹越大;非極性液體或液體極性越小的,則不引起木材膨脹或膨脹甚小。
與木材吸濕膨脹相反,當(dāng)木材干燥失水時(shí),其尺寸和體積隨著水分的散失而減小,稱干縮。木材的干縮是木材加工利用上的一大問題,它不僅因木材干縮而發(fā)生尺寸和體積的縮小,尚因干縮不均而引起木材開裂、翹曲變形等缺陷,同時(shí)干燥后的木材尺寸和體積并非*不變,它隨著周圍空氣濕度的變動(dòng)而繼續(xù)發(fā)生變化。
木材之所以干縮,主要由于當(dāng)木材干燥時(shí),水分向外蒸發(fā),細(xì)胞壁上纖絲之間、微纖絲之間和基本纖絲之間的吸著水?dāng)?shù)量減少,期間的水層減薄,纖絲、微纖絲和基本纖絲彼此間就將靠攏以致細(xì)胞壁,乃至整個(gè)木材的尺寸因之縮小。
同濕脹一樣,木材干縮也不是發(fā)生在木材水分蒸發(fā)的整個(gè)過程中,當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以上,自由水蒸發(fā)時(shí),木材尺寸無(wú)變化,而只是在纖維飽和點(diǎn)一下,即自由水蒸發(fā)完畢,吸著水散失時(shí)才發(fā)生。
木材干縮的大小以干縮率表示,即干燥前后尺寸的差值與干燥后尺寸的百分比。也常用含水率每減少1%時(shí)的平均干縮率即干縮系數(shù)來表示。
木材紋理方向不同,干縮各異,具有干縮各向異性,縱縮很小,橫縮很大。一般正常的木材全干干縮率(為自纖維飽和點(diǎn)至絕干狀態(tài)的干縮率),縱縮為0.1%-0.3%,徑縮為3%-6%,弦縮微6%-12%,體積干縮為9%-14%。
總之,由于含水量的增減導(dǎo)致木材尺寸發(fā)生變化,主要因?yàn)榻Y(jié)合水的增減而擴(kuò)張或收縮細(xì)胞壁內(nèi)的微隙而發(fā)生。木材的膨脹與收縮的一般趨勢(shì)如下:
1-闊葉才大于針葉材;
2-邊材大于心材;
3-弦切面:徑切面:縱向=10:5(1-0.5);
4-密度大的木材大于密度小的木材;
木材加工工業(yè)上減少木材的干縮濕脹,常采取如下措施:
1-均勻干燥至適于加工使用的適宜含水率;
2-盡量使用徑切材,盡量使用密度小的木材;
3-使用吸濕能力小的高溫處理的干燥木材;
4-使用人造板;
5-對(duì)木制品進(jìn)行油漆涂裝,在其表面形成的涂料涂膜可較大程度地防止木材的吸濕放濕,但因涂膜尚有一定的透濕性,因而并不能*阻止。
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