木材幹燥方法壹般可分為自然(自然)幹燥和人工幹燥。根據木材加熱方式的不同,可分為對流幹燥、介電幹燥、輻射幹燥和接觸幹燥。對流幹燥主要包括常壓幹燥、常規室式幹燥、除濕幹燥、太陽能幹燥、真空幹燥(間歇式)等。介電幹燥包括微波幹燥和高頻幹燥。輻射幹燥主要指紅外線幹燥;接觸幹燥是使被幹燥的木材與被加熱物體表面直接接觸,傳導熱量,蒸發水分。下面簡要討論主要的木材幹燥方法。
(1)大氣幹燥,簡稱風幹,是自然幹燥的主要形式。它利用自然界中大氣的熱量來蒸發木材的水分,達到幹燥的目的。風幹可分為普通風幹和強制風幹。強制風幹幹燥質量好,木材不會發黴變色,還能減少端裂。與普通空氣幹燥相比,幹燥時間可縮短約1/2-2/3,但幹燥成本增加約1/3。大氣幹燥的優點是:工藝簡單,易於實施,節能經濟,能滿足氣幹木材的要求。此外,如果與室內幹燥、微波幹燥等其他幹燥方式相結合,還可以達到縮短幹燥時間、保證幹燥質量、降低幹燥成本的明顯效果。缺點是幹燥條件不好控制,幹燥時間長,占用空間大。在幹燥期間,木材容易受到細菌和昆蟲的侵害,最大含水量只能幹燥到與大氣狀態平衡的空氣幹燥度。
(2)室內幹燥是指人工控制幹燥介質的參數,在常規幹燥室內對木材進行幹燥。根據幹燥介質溫度的不同,室內幹燥可分為低濕度室內幹燥、普通溫室幹燥和高溫室幹燥。所謂低溫、常溫、高溫,是指幹燥過程中介質的溫度可分別達到50-60℃、100℃和100℃以上。低溫室幹燥周期長,但能保證幹燥質量,保持木材本色。常溫室內幹燥對木材性質和顏色影響不大,壹般是允許的。高溫室幹燥可分為以濕空氣為介質的高溫室幹燥和以常壓過熱蒸汽為介質的高溫室幹燥兩種。高溫幹燥周期短,但影響木材的壹些性能,使木材表面堅硬,不易刨平加工,易碎,變焦,易破損,顏色較暗,影響美觀。以上三種房間幹燥應根據被幹燥木材的樹種、厚度、用途、幹燥房間性能等條件正確應用。室式幹燥的優點是幹燥質量好,幹燥周期短(比風幹快很多倍),幹燥條件調節靈活,可幹燥到低於風幹度的任意最終含水率,集中裝卸和運輸作業,實現機械化和自動化。缺點是設備和工藝比風幹復雜,投資多,成本高。
空氣幹燥和室幹燥屬於傳統的幹燥方法,壹般稱為常規幹燥。至於其他幹燥方法,壹般稱為特種幹燥,主要如下。
(3)除濕幹燥(冷凝幹燥)與房間幹燥的區別在於濕空氣不流出房間,而是流經除濕器。冷卻後,壹部分水蒸氣凝結成水排出,空氣變幹,再加熱後流入柴堆,使木材幹燥。也就是說,濕空氣是在壹個封閉的系統中進行“冷凝-加熱-幹燥”的循環。除濕幹燥的優點是可以回收水蒸氣的潛熱,能耗明顯低於常規的室式幹燥,尤其是在幹燥過程的前期;幹燥質量好,木材降解少,操作簡單。缺點是幹燥溫度受制冷劑限制,壹般低、慢、長,尤其是含水量低於20%時。因為使用電能,能源成本高;壹般沒有蒸汽發生器,很難調節濕度。
(4)真空幹燥(負壓幹燥)真空幹燥是在真空條件下,對封閉容器中的木材進行幹燥。按操作方式可分為間歇真空法和連續真空法。前者按常壓加熱和負壓幹燥兩個階段間歇交替進行,有蒸汽、熱水、煙氣或電加熱。後者是同時持續加熱和抽真空,加熱通過熱板、薄膜、高頻、微波實現。真空幹燥的優點是在真空條件下,水的沸點降低,木材的內壓更高,因此在低濕度下可以加快幹燥速度,縮短幹燥周期,保證幹燥質量,特別適用於幹燥透氣性好或易收縮的木材,以及厚度較大的硬質闊葉樹材。缺點是設備復雜,容量小,投資大。
(5)太陽能幹燥太陽能幹燥是利用集熱器吸收太陽輻射能量來加熱空氣,然後通過空氣的對流傳熱來幹燥木材。太陽能幹燥室可分為溫室型和外集熱器型;也可分為主動式(即有蓄熱裝置或輔助熱源,能連續工作,受天氣影響很小或沒有影響)和被動式(即只有在有陽光時才能運行,受天氣限制)。太陽能的幹燥速度壹般比空氣幹燥快,比室內幹燥慢,因氣候、樹種、集熱器的結構和比面積、控制方式不同而不同。太陽能幹燥的突出優點是節能,可以利用取之不盡的太陽能。與其他人工幹燥方法相比,能耗少,幹燥成本低。幹燥的降解小於風幹,最終含水量低於風幹,幹燥質量更好。缺點是受氣候影響大,高緯度地區冬季幹燥效果差,幹材量無法穩定供應;建築服務的投資和房間幹燥差不多,但是幹木材的產量比房間幹燥少得多。
(6)高頻微波幹燥是將濕木材,主要是電介質,置於高頻或微波電磁場中,在交變電場的作用下,木材分子極化,摩擦生熱,木材被幹燥。木材幹燥用的高頻頻率是幾十MHz,微波頻率是915和2450 MHz。因為微波幹燥的頻率高於高頻幹燥,所以幹燥效率也更好。高頻幹燥的應用趨向於組合幹燥,如高頻-對流組合幹燥和高頻-真空組合幹燥。高頻和微波幹燥的優點是木材內外同時加熱,加熱均勻,幹燥速度快,幹燥時間短,幹燥質量好,保持了木材的本色。缺點是用電,電比較貴,有些物料的烘幹成本較高,設備投資也較大。
(7)加壓幹燥是將木材放在密閉的容器中,在高於1大氣壓的壓力和高於100℃的溫度下對木材進行幹燥。室內壓力可達0.25Mpa,溫度可達148.9℃。這種幹燥方式的特點是在高溫下能保持較高的平衡含水率,不易造成較大的水分梯度和應力。加壓幹燥是壹種高溫幹燥,具有幹燥速度快、幹燥周期短、能耗少的優點。缺點是幹燥難幹的木材,如胡桃木、橡木等,容易開裂。