红木家具——木材的烘干进程

天空中一道闪电划过，地面上燃起第一束火光，人类对木材的使用就开始了。

从人猿时代的狩猎工具到石器时代的生产工具；一直到青铜器时代由于生产工具的发展对木制品的形制有了较高的要求和可能；就这样每一次生产工具的进步，伴随着私有制的发展人们生存质量的提高对生活质量的要求逐步提高，木制品家具就应运而生了。

按照通常的说法，我们的家具是从兽皮、席子、马扎、交椅、榻、宝座、床、太师椅、几、案等这样一个层级发展起来的。由于木材本身应力的作用，一些家具成型以后会产生虫蛀、变形、开裂等现象，导致家具的使用寿命缩短，于是木材的干燥技术就伴随着木制品形制多样性的发展而逐渐成熟。

木材的干燥技术开始是劳动人民智慧型的，随着科学技术的进步木材干燥技术已经成为一门专业的知识；木材干燥设备研究、制造也发展成为了一个行业。

综合来说，木材干燥就是在热力的作用下，以蒸发或沸腾的汽化方式将木材内部水分排出去的过程。木材干燥的方法分为自然干燥、自然与人工相结合、人工干燥等干燥方法。

▲自然干燥：

自然干燥：将木材分类放置通风处（板材、方才或圆木），搁置成垛，垛底离地60cm左右，中间留有空隙，使空气流通，带走水分，木材逐渐干燥。自然干燥一般要经过数年或数月，才能达到一定的干燥要求。早期木材运输主要是依靠水运，树木砍伐下来以后，经由水路自然漂流至某个集中地存放至需要。这个过程中，往往是冬季砍伐，春季漂流，夏秋季转运或贩卖，加之中间商在储存原木时也有一段时间是浸泡在水池里面的，这就导致了木材在水中浸泡的时间往往在3个月以上，有些甚至超过了一年。这就造就了木材干燥的第一步——软化木材，使木材本身弹性增加，塑性降低为今后木材干燥打下了基础。接下来按照要求锯解成规格板材，我们称之为锯材后，又在储木场存放一段时间或者大户人家在其庭院过道处中间加上隔条存放3-6个月以后开始使用；部分大户人家甚至像“女儿红”酒的存放时间一样，十几年的存放至女儿出嫁前打造家具用作陪嫁品。这就形成了木材干燥的第二步——通过空气的对流及阳光的照射、岁月的更迭使得木材表层、内层水分流出、蒸发提高了木材的塑性，消除了木材的内应力，达到本地区的平衡含水率。

当时市场经济不发达，家具制作大体上是“这里做、这里用”。所以存放时间的长久保证了家具成品含水率的内在质量。以后，随着交通的发展，人员的流动，家具也逐渐演变成“这里做，那里用”的形式，这就对木材的稳定含水率提出了更高的要求，加之现代社会生活、生产节奏的加快这种纯自然的干燥工艺逐步退出了木材干燥领域，取代它的是自然与人工干燥相结合的技术。

▲自然与人工相结合的干燥工艺：

这一干燥工艺一直延续到今天很多地方还在使用。通过采伐、储木、锯材堆放阶段的时间、日光照射达到木材的纤维饱和点后进入人工干燥阶段，进而达到木材加工的终含水率要求，以下是几个人工干燥技术的介绍：

一、土窑：在黄土高原上面开凿一个高2M，宽2-3M，深度4-5M的窑洞，将木材整齐的码放在靠窑壁一端，距离窑壁流出15—25CM距离增加热气的流通性，中间放置一个小炉子暗火加热空气。门口用砖垒起来，用泥巴封住缝隙；在没有条件开挖窑体的地区就直接在砖房里面和上述方法一样，同时用泥巴封住门窗。这种方法干燥软木需要5-7天时间，干燥硬木需要7-15天时间，只要火候控制的好，有经验的师傅根据门窗上泥巴的干燥情况可以判断的出窑内木材的干燥程度。由于土窑的安全性不高，容易失火或者达不到木材的干燥要求，所以很快就被淘汰了，但是它开创了室干材的先河，在木材干燥发展史上功不可没。

二、锯末窑：这种窑也叫烟熏窑，主要是依靠具有热量的烟气干燥木材，现在这种窑还在部分林区使用。首先是在窑内地面上堆放一层高度约15CM的木材，然后覆盖上一侧5CM左右的松枝，再在上面覆盖一层30CM厚度左右的锯末，最后在锯末上方1M左右的距离架放需要烘干的木材。利用底层木材的燃烧产生热量，利用中间层的松枝和上层的锯末阻挡明火产生进而产生烟气，这种干燥方法干燥软木需要7天左右，硬木需要20-30天时间。干燥效果掌握的好也可以达到要求，缺点是被干木材表层会产生1-2MM的烟熏变色，加工时浪费加大；由于这种窑升温速度不宜控制，所以被干材进窑以前两端要用蜡封住，以防止端裂，但是表裂现象比较多，所以硬木烘干已经不适用这种锯末窑了，随之出现了烟道窑。

三、烟道窑：这种窑也叫火道窑或者炕道窑，是模仿我国北方火炕的加热方法。具体做法是在窑内盘出一条蛇形火道（也有树形火道等），窑头接出一个火炉，窑尾接出一个烟囱，火道的大小随着距离火炉的远近有比例的增加，在上面45—80CM处架设要烘干的木材，窑的顶部设有像烟囱一样的几个有盖子的出气孔。利用火道产生的热量加热窑内空气，通过空气的热量加热被干木材，逼出木材表层的水分形成窑内湿度并保持1-2天后通过次序打开窑顶部出气孔以增加窑内热空气流通，达到均衡窑温的效果。从加热开始2-3天窑内温度升到70℃左右，每个出气孔持续放气的时间20-30分钟，在窑内温度均衡不留死角的情况下保持窑温50-80度运行5-8天，期间每隔2天要进行放气过程；最后通过放气、加火降低窑内湿度，提高温度并稳定在80℃左右持续2天后开始降温。降温速度应均衡，以每天不超过10度为宜，一般情况下夏季降温时间为2-3天，冬季降温时间为5-7天。这种窑有经验的师傅也是根据门缝的泥巴干燥程度来判断木材的干燥程度，取代它的是干球温度计和湿球温度计。由于这种窑是利用木材本身的水分蒸发后形成蒸汽加热的，所以木材升温时间短，要求被干木材初含水率在30%以下并且两端要提前用蜡封住防止端裂；如果被干木材初含水率不均匀或者超过30%，就容易形成表裂和内裂，于是先进的烘干炉就出现了。

四、热风炉：由于烟道窑内部热气流通依靠窑顶排气孔人工解决，热气流通不够均匀，容易产生死角，于是通过风机加速热风流动的烘干炉出现?；驹硎峭ü缁淖饔眉铀僖つ谌确缁蛉日羝牧鞫瓿赡静牡魇?、升温、热蒸、烘干的过程。这种窑建设初期是纯粹的热气流通，加热木材；由于木材的初含水率不均匀，很快就被热蒸汽所取代。就是在窑体外附加一个水箱，其中有若干个中空烟囱，在水箱底部加热，烟囱中排除热气，水箱一角上方接出一个排气孔将水蒸汽释放出来，水箱一侧设置一个风机。当时耐高温密封风机技术不成熟，多使用长轴风机，将炉内热气、蒸汽循环起来使用达到一定的效果，而后又因为木材内应力前期作用偏大，容易产生表裂，又将农用雾化水喷头加入窑内增加调湿处理的能力，可以说这种热风炉是现代蒸汽烘干窑的前身。

▲人工干燥工艺：

以上介绍的基本上是半干材（含水率25%--30%）至气干材（含水率8%--18%）、室干材（含水率7%--15%）过程中使用的木材干燥技术。但是对于湿材、生材、半干材混合入窑的情况的解决是引进锅炉以及耐高温密封风机以后的蒸汽烘干技术成熟才开始逐步发展的。这一阶段开始的时间是上世纪90年代中期，比较明显的市场特征是采用了电脑程控系统。也就是从这个阶段开始，木材研究机构的很多研究成果被广泛应用到木材烘干领域。以下介绍一些与我们木材干燥技术相关的常识。

◎含水率：木材水分含量的比率。以终含水率为基数测定的是绝对含水率；以初含水率为基数测定的是相对含水率。绝对含水率多用于我们木材加工企业；相对含水率较多应用于木材燃烧性质的研究。

◎含水率的测定方法：主要有烘干法、电测法、蒸馏法。其中电测法是根据木材含水率的不同，电阻也随之变化的原理，多用于木材加工企业，电测法的仪器叫做测湿仪。

针式测湿仪：测针插入木材厚度的1/4—1/3，测出读数可以代表木材的平均含水率；因为锯材横纹的电阻率是顺纹电阻率的2—3倍，所以测针插入的方向应垂直于木材的纹理并横跨于木纹之间，两针之间的距离在3.5CM左右为宜。这种测湿仪多用于木材烘干过程中间，一般在窑内设置2—5组测针。

感应测湿仪：原理与针式测试仪相同，只是利用了仪器电阻感应的原理。这种测湿工具多用于木制品加工过程以及成品含水率检测。在保证不破坏成品表面的前提下测出木制品含水率，达到的准确度与针式测湿仪是相同的。

由于测湿仪测定含水率的精确范围在6%--30%之间，加之使用测湿仪测定锯材的厚度3CM以内时准确性较高，所以一个成熟的木材加工企业应设有专人及设备精确测定木材的含水率，以保证木制品终含水率的要求以及木材烘干阶段基准数据的调整。

◎木材中的水分：我们通常锯材加工企业将木材中的水分分为自由水与吸着水两类。自由水是指分布在木材大毛细管内的水分，它大致上和自由水面上的水分一样蒸发；吸着水是分布在木材微毛细管内的水分，它必须在空气湿度降低到一定程度，温度提高的条件下才能蒸发。

所以我们在完成木材软化过程以后的烘干过程就是吸着水蒸发的过程，一般情况下没有外力加热的条件下，吸着水是很难有效蒸发的。

◎纤维饱和点与平衡含水率：在大气的作用下，木材自由水蒸发完毕，而吸着水还保持着最高量时的木材含水率，我们称为纤维饱和点（即FSP）,也叫做吸湿极限（FSP=23%--33%），是木材干燥的转折点，随着温度的提高而减小，温度越高木材的吸湿能力越小。我们已经知道了吸着水存在于木材微毛细管系统，所以当木材的含水率低于FSP时，微毛细管系统从湿空气中间吸收水分我们叫做吸湿，反之称为解吸。

平衡含水率：3CM厚度以下的木材，在空气的作用下最后达到吸湿的稳定含水率或者解吸的稳定含水率（即EMC）。EMC的变化是与温度、湿度有关的。当空气湿度一定时，温度每上升1℃，EMC下降0.071%。

当干木材吸湿达到EMC时，含水率一定低于湿木材解吸达到的EMC，所以经过人工烘干处理的木材一定比自然晾晒解吸木材的含水率更加符合木材加工要求。这种现象叫做吸湿滞后现象。

当空气温度大致不变且相对湿度在一定范围变化时，木材的含水率不变，这个相对湿度变化的区域我们称为相对湿度静区。我们木制品加工企业的生产环节就是利用了这个原理的时间段，生产加工符合终含水率要求家具的。

◎弹性与塑性：木材是具有弹性和塑性的，树种密度越高，木材的弹性越小，塑性越高。

▲现代木材干燥的几个阶段和处理方法：

第一阶段：码窑。码窑是确保木材烘干质量的第一步，正确的码放材料有利于木材的均衡干燥和窑内热介质均匀流动。首先将锯材装入窑内，用1.5CM—2CM均等的隔条（各隔条的厚度差在0.5MM以内）将被干木材均匀的码放，根据窑体风口的位置或前后、或左右两端离开窑体15CM—35CM,另外两端则紧贴窑壁。

第二阶段：软化木材。这个阶段需将窑温升至45—55℃保持一段时间（1个小时左右），使干燥室内的壳体表面和主要设备及木材表面热透，避免在以后的高温工作下，这些固体表面产生冷凝水，再通过喷蒸或喷蒸、加热结合的方式使温度、湿度同时提高，并保持5—7天，让木材充分热透，以降低木材的塑性，增加弹性并降低木材里面水分子的粘度。这个时间段窑温应保持在50—75℃之间，窑内湿度应达到90%--100%。

第三阶段：升温处理。这个阶段，窑内温度要保持在75℃以上，最高不超过100℃；通过风机和排气孔的作用将湿度降下来，一般情况下，此时窑内湿球温度低于干球温度2—3度，保持5—9天。升温阶段速度要慢（软木升温1.5-2度/h；硬木升温1度/h），经验值是一天不超过10℃为宜。

上述两个阶段由于木材表层收缩剧烈，内层收缩缓慢；表层受到内层的张应力，内层受到表层的压应力，简称含水率应力的影响。如果表层水分流失过快，根据木材本身的横纹拉力小于顺纹拉力的原理，所以当木材内应力超过横纹拉力时就容易产生表裂、内裂?；谝陨侠碛?，这个阶段窑温升温时应缓慢进行，经验值是每个小时升温1℃。

第四阶段：干燥阶段Ⅰ。窑内温度在75—100℃之间，保持3—5天；窑内热介质的平衡含水率可以调低至比木材终含水率要求低2%。

这个阶段，被干木材的含水率已经降到25%--20%，其表面硬化已经基本消除，所以升温速度可以比第二阶段快。经验值是每个小时可以升温2度。本阶段结束或者将要结束的时间段里面，木材表层、内层含水率接近EMC