2.7　木材干燥过程中应力的产生

在干燥过程中，如果木材内存在比较大的含水率梯度，干燥速度过快时，就会使木材产生应力和变形。

木材由于含水率分布不均匀会产生暂时的应力和变形，待含水率均匀后，其应力和变形随之消失。这说明木材具有弹性，这个应力叫含水率应力，变形叫含水率变形或弹性变形。除此之外，木材还具有塑性。在含水率应力与变形持续的期间，由于热湿的作用，木材的外层或内层会发生塑性变形，在含水率分布均匀后，塑性变形的部分不能恢复到原来尺寸，也不能减少到应当干缩的尺寸，并且保持着一部分应力。这种变形叫残余变形，这种应力叫做残余应力。

含水率应力与残余应力之和等于全应力。在木材干燥过程中，全应力影响木材的质量。干燥过程结束后，继续影响木材质量的是残余应力。因此，残余应力越小越好。

应力在木材干燥过程中的变化可分为四个阶段，即干燥刚开始阶段、干燥初期阶段、干燥中期阶段、干燥终了阶段。

干燥刚开始阶段，木材内外各部分都还没有发生干缩，木材内不存在含水率应力和残余应力。

干燥初期阶段，木材的芯层保持着比较高的含水率，而木材表层的自由水迅速蒸发。随着水分蒸发的深入，吸着水也开始逐步排除。与此同时，木材表层开始干缩，但芯层还没有干缩。芯层受到表层的压缩，表层受到拉伸。所以，木材干燥初期阶段的内应力状态是表层受拉应力，芯层受压应力。这种应力是因木材的含水率梯度造成的。虽然木材内部的水分移动要借助于含水率梯度，允许这种应力在一定时间内存在，但它不宜过大且不宜时间过长，否则将引起木材的表面干裂。在这个阶段要充分利用木材的含水率梯度，但不能使木材的应力过大。在干燥过程中采用的方法是，对被干木材进行定期的热湿处理，并保持一定时间的高湿度，以提高木材的表层含水率，使已固定的塑性变形的部分重新得以软化并湿胀伸张，从而消除或减小表层的拉应力和芯层的压应力。尽管如此，干燥初期阶段依然是干燥过程中比较安全的阶段，是可以提高干燥速度的阶段。

干燥中期阶段，木材内部的含水率已下降到纤维饱和点以下。假如在干燥初期阶段没有对被干木材进行热湿处理，那么木材表层已失去正常的干缩条件而固定于伸张状态。此时尽管木材芯层的含水率高于表层，但是芯层木材干缩的程度类似于表层木材在塑化固定前所产生的不完全干缩。木材的内部尺寸与外部尺寸暂时平衡，因此木材的内应力也暂时处于平衡状态。在这个阶段，木材内部的水分向表面移动的距离加长，木材干燥更困难、更缓慢。如果木材的表层干燥过快，芯层的水分来不及移动到表层，就会造成木材外部很干，内部很湿，即所谓的“湿芯”现象。木材的表层由于含水率极低又处于固定的拉伸变形状态，会成为一层硬壳。它不仅使木材内部的水分难以通过木材的表面向外排除，而且还影响木材内部的干缩。这种现象称为“表面硬化”。如果不及时解除表面硬化，木材干燥将难以继续进行并产生严重的干燥缺陷。因此在这个干燥阶段，必须对被干木材进行热湿处理，用高温高湿的办法使已塑化固定的木材表层重新吸湿软化，以此来解除木材的表面硬化。

干燥终了阶段，木材的含水率沿着木材断面各层已分布得比较均匀，从内到外的含水率梯度比较小。如果在干燥中期阶段没有进行热湿处理此时，由于表层木材塑化变形固定并已经停止干缩，就限制了芯层木材随着吸着水的排除而应当形成的正常干缩，从而产生芯层受拉伸、表层受压缩的应力状态。这种应力状态与干燥初期阶段相反。这个阶段的含水率梯度虽然不大，但是随着干燥的继续进行，内应力会随之增加。如果消除不及时，当内应力超过木材的强度极限时就会出现内裂，即木材芯层的拉应力超过芯层木材的抗拉强度极限，使芯层木材遭到破坏。产生内裂的木材将失去使用价值，造成严重的浪费。因此，这个阶段的应力是很危险的，要及时消除。一般采用的方法仍是对被干木材进行热湿处理，使表层的木材在高温高湿条件下，重新湿润和软化，并得到补充的干缩，从而使表层木材能与芯层木材一起干缩，减少内层受拉和外层受压的应力。在整个木材干燥过程结束之后，木材内部还可能有残余应力。为消除这些残余应力，使木材在以后的加工和使用过程中不会出现开裂和变形等情况，还必须对被干木材进行热湿处理，才能保证木材的干燥质量。

总而言之，木材在干燥过程中，各阶段始终存在着应力，这是不可避免的，是造成木材干燥缺陷的主要原因。因此，为了保证木材干燥质量，在木材干燥过程中，要随时掌握木材应力的变化情况，并采取有效措施使它降低到安全程度。