不同干燥方法的木材水分迁移与横向弛豫特性研究

摘要

本文选取榆木（Elm）锯材作为研究对象，采用大气干燥、常规与高温干燥和微波干燥四种干燥方法，对试材进行干燥试验，包括将初含水率范围在50％左右的试材分别干燥到含水率范围在40%、30%、20%和10%左右的四个阶段。并通过核磁共振技术，研究不同干燥方法下，木材水分迁移与横向弛豫特性，建立含水率与横向弛豫时间（T2）和峰总积分面积（S）之间的关系。主要结论如下：
　　（1）4种干燥方法对木材干燥均匀性影响为：初含水率为50%左右的素材，其中心处的最终含水率试片略高于两侧，左右两侧趋于一致，整个试材处于均匀状态；大气、常规与高温干燥，各过程的最终含水率试片表现为中心处高于两侧，左右两侧趋于一致的规律；微波干燥各过程的最终含水率试片表现为两侧低于中心处或一侧高于中心处。
　　（2）4种干燥方法的木材干燥速度和干燥曲线为：常规、高温和微波干燥，木材总平均干燥速度随着干燥温度（微波功率）的升高而增大，各干燥温度（功率）下，各阶段的干燥速度基本呈现先增大后减小的趋势。常规与高温干燥曲线分为预热、加速和减速干燥三个过程，微波干燥分为预热、等速干燥和减速干燥三个阶段。
　　（3）不同干燥方法的木材内部温度场分布为：常规与高温干燥，木材内部温度变化分为升温段和恒温段两个阶段，进入恒温段各层不存在明显的温度差；微波干燥木材内部温度大体分为三个阶段即：升温段，包括缓慢升温和快速升温两个过程，恒温段和后期升温段，干燥进入恒温段，木材内部各层温度分布比较均匀。
　　（4）4种干燥方法对木材分层含水率的影响为：木材在边部和中心处的分层含水率分布规律相同。大气与常规干燥，含水率在FSP以上时，各层间的含水率梯度增大，含水率在FSP以下时，木材主要在含水率梯度作用下进行水分迁移与蒸发，各层间含水率梯度减小。高温干燥在高能量作用下自由水整体迅速排出，各层间的含水率梯度达到最小值，之后由于干燥时间短，使得各层间的含水率偏差随着干燥含水率的减小而增大。含水率梯度是大气、常规与高温干燥水分移动的主要驱动力。微波干燥含水率在FSP以上时，木材的各层含水率偏差和梯度都在减小，低功率下可呈现内高外低的含水率分布规律，随着功率的增加，内高外低的含水率分布规律不明显。含水率在FSP以下，各层含水率被均匀化，未明显出现内高外低的含水率分布，水蒸气压力是微波干燥水分移动的主要驱动力。
　　（5）4种干燥方法对木材的横向弛豫特性的影响不仅与试件的含水率有关，还与试件所处的位置有关。素材的边部具有2种状态的水分，中心处具有3种状态，中心处的两种状态的自由水 T2值芯层都大于其它层，且各层试件自由水状态2的T2值大于边部。沿厚度方向边部的表层自由水T2值大于其它层，中心处芯层的T2值大于边部，而表层和次表层的值都小于边部。
　　（6）木材中自由水和吸着水两种状态的水分的T2值均在自由水存在的含水率为40%或30%附近时增大，之后随着自由水的耗尽，吸着水的迁移与蒸发，T2值随着含水率的降低而减小。含水率在FSP以上的木材中各种状态水分的横向弛豫特性与干燥特点，试件的含水率和试件的位置有关，试件吸着水的横向弛豫时间变化出现在干燥过程的各阶段，较自由水的移动有规律。
　　（7）通过含水率与T2和S建立的线性关系，可分别计算FSP以下及不同含水率范围试件的初含水率，核磁共振技术可作为一种新的测定木材含水率的方法。

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插图和附表清单

1 引言

1.1 我国林业资源与木材干燥现状

1.2 木材与水分的关系

1.3 不同干燥方法水分迁移特性的研究现状

1.4 核磁共振技术及应用

1.5 榆木的材性特点与应用

1.6 课题研究内容与意义

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验仪器与设备

2.3 试件的制备

2.4 试验方法

3 不同干燥方法的木材水分迁移特性结果与分析

3.1 不同干燥方法的木材干燥均匀性结果与分析

3.2 不同干燥方法的干燥速度与曲线结果与分析

3.3 不同干燥方法的木材内部温度场分布结果与分析

3.4 不同干燥方法的木材分层含水率结果与分析

3.5 本章小结

4 不同干燥方法的木材横向驰豫特性结果与分析

4.1 素材中水分的横向弛豫特性结果与分析

4.2 大气干燥过程的横向弛豫特性结果与分析

4.3 常规与高温干燥过程的横向弛豫特性结果与分析

4.4 微波干燥过程的横向弛豫特性结果与分析

4.5 木材的含水率与T2和峰总积分面积关系分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

作 者 简 介