我国家具行业的木材干燥问题
自20 世纪80 年代以来,我国家具业取得了持续的、巨大的发展,年平均增长率在15 %以上,本世纪初已成为世界家具生产大国,2004 年我国家具的出口额位居世界第一,表1 所列为2000 年至2005 年我国家具业的生产总值及出口额[1-2 ] 。在本世纪的前10 年里,我国将成为世界上最大的家具生产国,并且将实现跨越式的发展,成为家具生产强国。
表1 2000 —2005 年我国家具业的产值和出口额
1 我国家具业的木材干燥量
我国家具产品有许多门类和品种,包括民用家具、办公家具、厨房家具和公共家具(其中又分为宾馆家具、医用家具、校用家具、剧院家具、车站及空港家具等) 。根据行业经验,木质家具(实木家具和人造板家具) 约占我国家具总量的80 %,按使用材料分类,各类家具产品的比例见表2 ;从用途分类,各种门类的家具产品中,民用家具约占总量的50 %,办公家具占25 %～30 %。办公家具中至少一半使用木质材料;公共家具也大部分是木质家具。
表2 各种门类家具产品使用材料的分类及比例
为了确定我国家具业对阔叶树材的需求量,1996年曾进行过一项调研[3-4 ] 。所调查企业的总产值为17 亿元人民币,当时折合为2 亿美元。其中大型企业的规模是年产值2134 亿元;中小型企业的年产值是2 100 万元左右。对应于17 亿元的家具生产,消耗的各种木质材料数量及所占比例见表3 。
表3 家具生产中木质材料的消耗量及比例
1999 年我国的实际木材供应量为1.44 亿m3 ,其中实木家具用材(包括原木和锯材) 为2 400 万m3 ,当时家具产品的总件数是6.6 亿件。估计到2010 年,我国木材需求量将达到2.4 亿m3 ,而家具业将耗用木材4 400 万m3 ,占总消耗量的18.3 %。由此推算,目前我国家具业的锯材用量至少在1 400万m3 / 年。如按其中60 %的木材需要进行人工干燥计,其年干燥量可达840 万m3 。
2 家具业木材干燥的主要问题
我国制造的实木家具基本上以国内东北阔叶树材(如柞木、水曲柳) 以及近几年来大量的进口热带及温带阔叶树材(如橡木、樱桃木和胡桃木等) 作为原料。这些树种的木材一般都属难干材,而且价格较贵,避免干燥等损失应是家具企业优先考虑的因素。
我国幅员广阔,各地的年均含水率差异很大,特别是出口产品,必须使家具产品的终含水率适合当地的年平均平衡含水率或当地的使用条件,所以,在生产过程中,对木材含水率的控制十分必要。目前,国内相当多的家具企业缺乏专业干燥人员,很多工厂中实施的干燥工艺亦不尽合理,有必要对家具企业中的干燥工艺进行指导。
2.1 预干工艺
对难干硬阔叶树材,特别是红木等热带硬阔叶树材,干燥宜采用先预干、再窑干的工艺,可降低干燥能耗,并可减少木材降等的可能,保持木材本色。比较可行的预干方法有2 种:
1) 气干干燥 将锯材堆放在板院内进行气干,使含水率达到20 %～30 % ,然后窑干。采用气干与窑干相结合的干燥方式比较经济,可以提高干燥窑生产率约40 % ,减少降等损失60 %。但气干须有较大面积的场地,并须严格管理。红木家具厂以采用自然气干为宜。
2) 低温预干 把板材置放于预干窑内进行干燥,窑内配有风机及通风道,气流通过材堆的风速在1.0～1.5 m/ min 、温度为20～40 ℃。低温预干窑可采用木质构件建造,内部通风装置与加热装置的容量较小,低温预干周期比气干短,降等损失小。
此外,为了促进实木的干燥,采用预刨光的方法也十分有效。生材在窑干前先用平刨机将两面刨光,以消除锯解时留下的微小缝隙,可有很好的防开裂效果。这种微小的缝隙,是造成干燥开裂的原因之一,包括干燥的表裂和内裂,木材的内裂大约有98 %是由表裂加深所致。
有研究表明[5 ] ,预刨光可减少锯材约75 %的表裂,缩短干燥时间7 %。但需注意的是,进行预刨光的板材要留有厚度加工余量,以免因刨光损耗而导致锯材厚度偏低。实际上,木料经预刨光后,使用前仅需细刨即可;而未经刨光的板材在使用前,也必须经过平刨与细刨处理。所以,总损耗基本相同。
木材干燥时若采用端部涂漆,也有很好的防裂效果。对于2 m 长的板材,可增加木材利用率8 %左右。端部涂漆应在木材锯切后的1～3 天内进行才有效果;3 天以后涂漆则只能收到一半的效果。
2.2 含水率控制
2.2.1 含水率控制的必要性 我国地域辽阔,年平均平衡含水率在15 %左右,如以青岛、上海、广州三地为例:三地区 平衡含水率的最小值为12.4 % ,而高值则远高于10 %。因此,在此环境下生产的木制品都存在着吸湿问题。
平衡含水率的大小取决于环境的温度和湿度,即使在同一地区,一昼夜内的温度和湿度也变化较大,
因此平衡含水率也相差较大。在江苏某地的实测表明,六月份该地区在一昼夜内的平衡含水率,其最小值为7.1 %,最大值为24.2 % ,相差17.1 %,平均值为16.5 %。其变化的情况列于表4 。
如白天的工作时间,从上午9 ∶30 到下午6 ∶00 ,共有8.5 个小时平衡含水率在14 %以下;其余时间的平衡含水率都高于14 % ,木制品极易吸湿,共有15.5 小时面临除湿问题,因此,对含水率进行控制非常必要。
表4 江苏某地一昼夜内木材平衡含水率的变化范围
生产过程中有无含水率控制,产品的最终含水率亦可有较大差异。一般在3 昼夜后出现明显差别,阔叶树材中的环孔材及针叶树材的吸湿尤为明显。如投料含水率为6 %的水曲柳和橡胶木,经7 昼夜,其终含水率可分别上升为15.2 %和15 %;红木的吸湿虽然不明显,但是如不采取控制,同样会因吸湿使含水率增高,而这往往是厂家容易忽视的问题。
2.2.2 含水率的控制方法
1) 控制干燥后木材的初含水率。对在国内销售的实木家具,销往南方的,木材干燥后的终含水率宜控制在15 %及以下;销往北方的,木材干燥后的终含水率宜控制在12 %及以下。干燥后的木材不可立即投入加工生产,应贮存在干料库内2～3 天,以消除干燥应力,平缓含水率梯度。干料库内的温度应控制在35～40 ℃、相对湿度40 %～50 %为宜。
2) 尽量缩短生产周期。生产周期的长短直接影响木制品含水率的高低,因此,要合理地组织生产,使各零件的含水率同时均衡到位。目前,台湾的许多企业,生产周期一般控制在2～3 天内。鉴于实木家具生产周期较长,建议改进工艺,实行零部件专业化生产,亦可以实现生产周期的缩短。
3) 在低含水率环境存放。木制品在自然环境中显然要吸湿,因而有必要建立低含水率环境,使该环境中的含水率控制在12 %以下。创造这种环境有以下方法:
①建造除湿房,配备除湿机,控制室内空气的平衡含水率;
②在干材仓库内,利用木材干燥原理,配备风机及散热片,控制室内的平衡含水率;
③按产品要求的不同,采用不同的除湿方法。如对要求严格的抛光类家具零部件,宜存放在除湿房内,而对牙板等次要零部件,用塑料布或帆布等覆盖即可;
④严格控制油漆前家具白坯的含水率,对抛光类家具零部件的白坯应控制含水率在12 %以内;对非抛光类家具零部件的白坯,应控制在14 %以内,方可上油漆。对含水率失控的零部件,应坚决采取补救措施,进行干燥或表面除湿处理,务必使木材的含水率达到要求。
⑤完善工艺,防止含水率升高。如加强木制品非油漆面的封闭,另外,还需控制包装纸箱的含水率(包装纸箱的含水率一般在14 %～18 % ,需经除湿处理到10 %左右) 。
2.3 合理的干燥工艺
难干的硬阔叶树材中的水分通道大多不畅,水分移动非常缓慢,因此,木材的表层与内层的含水率相差很大。在木材干燥过程中,为了提高木材的干燥速度、消除干燥过程中的应力,缓解含水率梯度,平衡材堆各块板的最终含水率,需要分别进行预热、中间、平衡和终了处理等多次处理,因此,干燥宜采用热水和蒸汽干燥方式。
两种干燥方式均采用热湿空气作为干燥介质,易于调节温、湿度,并可利用喷蒸或喷水,便捷地进行中间处理和后期的平衡处理与终了处理。目前,国内的设备生产厂家均可提供很好的热水和蒸汽干燥窑。
3 结论
我国家具产品中的实木家具占60 %以上,用材量大,且主要使用的是硬阔叶树材,所以干燥质量和干燥降等是重点考虑的因素。为了提高干燥质量,减少降等,必须对板材进行预干。
同时,应加强生产过程中的含水率控制,以使产品适应各地不同的平衡含水率或使用条件。实现这些目标的前提是,在干燥作业中必须实施合理的干燥工艺。