我國家具行業的木材干燥問題
自20 世紀80 年代以來,我國家具業取得了持續的、巨大的發展,年平均增長率在15 %以上,本世紀初已成為世界家具生產大國,2004 年我國家具的出口額位居世界第一,表1 所列為2000 年至2005 年我國家具業的生產總值及出口額[1-2 ] 。在本世紀的前10 年里,我國將成為世界上最大的家具生產國,并且將實現跨越式的發展,成為家具生產強國。
表1 2000 —2005 年我國家具業的產值和出口額
1 我國家具業的木材干燥量
我國家具產品有許多門類和品種,包括民用家具、辦公家具、廚房家具和公共家具(其中又分為賓館家具、醫用家具、校用家具、劇院家具、車站及空港家具等) 。根據行業經驗,木質家具(實木家具和人造板家具) 約占我國家具總量的80 %,按使用材料分類,各類家具產品的比例見表2 ;從用途分類,各種門類的家具產品中,民用家具約占總量的50 %,辦公家具占25 %～30 %。辦公家具中至少一半使用木質材料;公共家具也大部分是木質家具。
表2 各種門類家具產品使用材料的分類及比例
為了確定我國家具業對闊葉樹材的需求量,1996年曾進行過一項調研[3-4 ] 。所調查企業的總產值為17 億元人民幣,當時折合為2 億美元。其中大型企業的規模是年產值2134 億元;中小型企業的年產值是2 100 萬元左右。對應于17 億元的家具生產,消耗的各種木質材料數量及所占比例見表3 。
表3 家具生產中木質材料的消耗量及比例
1999 年我國的實際木材供應量為1.44 億m3 ,其中實木家具用材(包括原木和鋸材) 為2 400 萬m3 ,當時家具產品的總件數是6.6 億件。估計到2010 年,我國木材需求量將達到2.4 億m3 ,而家具業將耗用木材4 400 萬m3 ,占總消耗量的18.3 %。由此推算,目前我國家具業的鋸材用量至少在1 400萬m3 / 年。如按其中60 %的木材需要進行人工干燥計,其年干燥量可達840 萬m3 。
2 家具業木材干燥的主要問題
我國制造的實木家具基本上以國內東北闊葉樹材(如柞木、水曲柳) 以及近幾年來大量的進口熱帶及溫帶闊葉樹材(如橡木、櫻桃木和胡桃木等) 作為原料。這些樹種的木材一般都屬難干材,而且價格較貴,避免干燥等損失應是家具企業優先考慮的因素。
我國幅員廣闊,各地的年均含水率差異很大,特別是出口產品,必須使家具產品的終含水率適合當地的年平均平衡含水率或當地的使用條件,所以,在生產過程中,對木材含水率的控制十分必要。目前,國內相當多的家具企業缺乏專業干燥人員,很多工廠中實施的干燥工藝亦不盡合理,有必要對家具企業中的干燥工藝進行指導。
2.1 預干工藝
對難干硬闊葉樹材,特別是紅木等熱帶硬闊葉樹材,干燥宜采用先預干、再窯干的工藝,可降低干燥能耗,并可減少木材降等的可能,保持木材本色。比較可行的預干方法有2 種:
1) 氣干干燥 將鋸材堆放在板院內進行氣干,使含水率達到20 %～30 % ,然后窯干。采用氣干與窯干相結合的干燥方式比較經濟,可以提高干燥窯生產率約40 % ,減少降等損失60 %。但氣干須有較大面積的場地,并須嚴格管理。紅木家具廠以采用自然氣干為宜。
2) 低溫預干 把板材置放于預干窯內進行干燥,窯內配有風機及通風道,氣流通過材堆的風速在1.0～1.5 m/ min 、溫度為20～40 ℃。低溫預干窯可采用木質構件建造,內部通風裝置與加熱裝置的容量較小,低溫預干周期比氣干短,降等損失小。
此外,為了促進實木的干燥,采用預刨光的方法也十分有效。生材在窯干前先用平刨機將兩面刨光,以消除鋸解時留下的微小縫隙,可有很好的防開裂效果。這種微小的縫隙,是造成干燥開裂的原因之一,包括干燥的表裂和內裂,木材的內裂大約有98 %是由表裂加深所致。
有研究表明[5 ] ,預刨光可減少鋸材約75 %的表裂,縮短干燥時間7 %。但需注意的是,進行預刨光的板材要留有厚度加工余量,以免因刨光損耗而導致鋸材厚度偏低。實際上,木料經預刨光后,使用前僅需細刨即可;而未經刨光的板材在使用前,也必須經過平刨與細刨處理。所以,總損耗基本相同。
木材干燥時若采用端部涂漆,也有很好的防裂效果。對于2 m 長的板材,可增加木材利用率8 %左右。端部涂漆應在木材鋸切后的1～3 天內進行才有效果;3 天以后涂漆則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 我國地域遼闊,年平均平衡含水率在15 %左右,如以青島、上海、廣州三地為例:三地區 平衡含水率的最小值為12.4 % ,而高值則遠高于10 %。因此,在此環境下生產的木制品都存在著吸濕問題。
平衡含水率的大小取決于環境的溫度和濕度,即使在同一地區,一晝夜內的溫度和濕度也變化較大,
因此平衡含水率也相差較大。在江蘇某地的實測表明,六月份該地區在一晝夜內的平衡含水率,其最小值為7.1 %,最大值為24.2 % ,相差17.1 %,平均值為16.5 %。其變化的情況列于表4 。
如白天的工作時間,從上午9 ∶30 到下午6 ∶00 ,共有8.5 個小時平衡含水率在14 %以下;其余時間的平衡含水率都高于14 % ,木制品極易吸濕,共有15.5 小時面臨除濕問題,因此,對含水率進行控制非常必要。
表4 江蘇某地一晝夜內木材平衡含水率的變化范圍
生產過程中有無含水率控制,產品的最終含水率亦可有較大差異。一般在3 晝夜后出現明顯差別,闊葉樹材中的環孔材及針葉樹材的吸濕尤為明顯。如投料含水率為6 %的水曲柳和橡膠木,經7 晝夜,其終含水率可分別上升為15.2 %和15 %;紅木的吸濕雖然不明顯,但是如不采取控制,同樣會因吸濕使含水率增高,而這往往是廠家容易忽視的問題。
2.2.2 含水率的控制方法
1) 控制干燥后木材的初含水率。對在國內銷售的實木家具,銷往南方的,木材干燥后的終含水率宜控制在15 %及以下;銷往北方的,木材干燥后的終含水率宜控制在12 %及以下。干燥后的木材不可立即投入加工生產,應貯存在干料庫內2～3 天,以消除干燥應力,平緩含水率梯度。干料庫內的溫度應控制在35～40 ℃、相對濕度40 %～50 %為宜。
2) 盡量縮短生產周期。生產周期的長短直接影響木制品含水率的高低,因此,要合理地組織生產,使各零件的含水率同時均衡到位。目前,臺灣的許多企業,生產周期一般控制在2～3 天內。鑒于實木家具生產周期較長,建議改進工藝,實行零部件專業化生產,亦可以實現生產周期的縮短。
3) 在低含水率環境存放。木制品在自然環境中顯然要吸濕,因而有必要建立低含水率環境,使該環境中的含水率控制在12 %以下。創造這種環境有以下方法:
①建造除濕房,配備除濕機,控制室內空氣的平衡含水率;
②在干材倉庫內,利用木材干燥原理,配備風機及散熱片,控制室內的平衡含水率;
③按產品要求的不同,采用不同的除濕方法。如對要求嚴格的拋光類家具零部件,宜存放在除濕房內,而對牙板等次要零部件,用塑料布或帆布等覆蓋即可;
④嚴格控制油漆前家具白坯的含水率,對拋光類家具零部件的白坯應控制含水率在12 %以內;對非拋光類家具零部件的白坯,應控制在14 %以內,方可上油漆。對含水率失控的零部件,應堅決采取補救措施,進行干燥或表面除濕處理,務必使木材的含水率達到要求。
⑤完善工藝,防止含水率升高。如加強木制品非油漆面的封閉,另外,還需控制包裝紙箱的含水率(包裝紙箱的含水率一般在14 %～18 % ,需經除濕處理到10 %左右) 。
2.3 合理的干燥工藝
難干的硬闊葉樹材中的水分通道大多不暢,水分移動非常緩慢,因此,木材的表層與內層的含水率相差很大。在木材干燥過程中,為了提高木材的干燥速度、消除干燥過程中的應力,緩解含水率梯度,平衡材堆各塊板的最終含水率,需要分別進行預熱、中間、平衡和終了處理等多次處理,因此,干燥宜采用熱水和蒸汽干燥方式。
兩種干燥方式均采用熱濕空氣作為干燥介質,易于調節溫、濕度,并可利用噴蒸或噴水,便捷地進行中間處理和后期的平衡處理與終了處理。目前,國內的設備生產廠家均可提供很好的熱水和蒸汽干燥窯。
3 結論
我國家具產品中的實木家具占60 %以上,用材量大,且主要使用的是硬闊葉樹材,所以干燥質量和干燥降等是重點考慮的因素。為了提高干燥質量,減少降等,必須對板材進行預干。
同時,應加強生產過程中的含水率控制,以使產品適應各地不同的平衡含水率或使用條件。實現這些目標的前提是,在干燥作業中必須實施合理的干燥工藝。