關于木材含水率

關于木材含水率

1、 什么是木材的含水率？

正常狀態下的木材及其制品，都會有一定數量的水分。我國把木材中所含水分的重量與絕干后木材重量的百分比，定義為木材含水率。

含水率可以用全干木材的重量作為計算基準，算出的數值叫做絕對含水率，并簡稱為含水率(W，%)。計算公式：

W=(Gs-Ggo)/ Ggo×100%

其中：W——木材絕對含水率；

Gs——濕木材重量；

Ggoo——絕干材重量。

2、 掌握木材含水率的重要性

    為什么有些木門、木地板、木制家具等木制品銷售出去以后會出現開裂、變形等質量問題呢？怎樣減少這些問題對木業企業的損失呢？

    木制品制作完成后，造型、材質都不會再改變，此時決定木制品內在質量的關鍵因素主要就是木材含水率和干燥應力。生產制造企業需要正確掌握木制品的含水率。當木制品使用時達到平衡含水率以后，這個時候的木材最不容易開裂變形。

    銷售木制品的經銷商，也應該對所銷售的產品的含水率進行檢測，掌握所銷售產品的質量狀態。選擇產品質量好的廠家，凡是注重產品質量的生產廠家，都會對其產品的含水率進行檢測。

    對于高素質的采購木制品的部門，隨著專業知識的不斷增長，也越來越多地注重木制品的含水率指標。過去國外的采購商就很注重這一指標，許多做出口產品和半成品的木業廠家對此深有體會。

3、 木材干燥，越干越好嗎？應該干燥到什么程度呢？

木材置于一定的環境下，在足夠長的時間后，其含水率會趨于一個平衡值，稱為該環境的平衡含水率EMC。當木材含水率高于環境的平衡含水率時，木材會排濕收縮，反之會吸濕膨脹。例如，廣州地區年平均的平衡含水率為15.1%，北京地區卻為11.4%。干燥到11%的木材用于北京是合適的，可用于廣州將會吸濕膨脹，產生變形。所以說，木材干燥要適當，并非越干越好。不同地區、不同用途，對木材含水率的要求也是不一樣的。

4、 木材平衡含水率：

木材在一定的空氣狀態下，最后達到的吸濕穩定含水率或解吸穩定含水率，叫做木材的平衡含水率(木材水分穩定狀態)。

5、我國主要城市木材平衡含水率年平均值：

5、 含水率實驗室測量的方法：

測量木材含水率的方法有烘干法、電測法、干餾法、滴定法和濕度法，在木材加工領域里，通常采用烘干法。

烘干法：

烘干法就是將木材的含水率試片烘至全干來測其含水率的方法。

首先在被測的木材中鋸取一片順紋厚度為10~12mm的有代表性的含水率試片。所謂代表性就是這塊試片的干濕程度與整塊木材相一致，并沒有夾皮、節疤、腐朽、蟲蛀等缺陷。一般應在距離鋸材端頭250~300mm處截取。將含水率試片刮凈毛刺和鋸屑后，應立即在精確度為0.01g，量程不小于200g的天平上稱其重量，將該重量記為G，然后將試片放入溫度為103±2℃的恒溫箱中烘6h左右，再取出稱重，并作記錄，然后再放回烘箱中繼續烘干。隨后每隔2h稱重一次，直到最后兩次稱量的重量不變，就是絕干重，記為Go。這樣就可按下式計算出含水率

W=(G-Go)/ Go×100%

由于薄試片暴露在空氣中其水分容易發生變化，因此，測量時要注意截取試片后或取出烘箱后應立即稱重，如不能立即稱重，須立即用塑料袋包裝，防止水分蒸發。

用烘干法測量木材含水率準確可靠，而且不受含水率范圍的限制。但測量時需要截取試樣，破壞木材，并需要一定的時間。

烘干法是測量木材含水率的基本方法，也是最常用的方法。上式表示的是絕對含水率，也是在木材加工上通常所說的木材含水率。

附表：

我國主要城市木材平衡含水率全年各月份含水率表：

實木家具含水率的選擇和控制

一、商業因素的考慮

天然的樹木經過鋸解，烘干后成為制造家具用的木材，木材離開干燥爐以后它的含水率并不是不變的，在運輸、儲存、制作過程中它會不斷的吸濕和解吸，甚至經過完善的油漆涂裝成為一件家具吸濕和解吸的行為仍然不會停止，只是由于油漆的阻隔作用，使得吸濕和解吸變得相對緩慢，不再那么強烈地造成家具尺寸變化，引起結構和木材質及表面涂層開裂。應該注意到：無論吸濕和解潮同樣都會引起家具結構和木質及表面涂層開裂，都不是我們所愿意出現而肯定會出現的。如果片面地追求木材含水率低，甚至把吸濕漲裂也當作不夠干引起的，這是很大很危險的誤解。況且木材太干了切削，砂磨，成型，雕刻都不好做，干—脆，干—枯是因果關系。

通常對木材含水率標準有三種不同的要求，（１）木材的干燥標準，是指木材在干燥爐內停止干燥作業時的最終含水率，家具用材通常會選擇6 ~ 9%。（2）

木材進行加工時的含水率，國內外都是“不高于加工地區的年平均木材平衡含水率”。（3）

成品家具的木材含水率則又要求“不高于使用地區的年平均木材平衡含水率”。這三個標準應如何統一呢。我們的經驗是毫不含糊地做到（1）

，這樣實際基本上也做到了（2），必要時在油漆前通過用恒溫脫濕室把制品的含水率控制到可滿足（3）。有廠商說：他的美國客戶要求木材含水率為6 ~ 9%。其實這是指

（1）。我們的國家標準也是這樣要求的。要成品家具的含水率為6 ~ 9%，不但很困難，成本很高，也不一定有這個必要，因為這可能產生質量過剩的浪費，另方面又會引起一些新的質量不穩定的因素。

例如木材是從美國進口的OAK，它一定能達到（1），交貨狀態美國進口的OAK含水率是12%，這不會高于我國東南沿海大多數地區的年平均木材平衡含水率，能夠滿足（2）的條件。假如買回來的木材吸濕嚴重，那就應該先對木材干燥處理，然后才進行制作加工。很多工廠都會有脫濕處理室用來滿足（3）。

要做到產品含水率“不高于使用地區的年平均木材平衡含水率”，就必須知道使用地區的年平均木材平衡含水率。這是很重要的工作，平衡含水率是一個變數，隨相對濕度—溫度變化而變化，要想用一個不變的平衡含水率去包打天下所有未知氣候情況的地區的銷售市場，是不現實的。

假如產品出廠時含水率是12% ，賣去美國的阿特蘭大或者落杉磯，當地的年戶外平均平衡含水率是13%和13.7%，那不會有問題。但是賣去菲尼克斯就會有問題，因為那里的年戶外平均平衡含水率是7.2 %，雖然室內可能會沒那么干燥，但還是有很大機會出問題。同理，賣去阿拉斯加州朱諾市，那里的年戶外平均平衡含水率是16 %，那就要特別加強對家具的封閉處理，必要時還應該采取一些特殊的尺寸穩定工藝，防止吸濕膨脹引起結構變形開裂。

了解和把握著這個原則，簽合同之前不妨先問一問貨品的銷售地區，在對方不愿意提供銷售地區的情況下，就應該以商品進口國的年戶外平均平衡含水率為準了。如果遇到因為木材含水率問題的質量投訴、索賠時也可以據此來思考對應，在我幫助過的廠家中此類事情屢見不鮮，因此我想這不僅僅是產品的質量問題，也還關系到企業自己的商業安全，因為確實是有些無良的客商利用這一點設置質量陷阱，并以此為由來索賠或拒付。

美國是我國家具的主要出口國。下表是美國的一些地區1997年的戶外木材平衡含水率數據，僅供參考：

含水率是木材的重要參數之一，木材還有許多重要的物理力學參數指標：抗拉、抗彎、剪切的強度、剛度、彈性模量，握釘力，冷熱縮脹系數，和電、熱、聲、方面的參數。上述參數幾乎都與含水率有著極為密切的關系，木材手冊上所提供各種木材的這些參數基本上都是在含水率12%的條件下取得的。見GB 1929—91及它所等效使用的ISO3129—1957。因此國際木材貿易大多數都標定含水率不大于12%的條件下交貨。

我國是家具出口大國，每年有大量家具銷往世界各地，2003年僅出口到美國的家具就達到68億萬美元。為了自身的生產制造過程的需要，也為了牢牢地占領已經開發了的市場，我們很有必要盡快收集市場所在地的相關標準和氣候資料。

二、生產上最常見的問題

有效地控制木材含水率的確是木制品生產廠家的一件大事。我們知道木質開裂和木材的含水率有著很密切的關系，但只是盯住含水率是不夠的，要知道木材干燥的質量指標不僅僅是含水率一項，其他指標例如含水率的均勻度、內應力同樣不可忽視。否則很容易忽略了真正的原因。認為木材是越干越好，只要夠干就不會裂，不但白白加大干燥成本而且會帶來更多的質量事故。是很無知和荒謬的錯誤。

應該循應力—應變的思路來分析具體現象，尋找答案，解決問題。

經驗告訴我們，單一塊干燥到8%含水率的木板，放在倉庫里幾經寒暑反復干濕它不會開裂，因為它的膨脹收縮沒有約束。

用多塊干燥到8%含水率的木板按合理的工藝膠合成一批板件做以下的試驗觀察：全部砂光好，分成三份；將其中二份，一面按家具表面作完好的油漆另一面不做認真的油漆；把經過油漆的板件，再拿其中的一半，在沒有經過認真油漆的那一面上，垂直于膠合線安上（膠合加圓木榫）兩到三條強勁的木枋。然后讓工件上下兩個表面在基本相同的條件與大氣接觸，那么我們可以觀察到：A組砂光，B組砂光+油漆，C組砂光+油漆+木枋增強，在幾經冷熱反復干濕之后，A表面失去平整，幾何寸變化很大，木板的端面有裂紋，整體仍然保持形狀。B全部出現彎曲，油漆的一面凹下沒油漆的一面有裂縫，C情況最嚴重，雖然彎曲的情況略好于B，但是相當多的工件在油漆的一面出現裂紋。

對于上述的試驗大致上可以得出以下結論，本試驗中引起木材變形開裂的不是木材含水率過高，吸濕脹裂是主要的，油漆封閉很重要，在尺寸變化不受到約束的情況下如A，應力—應變可以順其自然；當應力不均勻如B，應變又被約束著的時候如C，就會出現應力集中并且找到薄弱的地方以其最容易的實現方式—

裂開—把應變表達出來。看看變形的B就可以想象得到C忍受著多大的應力。

木板在縱剖時都會出現順鋸的彎曲，鋸開后擺上24小時，彎曲會更明顯，如果在干燥的末期沒有做消除內應力的處理，則彎曲會非常嚴重，我們把一些木板直接用單片鋸縱剖，放上幾天之后觀察和測量它的變形量，再把幾塊這些木板并合起來，那么施加的夾緊力會等于克服全部彎曲變形使所有木板變直的力加上膠合壓力，因為首先要使木板變直然后才會在膠合面形成膠合壓力，于是一連串問題隨之而來，木板在寬度方向上彎曲要費很大的力量，多塊木板在寬度方向上彎曲例如并合桌面板或椅坐板，所需的力更大，并板機提供的夾緊力能滿足嗎？—不能，就造成并板膠合不良甚至失敗。—能，那么雖然膠合成功，但是迫使木板變形的力將作為預應力留在了木板里面，它在以后的日子里說不定什么時候會讓木板裂開。現在大多數工廠都會以最短的生產周期來安排生產，縱剖—修邊面—膠合一氣呵成，當時膠合會成功，但應力卻沒有釋放，存在著木板開裂的隱患，或者當時雖然膠合好象是成功的，卸去夾緊器后，在養生期內膠合還沒有達到預定的強度，而木板的變形卻開始破壞膠合，使并板在膠縫處裂開。我處理過幾家工廠，他們長時間出現上述的情況，不幸的是他們老是在含水率上找原因，多次更換膠粘劑，而買方驗貨又把重點定在含水率上，驗貨員拿著測濕計對成品和在制品實行嚴格的測控，結果木材成本搞得高高的，盡管木材已經很干，問題還是不斷出現，外商總在抱怨，索賠了一次又一次。后來給工廠整頓工藝調整生產節奏，問題就解決了，接著又適度地放寬含水率的要求，制造過程中鋸、銑、車、雕刻、裝配、運輸時的崩損、折斷大大減少，而制品的表面加工質量卻有了明顯的改善，成本下降生產暢順。

我國木材市場供應是有季節性的，一些使用國產木材的工廠常常在冬春季時會遇到材料供應不足的情況，到了四、五月新鋸的板材進廠，就立即把它放入干燥窯里烘干，其后又把剛剛干燥好的木材，還在暖乎乎的時候就鋸解、并接，車銑……造成家具，整個制造過程都問題不斷，買出去的產品投訴多多；集中在變形，開裂兩項。以后的幾個月情況逐步好轉，八、九月趨于平靜，到了第二年又來鬧騰一次。企業的質量報表統計顯示，不同年度相同月份會有相似的質量波動，（出口產品信息會滯后一到兩個月）。有幾個我很熟悉的工廠都遇到了上述的困擾，在和他們一起分析研究原因時，我看了他們的干燥質量檢驗記錄，幾乎都是只測查含水率一項，而真正存在著的主要干燥質量問題是：普遍含水率不均勻，同一塊木板上不同點的含水率偏差很大，有些點上含水率略偏高。干燥結束前的平衡熱濕處理時間不夠。也沒有做內應力叉齒試驗。對這些木板做內應力叉齒試驗會立即表現出很大的內應力，把那些開裂的工件（如椅子的坐板）順著裂紋方向每隔15MM 剖鋸一條，大多數鋸下來的木條條都會馬上變彎。后來這些工廠嚴格按照國家標準來控制干燥質量，問題也就自然解決了。

在南方有一種情況每年都會出現多次，生產工廠對它既頭疼又無奈，下面我們來討論一下，冬季大氣中的相對濕度是比較低的，但是在寒流到來時，北風一吹，晝夜之間氣溫下降七八度或十多度，不管寒流帶來的天氣是陰濕還是干晴，工廠里都會有一些產成品出現端裂；胚料，在制品，無論涂裝與否概莫能免。

是干、冷收縮裂嗎？不能簡單下這個結論，因為這樣形態的端裂也同時出現在吸濕情況下的木材。這里冷收縮是肯定的，干縮卻是或然的。出問題的零件的外尺寸大都沒有縮小，含水率并不一定是下降，也有上升的，變化大約在

±1-2% 之間,假如木材的含水率下降了的話，按干、冷收縮系數來計算，其總收縮量遠遠小于裂縫的寬度。大多數情況下當按干、冷收縮系數來計算，其總收縮量小于（各條）裂縫寬度的總和時，基本上可以判定這（些）裂縫產生的原因不一定完全是干、冷收縮引起的，必須小心地尋找和排除其他可能引起開裂的因素。

我在不同地點，不同的木工廠觀察過許多個冬季，特別集中觀察在制的零件，我有以下的觀點：這種缺陷的產生與原質木材的含水率關系不大，也不是吸濕和解吸引起的，撇開溫度下降的因素，對木材來說在相同的時間里，有著同樣含水率變化的別的時候，例如吸濕和解吸都很強烈的夏天，就不會產生這種缺陷。缺陷產生的部位在端面和其他一些約束條件比較弱的地方。產生缺陷的零件幾乎都是新近加工的在線產品，如果產品所用的木材是干燥后貯存時間不長或者木材制造前因含水率過高經過返烘的，那么產生這種缺陷的幾率會高許多。

以下的現象和實驗會有助于解釋內應力在引起上述缺陷時是如何行為的。

理論上木材的弦向收縮率大于徑向收縮率，那是用20MM*20MM*20MM的小試塊作實驗得到的結論，這個結論無疑是正確的。但是在木材干燥的實際生產過程中，我們會發現：實木板材不管它是弦切還是徑切，在完成干燥后表現出來的卻是厚度方向上的收縮率大于寬度方向上的收縮率。這是因為木材干燥是由外而里逐漸變干的，伴隨著干燥而產生的收縮不是均勻地同時的進行，木材內部還沒有收縮的物質對已收縮的和正在收縮的物質有強烈的抗抑作用，厚度方向上參與這種對抗的物質總量小于寬度方向上參與這種對抗的物質總量；結果厚度方向上的收縮得完全一些，寬度方向上的收縮就很不完全。當積集在某些部位的收縮拉應力大到足以從內部撕裂木質時，木板就會形成內裂缺陷。而更多的時候木板并沒有出現內裂，但是應力、應變卻存在著，木板內部裂開的條件和趨勢仍然存在著，只是木材收縮處于彈性變形，或者已經出現了許多眼睛看不見的微小的裂紋，尚未連成大的裂縫，一切處于相對平衡狀態。通過長時間的自然時效，木材對水分反復的吸濕—解吸作用，可以消除內應力或者“變定”使這種平衡狀態穩定下來。假如木板被截解開，截面上原來的約束條件就改變了，再遇到突然降溫，收縮應力進一步增強，舊的平衡徹底打破，木塊就會出現裂縫。

可以通過實驗把上述的現象再現出來：取一塊剛剛經干燥爐烘干出來干燥質量合格的國產柞木弦切板材，含水率為8%，大小為50MM*200MM*2000MM，截去兩端各100MM。用窄薄的帶鋸把余下1800MM 橫截出20MM 長的若干段，把相鄰的兩段做一組并在同一次鋸解中分開的兩個面上作標記 An—A?n Bn—Bn? Cn—C?n ,然后將兩件一組裝進密封袋里，這里有等量的A B C 三大組。取出全部B?件作防裂油處理，取出全部C?件很溫和的小心地讓它們反復吸濕—解吸（過程盡量模擬氣候、晝夜溫度濕度的變化）多次；待C?件處理完畢，把所有試件一起暴露在相對濕度75—85%，溫度25°C的環境中兩三天，再把試件置于冷柜中讓它們降溫10°—15° C 。結果：A A′ B C絕大部分有端裂出現，同組An— A′n上裂紋的位置和形狀有十分明顯的對應關系，說明裂開的地方正是應力集中的地方，在這里裂開一條這個樣子的裂縫，不是偶然的。由于防裂油的作用，B′

端裂較少，但Bn—Bn? 仍可以隱約看出裂紋的對應關系；C′甚少端裂，而且有端裂的Cn—C?n 已經找不到裂紋的對應關系了，因為在反復吸濕和解吸的過程木材內部的應力得到釋放緩解，應力集中的位置也有了改變。 

生產經驗告訴我們：

1.木材窯干后期的平衡應力處理非常重要。

2.如果木材在窯干以后再有一段時間的自然時效，那么這些木材會更加穩定。國家標準上面規定的時間（2—7天，見 GB6491—99 4.14）是一個最起碼的時間。

3.人工林出產的木材比自然林出產的木材質量要穩定得多。

4.同一林產地區出產的木材；經同一工廠干燥的木材比較易于實現品質控制。在木材市場上東一家西一家收購回來的木材，由于產地雜，干燥效果（窯干基準、終含水率、殘留應力）不一，用這樣混雜的木材去制造家具，品質控制將會很困難，而且隱患非常多。

5.太干的木材在車、銑、雕刻時很易崩損，膠合時膠粘劑不易浸潤其表面，所以有些老師傅會故意用水著濕加工面，這不會帶來質量問題，相反可以改善工況提高加工質量。

三、從行業發展角度引申的話題—專業教育及基礎理論研究應更面向生產實際。

我常常和在高等院校做教學、研究工作的朋友談到以下一些我的朋友們也深有同感的觀點：如果拿金屬學、機械制造業與木材學、木器制造業做比較，我們覺得前者人員群體之大及整體研究的廣度和深度都絕非后者之可比。前者對于有著晶體結構的各向同性的金屬，在分析研究問題時的確大量地運用了形而上的研究方法，把復雜的事物簡約為質點、剛體、桿、連續梁……但是在具體的設計計算時卻小心翼翼的用經驗公式，修正系數加以訂正，力圖使計算符合真實情況。

> 后者對于本質是生物體的，有著細胞組織的，各向異性的木材在運用形而上的研究方法去觀察和解決問題時卻往往不夠謹慎，要么把結論下得很武斷使研究顯得粗糙、鹵莽。要么就是整個實驗研究，都完全立足于把木材形而上的看成是勻質的各向同性的，在得一系列的結論之后才提醒讀者，木材不是勻質的而且是各向異性的，其結構、成分是復雜的，細胞形態也是多樣的，甚至同一棵樹木因為向陽、迎風，或同一樹種不同的個體長在平地與坡地其物理各特征值也會不同。

類似這樣的研究，從方法論角度來說，研究結論所指言的合取域幾乎是無限大，但試驗的個體卻又接近于絕無僅有，這樣的實驗簡直難以重復，于是實驗所得出的結果就會既無法證實也無法證偽。那么通過這樣的結果而導出的結論，其本身的客觀真理性也就不能不被懷疑了。充其量也只能把這類研究結論看成是，“由個別事實命題”引申出來的隨時“可能被證偽的推理的假定”。非常令人遺憾的是我們木材加工專業的大學教科書上卻不乏這種隨時可能被證偽的推理的假定，假如我們所培養出來的學生又把這些本應被拒斥的“東西”當成是正確的概念用之于判斷生產工作中的問題，其后果可想而知。

另外工科大學機械專業的學生，在學期間都受到過對本專業各類標準和手冊使用的相關的訓練，所以他們畢業后在工作中對手冊和標準的使用并不陌生，而我們木材加工專業的學生這方面的訓練遠不如他們（有些甚至是缺失），這不但給學生他們自己和企業帶來不便，更重要的是影響了本行業施行相關的國家標準和國際標準。應該充分肯定我國木材及家具制造業的國家標準并不是和國際上其他國家的標準或者ISO標準有著很大的差異或者差距，情況正好相反是很接近有些還等效使用了ISO標準。我國有關的木材手冊，工業制造實用性的各種工具書是很嚴謹也非常實用的，一點也不比人家的差。我國出版的一些期刊也是很有水準的，問題是宣傳，引導，強制使用做得不夠，我想最好的辦法就是對在校學生加強這方面的訓練。

我國1985年家具工業產值為29億元，多年來持續的快速增長。1995年已猛增至446．21億元，1997年家具工業產值又再增至780億元；到2000年工業總產值已達1200億元，比1999年度增長了15.4%，2001年家具工業總產值達1400億元，比2000年增長16.7%；從1985年到2002年，平均每年家具產值增長速度不低于15％，相對于我國國民生產總值7%左右的增長率來說，數年來家具產業的發展比整體經濟的發展快得多。截至2002年我國家具產值達到1650億元，較上年增長17.8％，出口54.17億美元，較上年41.76億美元激增36.5％。目前我國家具企業有5萬多家，從業員工為500多萬人是世界上最多的。已成為世界家具制造大國、出口大國。在不到二十年的時間里取得如此驕人的成績，包括企業、院校、科研機構的業內同仁確實付出了非常艱辛的勞動。但是支持目前這樣巨大的一個產業，我們的確還需要很多優秀的技術、管理人才，需要教育、科研部門與企業更好地聯合起來。