木材干燥过程中的应力与变形——不同干燥阶段的木材内应力
不同干燥阶段的木材内应力
木材干燥过程中的内应力变化可分为四个阶段。（图1-3）
干燥刚开始阶段 这时木材还未产生应力，木材内部各部分的含水率都在纤维饱和点以上，如果从材料的中间截取试验片，试验片锯成梳齿形，每个齿的高度和锯开之前原来的尺寸一样，如果把试验片剖成两个半片，每片都保持直形状，这表明，木材内不存在含水率应力，也没有残余应力。
干燥初期阶段 在这个阶段，木材表层的自由水已蒸发完毕，而开始排出吸着水并开始干缩，但木材内部水分移动远远跟不上表面水分的蒸发，内层的含水率仍高于纤维饱和点，因此外部已干缩，而内部不干缩，内层受到外层的压缩，表层受到拉伸。就象一个橡胶圈拉伸后紧套在一个木棍上，橡胶圈要收缩，而木棍不收缩，必然造成橡胶圈伸长，而木棍受橡胶圈的压缩。
所以，木材干燥初期阶段的内应力是外层受拉应力，内层受压应力，如果这时在木料中间截取试验片并刻成梳齿形，可以看到表面几层齿由于干缩尺寸减少，内部各层的齿仍保持干燥前的尺寸而没有发生干缩。如果把从木料上锯下的试验片剖成两片，刚刚剖开后它们各自向外弯曲，说明外部尺寸比内部短。如果把这两片放入恒温箱内或放在通风处使含水率降低并变均匀，由于木材的塑性使木材一产生内应力就同时出现塑性变形，原来在表面的木材已经在一定程度上塑化固定，而原来靠内层的木材在含水率降低时，还可以自由干缩，因此两半片的含水率降低并分布均匀后，两片的形状就转化成和原来的相反，由向外弯变为向内弯。
这种应力在干燥中是允许存在的，因为木材内部水分的移动要借助于含水率的梯度，而含水率梯度必然造成内应力，但是这种应力不宜过大，时间不应过长，否则会引起木材表面开裂。
在这个阶段既要利用含水率梯度，又不能使木材的应力过大，这就需要采取定期的喷蒸处理，并维持一段时间的高湿度来提高木材表层的含水率，使已固定的塑性变形部分重新软化并可以收缩，从而消除或减小表层的拉应力及内层的压应力。
总的来说，干燥初期阶段是干燥过程中注意防止表裂的阶段，是含水率下降较快的阶段。
干燥中期阶段 在这个阶段，木材内部的含水率已低于纤维饱和点。如果在上阶段没有进行喷蒸处理，则外层木材早已失去正常的干缩条件，而固定于伸张状态，这时尽管内部含水率还高于外层的含水率，但是内部木材干缩的程度就象外层木材的塑化固定以前所产生的不完全干缩，内部尺寸与外层尺寸暂时平衡，因此木材的内应力也暂时处平衡状态。这时如果把试验片锯成梳齿状，各个齿的长度暂时是一样的，但在放置以后含水率下降，试验片内层的一些齿会因干缩而变短。
如果把试验片剖为两片，两片在当时会保持平直，但在含水率降低并分布均匀后，内边的木材由于干缩而变短，使两片向内弯曲。这说明在这个阶段内尽管暂时观察不到木材中的应力，但在干燥终了后，木材内的残余应力仍将表现出来。
在这个阶段，木材内部水分向表面移动的距离更长，木材干燥更加困难更缓慢。
如果外层干燥过快，内部水分不能及时移到表层，会造成外部很干内部很湿的、所谓“ 湿心”，表层由于含水率极低又处于固定的拉伸应变状态，成为一层硬壳，它不仅使木材内部水分难以通过木材表面进入空气，而且还影响内部木材的干缩，这种现象称为“表面硬化”。如不及时解除表面硬化，则干燥难以继续进行并将导致严重的干燥缺陷，因此在这一干燥阶段必须采用喷蒸处理，用高温高湿空气把已塑化固定的木材表面重新吸湿软化来解除表面硬化。
干燥终了阶段 这时木材含水率沿着木材断面各层已分布得相当均匀，由内到外的含水率梯度较小，如果在上个阶段没有进行喷蒸处理，由于外层木材塑化变形的固定并早已停止收缩，而内层木材随着吸着水的排除应当干缩，这样内层木材的收缩受到外层木材的限制，就产生了内层受拉伸，外层受压缩的应力，这个内应力的情形和干燥初期正好相反，这时如果把试验片锯成梳齿形，试验片中间的一些齿脱离了外层的束缚后得到自由干缩，它们的尺寸比外层短些。
如果把试验片剖为两片，刚剖开时两片向内弯曲，说明内边尺寸比外边短，内部受拉，外部受压，当它们的含水率降低并分布均匀后两片向内弯曲的程度更大，说明存在相当大的残余应力。
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，内应力随之增加，如不及时消除，当内应力超过木材的强度极限时就会出现内裂，即木材内层的拉应力超过内层的抗拉强度极限使内层木材破坏，内裂的木材将失去使用价值，造成严重浪费，因此这阶段的应力非常危险，要及时消除。
通常采用的方法仍是喷蒸处理，使表层木材在窑内高温高湿空气的作用下重新湿润软化并得到补充的干缩，从而使表层木材能与内层木材一起收缩，减少了内层受拉，外层受压的应力，在整个木材干燥过程结束后，木材内部还可能有残余应力，为了消除这些残余应力，使木材在以后的加工和使用过程中不会发生变形、开裂等缺陷还必须进行一次喷蒸处理，才能保证最终的干燥质量。
总之，在木材干燥的过程中，各阶段都存在内应力，这是无法避免的，它是造成各种干燥缺陷的原因，因此，为了保证干燥质量应随时掌握木材内应力的变化情况并采用有效措施使之降到安全程度。
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