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微波在木材加熱干燥領(lǐng)域的應(yīng)用
一、木材的介電特性和微波加熱的關(guān)系
眾所周知：熱傳導(dǎo)原理是從體表向內(nèi)芯傳導(dǎo)熱量，由于物體不同的體積和熱傳導(dǎo)率，內(nèi)部溫度上升需要很長的時間。而微波加熱是利用強交變電場作用使物體分子進行摩擦發(fā)熱，瞬間產(chǎn)生的熱量高，使物體在短時間內(nèi)加熱完畢。普遍認(rèn)為，在微波場中放置的木材樣品單位體積、單位時間產(chǎn)生的熱量與ε·tanδ·ƒ 成正比。而木材的ε·tanδ比較大，熱傳導(dǎo)性能較差，適合采用微波來進行加熱。
我公司技術(shù)專家在木材微波技術(shù)應(yīng)用上做了若干批次試驗，在頻率為2450MHz的微波電場下，木材含水率、木材纖維方向和介電特性之間具有一定的關(guān)系，當(dāng)電場方向與木材纖維方向平行時，加熱效率比直交方向好得很多。當(dāng)電場強度降低1/е=0.37倍時含水率迅速降低。如圖A所示：
二、微波對木材干燥原理，木材屬于水分含量較高的物體，用微波進行干燥是相當(dāng)理想的。微波加熱的本質(zhì)是從木材內(nèi)部開始加熱，微波輻射能量直接被水分子吸收轉(zhuǎn)換為熱量。木材的干燥只需要把木材中的水分蒸發(fā)，溫度一般不超過100℃。傳統(tǒng)的熱風(fēng)烘房干燥，木材內(nèi)部的溫度要上升到100℃，熱量由表及里傳導(dǎo)，熱風(fēng)表面溫度至少得達到200℃以上。
微波加熱是內(nèi)部極性分子吸收微波能量轉(zhuǎn)化為熱能，木材內(nèi)部溫度升高形成蒸汽壓。很容易就把內(nèi)部水分壓至木材外表，時間也相應(yīng)縮短15～30倍。
在常規(guī)工藝下，木材干燥總是按如下方式進行，表面水分被蒸發(fā)，形成內(nèi)部和表面之間的含水量梯度，依照這一梯度，內(nèi)部的水分向表面擴散，然后再從表面被蒸發(fā)，返復(fù)循環(huán)，以達到木材的干燥。
微波干燥設(shè)備是基于在微波電磁場中極性水分子相互之間劇烈地摩擦，這種分子之間的摩擦產(chǎn)生的熱量使木材中的水分升溫和蒸發(fā)，與對流加熱、傳導(dǎo)和紅外輻射加熱相比，微波加熱的特點是具有強烈的滲透性。木材進入微波電磁場，電磁場就立即滲透進木材的深處使木材的表層和內(nèi)部同時迅速地得到加熱。由于這一獨有得特性，微波干燥木材就有兩個作用過程。一個是常規(guī)干燥木材一樣的作用過程；另一個作用過程，也是獨有的優(yōu)點，就是借助于微波能的滲透作用，使木材內(nèi)部的水分迅速地受熱汽化，形成向外擴散的強大"壓勢"，使內(nèi)部的水分極快地擴散到表面上來。實際證明：在微波干燥中，木材內(nèi)部水分向外擴散的速度遠大于表面水分蒸發(fā)的速度。因此那種在自然干燥和熱空氣干燥木材中所出的表面硬化，及其影響水分向外擴散的現(xiàn)象根本就不存在。由于微波干燥木材具有這樣雙重的驅(qū)水作用過程，又無表面硬化等缺陷，所以干燥速度極快。相比之下，常規(guī)干燥需要15天左右，而微波干燥只需要十幾分鐘到幾十分鐘。由于微波干燥原理的特殊，其干燥結(jié)果也是與眾不同的。這就是：無論木材沿橫截面的濕度是完全一致，還是具有一定梯度，微波干燥的結(jié)果都是呈現(xiàn)為接近木材表面的濕度最大，而中心最小。這在實際應(yīng)用中也是有利的。
