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微波在木材加熱干燥領域的應用
一、木材的介電特性和微波加熱的關系
眾所周知：熱傳導原理是從體表向內(nèi)芯傳導熱量，由于物體不同的體積和熱傳導率，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，熱傳導性能較差，適合采用微波來進行加熱。
我公司技術專家在木材微波技術應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系，當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，熱風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)，返復循環(huán)，以達到木材的干燥。
微波干燥設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。這在實際應用中也是有利的。
