من دكتور الخشب: تدريب الخشب والرطوبة

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

إن الخشب ومنتجات الخشب، على الرغم من تجفيفها في الفرن، تكتسب أو تفقد الرطوبة دائمًا في محاولة لتحقيق توازن الرطوبة مع بيئتها.

بمعنى آخر، يكتسب الخشب رطوبة في الأماكن الأكثر رطوبة، ويفقدها في الأماكن الأكثر جفافًا. وقد يصبح هذا الكسب والفقدان للرطوبة أمرًا بالغ الأهمية عند إدراك أن الخشب ينتفخ عند اكتسابه الرطوبة، وينكمش عند فقدانها.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل الآلات الخشبية والغراء بشكل سيئ إذا كانت نسبة الرطوبة مرتفعة للغاية أو منخفضة للغاية.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

يُحدَّد محتوى الرطوبة في قطعة الخشب وتوازنها مع بيئتها بالرطوبة النسبية للهواء المحيط بها. وينطبق هذا سواءً كان الخشب من الخشب الخام، وكانت عملية التصنيع جزءًا غير مُكتمل أثناء النقل أو التخزين، أو بعد الانتهاء من الطلاءات، مثل الورنيش، وبدء الاستخدام.

لا تؤثر درجة الحرارة على محتوى الرطوبة بشكل ملحوظ، وبالتالي لا تتسبب في انكماش الخشب أو انتفاخه بشكل ملحوظ. يُعدّ عدم تأثره بدرجة الحرارة إحدى مزايا الخشب مقارنةً بمواد البناء الأخرى مثل الألومنيوم والبلاستيك.

قبل المتابعة، دعونا نلقي نظرة على العلاقة الحاسمة بين الرطوبة النسبية ومحتوى الرطوبة. بالنسبة لمتوسط ​​رطوبة نسبية مُحدد في الهواء، يوجد متوسط ​​محتوى رطوبة يتوازن معه الخشب.

على سبيل المثال، إذا كانت الرطوبة النسبية للهواء 30%، فإن الخشب المُخزّن في هذه الحالة سيصل في النهاية إلى نسبة رطوبة 6%. قد يستغرق الوصول إلى هذه القيمة المتوازنة النهائية ساعات، أيامًا، أسابيع، أو حتى أشهرًا.

يعتمد الوقت على العديد من العوامل، بما في ذلك حجم قطعة الخشب، فكلما كانت أكثر سمكًا، كلما استغرقت وقتًا أطول؛ واتجاه الحبوب، وكلما كانت الحبوب أقصر؛ ودرجة حرارة الهواء المحيط، كلما كانت أكثر سخونة، كلما استغرقت وقتًا أطول؛ والطلاء المطبق، إن وجد، سيستغرق الخشب المطلي وقتًا أطول.

تُعرف الرطوبة الموجودة في الهواء باسم محتوى الرطوبة المتوازن أو EMC.

بالنسبة لمثالنا الذي تبلغ فيه الرطوبة النسبية 30%، فإن الهواء يحتوي على 6% EMC.

هناك أربع قيم رئيسية للرطوبة النسبية والتوافق الكهرومغناطيسي المقابل لها، والتي يجب على مصنع الخشب أو المستخدم أن يكون على دراية بها جيدًا، وفي الواقع، سيكون من الحكمة أن يلتزموا بحفظها.

أول قيمتين، من 6% إلى 9%، تتوافقان مع رطوبة نسبية تتراوح بين 30% و50% على التوالي. وهما مهمتان للغاية، إذ تُمثلان القيم الداخلية النموذجية للمكاتب والمنازل المُدفأة والمُكيفة في معظم أنحاء أمريكا الشمالية. تُطبق هذه القيم على الأخشاب، سواءً كانت خضراء أو مُجففة في الفرن، بالإضافة إلى الأجزاء الخام، والمكونات المُصنعة، والخزائن، والأثاث، وأعمال النجارة.

في المناخات الباردة، قد تكون الظروف الداخلية أكثر جفافًا من 6% من الملوحة الكهرومغناطيسية. في منشآت التصنيع المجهزة بأنظمة شفط الغبار، وحيث يُسخّن الهواء لتوفير الراحة، غالبًا ما تكون الظروف داخل المصنع أكثر جفافًا من 6% من الملوحة الكهرومغناطيسية، إلا إذا تم ترطيب الهواء. من ناحية أخرى، في أشهر الصيف الرطبة، وخاصةً في غياب تكييف الهواء، قد تتجاوز الظروف في المنازل والمكاتب ومنشآت التصنيع أحيانًا 9% من الملوحة الكهرومغناطيسية.

بالنسبة للمخاطر الخارجية المحمية من المطر في معظم أنحاء الولايات المتحدة، بما في ذلك المستودعات والأكواخ غير المدفأة وحتى المنازل غير المدفأة التي هي قيد الإنشاء، يبلغ متوسط ​​الرطوبة في الهواء 12% أي ما يعادل 65% من الرطوبة النسبية.

في المناطق الساحلية، مثل ميامي ونيو أورلينز وسياتل، ومناخات الجزر مثل جامايكا واليابان، يكون معامل التوافق الكهرومغناطيسي أعلى. يمكن أن يصل معامل التوافق الكهرومغناطيسي في المناطق الداخلية إلى 12%، وفي المناطق الخارجية إلى 16%.

يتغير محتوى الرطوبة في الخشب غير المطلي أسرع من الخشب المغطى جيدًا. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الطلاء يُبطئ فقط تغير محتوى الرطوبة. غالبًا ما تتغير نسبة الرطوبة في المنتجات الخشبية المطلية ببطء شديد، مما يعني أن الظروف القاسية جدًا من الجفاف أو الرطوبة الشديدة لن تكون بنفس وضوحها في المنتجات غير المطلية.

هناك مفهوم أساسي آخر، وهو أن التجفيف بالفرن لا يُنتج منتجًا خشبيًا لا يتغير رطوبته. جميع أنواع الأخشاب تتغير رطوبتها بتغير الرطوبة. التجفيف بالفرن هو ببساطة تقنية سريعة وعالية الجودة لخفض رطوبة الخشب إلى القيمة المطلوبة. إذا جفّف الخشب المجفف بالفرن جيدًا، ولكن لم تُعالَج الأجزاء والمكونات المصنوعة منه بشكل صحيح، مما يُتيح لها استعادة رطوبتها. بعد ذلك، يُتوقع حدوث انكماش لاحق في بيئة جافة داخل مصنع التصنيع، أو في منزل أو مكتب العميل الجاف.

سنناقش قياس التوافق الكهرومغناطيسي ومحتوى الرطوبة لاحقًا. ولكن قبل ذلك، دعونا نتناول بعض أسباب قلقنا البالغ بشأن محتوى الرطوبة.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

يُحدَّد محتوى الرطوبة في قطعة الخشب وتوازنها مع بيئتها بالرطوبة النسبية للهواء المحيط بها. وينطبق هذا سواءً كان الخشب من الخشب الخام، وكانت عملية التصنيع جزءًا غير مُكتمل أثناء النقل أو التخزين، أو بعد الانتهاء من الطلاءات، مثل الورنيش، وبدء الاستخدام.

لا تؤثر درجة الحرارة على محتوى الرطوبة بشكل ملحوظ، وبالتالي لا تتسبب في انكماش الخشب أو انتفاخه بشكل ملحوظ. يُعدّ عدم تأثره بدرجة الحرارة إحدى مزايا الخشب مقارنةً بمواد البناء الأخرى مثل الألومنيوم والبلاستيك.

قبل المتابعة، دعونا نلقي نظرة على العلاقة الحاسمة بين الرطوبة النسبية ومحتوى الرطوبة. بالنسبة لمتوسط ​​رطوبة نسبية مُحدد في الهواء، يوجد متوسط ​​محتوى رطوبة يتوازن معه الخشب.

على سبيل المثال، إذا كانت الرطوبة النسبية للهواء 30%، فإن الخشب المُخزّن في هذه الحالة سيصل في النهاية إلى نسبة رطوبة 6%. قد يستغرق الوصول إلى هذه القيمة المتوازنة النهائية ساعات، أيامًا، أسابيع، أو حتى أشهرًا.

يعتمد الوقت على العديد من العوامل، بما في ذلك حجم قطعة الخشب، فكلما كانت أكثر سمكًا، كلما استغرقت وقتًا أطول؛ واتجاه الحبوب، وكلما كانت الحبوب أقصر؛ ودرجة حرارة الهواء المحيط، كلما كانت أكثر سخونة، كلما استغرقت وقتًا أطول؛ والطلاء المطبق، إن وجد، سيستغرق الخشب المطلي وقتًا أطول.

تُعرف الرطوبة الموجودة في الهواء باسم محتوى الرطوبة المتوازن أو EMC.

بالنسبة لمثالنا الذي تبلغ فيه الرطوبة النسبية 30%، فإن الهواء يحتوي على 6% EMC.

هناك أربع قيم رئيسية للرطوبة النسبية والتوافق الكهرومغناطيسي المقابل لها، والتي يجب على مصنع الخشب أو المستخدم أن يكون على دراية بها جيدًا، وفي الواقع، سيكون من الحكمة أن يلتزموا بحفظها.

أول قيمتين، من 6% إلى 9%، تتوافقان مع رطوبة نسبية تتراوح بين 30% و50% على التوالي. وهما مهمتان للغاية، إذ تُمثلان القيم الداخلية النموذجية للمكاتب والمنازل المُدفأة والمُكيفة في معظم أنحاء أمريكا الشمالية. تُطبق هذه القيم على الأخشاب، سواءً كانت خضراء أو مُجففة في الفرن، بالإضافة إلى الأجزاء الخام، والمكونات المُصنعة، والخزائن، والأثاث، وأعمال النجارة.

في المناخات الباردة، قد تكون الظروف الداخلية أكثر جفافًا من 6% من الملوحة الكهرومغناطيسية. في منشآت التصنيع المجهزة بأنظمة شفط الغبار، وحيث يُسخّن الهواء لتوفير الراحة، غالبًا ما تكون الظروف داخل المصنع أكثر جفافًا من 6% من الملوحة الكهرومغناطيسية، إلا إذا تم ترطيب الهواء. من ناحية أخرى، في أشهر الصيف الرطبة، وخاصةً في غياب تكييف الهواء، قد تتجاوز الظروف في المنازل والمكاتب ومنشآت التصنيع أحيانًا 9% من الملوحة الكهرومغناطيسية.

بالنسبة للمخاطر الخارجية المحمية من المطر في معظم أنحاء الولايات المتحدة، بما في ذلك المستودعات والأكواخ غير المدفأة وحتى المنازل غير المدفأة التي هي قيد الإنشاء، يبلغ متوسط ​​الرطوبة في الهواء 12% أي ما يعادل 65% من الرطوبة النسبية.

في المناطق الساحلية، مثل ميامي ونيو أورلينز وسياتل، ومناخات الجزر مثل جامايكا واليابان، يكون معامل التوافق الكهرومغناطيسي أعلى. يمكن أن يصل معامل التوافق الكهرومغناطيسي في المناطق الداخلية إلى 12%، وفي المناطق الخارجية إلى 16%.

يتغير محتوى الرطوبة في الخشب غير المطلي أسرع من الخشب المغطى جيدًا. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الطلاء يُبطئ فقط تغير محتوى الرطوبة. غالبًا ما تتغير نسبة الرطوبة في المنتجات الخشبية المطلية ببطء شديد، مما يعني أن الظروف القاسية جدًا من الجفاف أو الرطوبة الشديدة لن تكون بنفس وضوحها في المنتجات غير المطلية.

هناك مفهوم أساسي آخر، وهو أن التجفيف بالفرن لا يُنتج منتجًا خشبيًا لا يتغير رطوبته. جميع أنواع الأخشاب تتغير رطوبتها بتغير الرطوبة. التجفيف بالفرن هو ببساطة تقنية سريعة وعالية الجودة لخفض رطوبة الخشب إلى القيمة المطلوبة. إذا جفّف الخشب المجفف بالفرن جيدًا، ولكن لم تُعالَج الأجزاء والمكونات المصنوعة منه بشكل صحيح، مما يُتيح لها استعادة رطوبتها. بعد ذلك، يُتوقع حدوث انكماش لاحق في بيئة جافة داخل مصنع التصنيع، أو في منزل أو مكتب العميل الجاف.

سنناقش قياس التوافق الكهرومغناطيسي ومحتوى الرطوبة لاحقًا. ولكن قبل ذلك، دعونا نتناول بعض أسباب قلقنا البالغ بشأن محتوى الرطوبة.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

كما ذكرنا سابقًا، ولأهمية الأمر وضرورة تكراره، تتمتع معظم المكاتب والمنازل في أمريكا الشمالية بمتوسط ​​توافق داخلي يتراوح بين 6% و9%، ورطوبة نسبية تتراوح بين 30% و50%. في بعض الأحيان، قد يكون المنزل أو المكتب أكثر جفافًا، كما هو الحال في منتصف الشتاء في شمال الولايات المتحدة أو خلال الصيف في جنوب غرب الولايات المتحدة الجاف. من ناحية أخرى، قد يكون المنزل أو المكتب على طول المناطق الساحلية الجنوبية أو الغربية أكثر رطوبةً في بعض الأحيان.

تعتمد نسبة الرطوبة الصحيحة للأخشاب الواردة إلى المصنع، وللمنتجات الخشبية أثناء التصنيع، وللمنتج أثناء التخزين والتركيب، على نسبة التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) القصوى أثناء الاستخدام. لأن رطوبة الخشب، حتى لو كانت زائدة قليلاً، تسبب انكماشًا، وعادةً ما تكون مشاكل الانكماش أكثر خطورة من مشاكل الانتفاخ، ولأن المنزل أو المكتب النموذجي نادرًا ما يكون أكثر جفافًا بكثير من نسبة التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) التي تتراوح بين 6% و7%، ورطوبة نسبية تتراوح بين 28% و38%.

يتراوح متوسط ​​محتوى الرطوبة المطلوب عادةً للأخشاب وقطع الغيار والمكونات المخصصة للمنتجات الداخلية بين 6% و7%. تتوفر مؤشرات الرطوبة النسبية الإلكترونية بأقل من 30 دولارًا أمريكيًا في متاجر الإلكترونيات. لذلك، يُعد تحديد الرطوبة بدقة والتوافق الكهرومغناطيسي المرتبط بها أمرًا سهلًا وغير مكلف نسبيًا في أي مكان تُصنع فيه المنتجات الخشبية أو تُخزن أو تُركّب أو تُستخدم فيه.

على الرغم من أن متوسط ​​قطعة الخشب تحتوي على نسبة رطوبة تتراوح بين 6% إلى 7% في معظم المواقع الداخلية، فإن الخشب مادة متغيرة حيث لا يوجد قطعتان متماثلتان، وبالتالي، سيكون هناك دائمًا بعض التباين البسيط في محتوى الرطوبة تحت 1% من محتوى الرطوبة في القطع الفردية المعرضة لنفس التوافق الكهرومغناطيسي.

كقاعدة عامة، الفرق المثالي بين محتوى رطوبة الخشب وتوازن الرطوبة في الهواء هو ٢٪. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن مقدار التباين المقبول يعتمد على المنتج المُصنّع وحساسيته لتغيرات محتوى الرطوبة.

يتطلب تحقيق تجانس أفضل لمحتوى الرطوبة بذل جهد أكبر أثناء التجفيف في الفرن، وتخزينًا أفضل للأخشاب الجافة أثناء المناولة، مما يزيد من سعر الأخشاب ومكوناتها. ومع ذلك، فإن تقليل خطر الرفض يستحق التكلفة الإضافية والعناية.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

يبدأ مفتاح التحكم الناجح في محتوى الرطوبة بتشغيل الفرن. بعد تجفيف الخشب في الفرن، يجب تخزينه عند مستوى الرطوبة النسبية (EMC) المناسب لمنع أي تغيرات غير مرغوب فيها. تُجفف معظم عمليات التجفيف التجارية الخشب عند مستوى الرطوبة المناسب، وتُخزنه عند مستوى الرطوبة النسبية (EMC) المناسب.

الخطوة الثانية في التحكم بمحتوى الرطوبة، وهي أكثر أهمية من الأولى، هي في مصنع التصنيع. يجب تخزين الأخشاب المجففة في الأفران، سواءً في أجزاء التصنيع أو مكونات الخشب المصنّعة، عند وصولها لأول مرة في درجة حرارة مطابقة للمواصفات (EMC) لمنع أي تغيرات غير مرغوب فيها في محتوى الرطوبة. ولأن المكونات أصغر بكثير من الخشب، فإنها تتمتع بمساحة سطح أكبر لكل حجم، وحبيبات مكشوفة أكثر من الخشب.

لذلك، تتغير نسبة الرطوبة في المكونات أسرع بكثير من الخشب إذا لم تكن التوافق الكهرومغناطيسي للهواء مساوية لنسبة الرطوبة في المكون. كما أن القطع والمكونات أكثر قيمة من الخشب الخام، لذا فإن التخزين السليم لها أكثر أهمية من الناحية الاقتصادية من تخزين الخشب.

يُعد التحكم في نسبة الرطوبة في مكونات الخشب عنصرًا أساسيًا في التحكم في نسبة الرطوبة في منشأة التصنيع. يجب أن تكون نسبة الرطوبة في المنشأة قريبة جدًا من نسبة الرطوبة في منزل العميل أو مكتبه. قد يؤدي ذلك إلى زيادة الرطوبة في هواء منشأة التصنيع. ولكن حتى التحكم في الرطوبة في المصنع لن يُعالج مشاكل الرطوبة إذا لم تُخزَّن المكونات أو القطع بشكل صحيح عند استلامها.

من المخاوف المهمة الأخرى تخزين المنتجات النهائية في منزل العميل أو مكتبه. لا يُنصح بتخزين البضائع في الخارج أو في مبنى أو سقيفة غير مُدفأة. فمعامل التوافق الكهرومغناطيسي مرتفع جدًا. ومن الممكن أيضًا أن يكون هذا المعامل أعلى بكثير في مبنى قيد الإنشاء مؤقتًا مما كان عليه عندما كان المبنى مشغولًا. في هذه الحالة، ستستعيد منتجات الخشب المُخزنة رطوبتها في البداية، ثم تفقدها بسرعة بعد شغل المبنى، مما يُسبب الاعوجاج والتشققات وعيوب الرطوبة الأخرى.

يمكن الحفاظ على مستوى التوافق الكهرومغناطيسي المستهدف في الغرفة بسهولة. أسهل طريقة لخفض التوافق الكهرومغناطيسي والرطوبة النسبية للهواء، أي "تجفيف الهواء"، هي إضافة تدفئة إلى الغرفة. القاعدة العامة هي أن الغرفة التي تُسخّن بحوالي 25 درجة فهرنهايت فوق درجة حرارة الصباح المنخفضة ستُنتج 7% من التوافق الكهرومغناطيسي، وهي قيمة جيدة للتوافق الكهرومغناطيسي المستهدف.

يمكن أيضًا التحكم في التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) في منطقة تخزين أخشاب صغيرة عن طريق إغلاق منطقة التخزين والتحكم في الرطوبة النسبية باستخدام وحدة إزالة رطوبة منزلية صغيرة. يعمل هذا فقط عندما تكون نسبة الرطوبة في الخشب مناسبة. لا تتوفر طاقة كافية في الوحدة لتجفيف الخشب بشكل أكبر.

وبالمثل، يجب ألا يكون هناك تسربات هواء خارجية كبيرة في الغرفة. يمكن استخدام منطقة التخزين هذه، التي تُسيطر عليها شركة DH، في البيئات الرطبة لتخزين المنتجات قيد التنفيذ أو المنتجات النهائية لمنع تراكم الرطوبة. على الرغم من أن هذا التخزين يتطلب جهدًا بسيطًا، إلا أن العائد هو منتج بجودة أفضل دون أي شكاوى من العملاء.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

يجب مراقبة محتوى الرطوبة في مكونات الخشب لضمان عدم زيادة أو نقصان الرطوبة بشكل غير ضروري. بمجرد تغير محتوى الرطوبة بشكل ملحوظ، سيستغرق الأمر وقتًا طويلاً لاستعادة الخشب رطوبته الصحيحة. في الواقع، تُعدّ معالجة الخشب ذي محتوى الرطوبة الخاطئ مضيعة كبيرة للوقت والمال.

يضمن التعامل السليم طوال عملية التصنيع عدم حدوث ذلك. يصعب استعادة جودة المكونات الخشبية، أو أجزائها، أو حتى المنتجات النهائية الجافة جدًا، التي تقل نسبة رطوبتها عن 5%.

أفضل إجراء هو وضع الخشب في غرفة تزيد حرارتها عن التوافق الكهرومغناطيسي المطلوب بنسبة 1% تقريبًا. يجب أن تحتوي الغرفة أيضًا على عدة مراوح لتحريك الهواء وتمريره عبر أسطح الخشب، ثم الانتظار حتى تتكيف نسبة الرطوبة؛ عدة أسابيع أو أكثر.

غالبًا ما يُمكن إعادة تجفيف أجزاء أو مكونات الخشب شديدة الرطوبة بنجاح. ومع ذلك، يصعب إعادة تجفيف المنتج النهائي بنجاح. إذا كانت نسبة الرطوبة العالية ناتجة عن ظروف تخزين سيئة، يُمكن عادةً وضع الخشب في غرفة دافئة تكون فيها نسبة الرطوبة EMC أعلى بنسبة 1 أو 2% من نسبة الرطوبة المطلوبة. تُسرّع الحرارة الخفيفة عملية التجفيف. يجب إبقاء الخشب في هذه الغرفة حتى يصل قلب الخشب إلى نسبة الرطوبة المطلوبة، وليس فقط للمدة اللازمة لوصول الطبقات الخارجية إلى نسبة الرطوبة المطلوبة.

بقلم الدكتور يوجين وينجرت - مادة محمية بحقوق الطبع والنشر.
مستخدم بإذن من Wagner Meters

لقد ناقشنا محتوى الرطوبة في الخشب، ولكننا لم نشير بعد إلى تعريف محتوى الرطوبة.

التعريف الدقيق لمحتوى رطوبة الخشب هو وزن الماء في قطعة خشب مقارنةً بوزنها بعد تجفيفها في الفرن. يُعبَّر دائمًا عن محتوى الرطوبة كنسبة مئوية (%)، لذا نضرب الناتج في 100.

نقيس كمية الماء بوزن قطعة الخشب، ثم نجففها في الفرن على درجة حرارة ٢١٥ فهرنهايت لمدة تتراوح بين ١٢ و٣٦ ساعة، حتى يجف الخشب تمامًا. ثم نعيد وزن القطعة بعد تجفيفها في الفرن.

الفرق بين الوزنين هو كمية الماء التي كانت في الخشب قبل التجفيف. الوزن النهائي هو وزن الخشب بعد التجفيف في الفرن.