CN101069972A - 一种热处理炭化木材的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热处理炭化木材的生产方法。它需要解决的技术问题是，提供一种处理周期较短，木材强度损失较小，能产业化和可操作性更高的热处理炭化木材的生产方法。本发明包括准备、预热、升温、保温和降温阶段。其中升温阶段：将窑内介质温度以10～18℃/h的速度升温到95～105℃；接着以3～8℃/h的速度升温到120～130℃对素材进行高温干燥，并且木材内部的含水率几乎降到0；再以12～20℃/h的速度升温到185～220℃之间；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种木材的热处理方法，是对木材进行不完全炭化的处理方法，属于木材科学与技术领域。
技术背景
木材在使用过程中，由于环境的变化容易翘曲变形，易腐，易霉。多年来，许多研究人员致力于提高木材的尺寸稳定性、耐腐、耐霉的研究。然而常采用方法如树脂浸渍处理、酸、醇浸渍处理、聚乙二醇(PEG)浸渍处理、甲醛处理、添加憎水剂等化学药剂法，化学处理对环境的不良影响较大；油漆处理方法是非永久性的，板材表面一旦遭到破坏，防水效果就会下降；金属化及陶瓷化处理将失去木材的天然性。而采用木材高温热处理的物理性加工方法，由于木材经热处理炭化改性后，一些化学性质和物理性质发生了永久的改变，使炭化木材与未处理材相比其尺寸稳定性和隔热性能提高；如果在一定高的温度下进行处理，木材的耐腐蚀性能也提高；通过调整热处理炭化温度和热处理时间，就能获得不同颜色的炭化木材，从而实现产品品种的多样化。经过炭化的木材由于湿度不同而导致的干缩和湿胀减小，颜色美观，导热系数低，而且炭化木生产过程中不需要任何化学试剂，只用了水和热能，故热处理炭化木是无毒环保型材料，不仅安全而且卫生。所以，炭化木必将以其良好的耐久性、耐候性、尺寸稳定性及安全、环保等突出特点，在室外木建筑、家具与室内装饰装修等行业得到广泛应用，它是木材深加工及高效利用的一种新方法。
在我国，关于炭化木的研究刚刚开始，尚处于起步阶段。中国专利文献CN2118274.4专利公开了“在木材表面烤制、烤花的工艺及其产品”，是直接用明火喷烤木材表面来进行炭化处理的方法，该方法只对制品的表层进行炭化处理，制品内外炭化程度差异大，表面炭化也因炭化时间、强度不一致而造成炭化均匀性差，也没有从根本上解决木材的耐候性、耐腐性、尺寸稳定性等问题。中国专利文献CN1814421公开了一种“木材微炭化方法”，它从窑温逐渐升至80℃，待木材干燥，立即升温到130℃以上，甚至升到200℃使木材微炭化。但该方法没有公开木材炭化的具体工艺，在炭化木材制造过程中，由于炭化工艺的具体技术参数和木材的含水率不明确，难以指导实际生产；同时专利也没有明确炭化工艺的最高温度范围，木材会因炭化温度过高而导致全部或大部分热解，致使木材力学性能几乎损失殆尽，而无法利用。中国专利文献CN1868704A公开了一种“木材炭化处理方法”，它采用阶梯式连续升温方法，将温度按每4～6小时提高3～7℃的速度升温到120～140℃，再按每1～3小时提高8～12℃的速度升温到160～240℃，并在最高温度下保持3～6小时的方法进行木材炭化处理。但该方法没有明确木材的初含水率，如果用以处理湿的厚板或硬阔叶材，则易引起表面硬化而导致内裂等干燥缺陷，如果用以处理干燥后的板材，则存在处理周期过长的不足；同时此工艺中也没有明确炭化处理湿木材过程中的湿球温度或相对湿度的数值及控制，难以指导实际生产；再则该方法的最高温度达240℃，木材会因炭化温度过高、强度下降过大而影响使用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，提供一种处理周期较短，木材强度损失较小，能产业化和可操作性更高的热处理炭化木材的生产方法。
本发明可以通过如下措施来实现：
1)准备阶段：将含水率≤12％的待处理木材即素材，按常规干燥法堆垛放入木材炭化窑内，并关闭木材炭化窑的大门和进、排气口；
2)预热阶段：将窑内介质温度在1～3h内升到50～80℃；
3)升温阶段：将窑内介质温度以10～18℃/h的速度升温到95～105℃；接着以3～8℃/h的速度升温到120～130℃对素材进行高温干燥，并且木材内部的含水率几乎降到0；再以12～20℃/h的速度升温到185～220℃之间；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，以防止木材燃烧，同时有利于窑内温度和湿度的调节；
4)保温阶段：当窑内介质温度达到所要求的温度以后，保持窑内温度在185～220℃之间，保持热处理炭化温度2～8h；热处理温度和时间可以根据素材的材性、尺寸、产品的性能、颜色等进行适当调节；
5)降温阶段：关闭热源，采用间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以12～18℃/h的速度降温到120～140℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法进行降温，使窑内介质温度以4～8℃/h的速度降温到70～85℃，采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，维持1～4h，使木材含水率达到4～9％；再自然降至室温，出窑。
本发明所用的木材炭化窑，即干燥及高温热处理一体化木材干燥窑。
对于含水率＞12％的木材，步骤2)为木材预干燥阶段，即采用常规干燥方法对其进行木材预干燥处理，使其含水率达到≤12％后即转入步骤3)升温阶段。
此外，在木材炭化窑内部设置可逆转风机，在木材干燥热处理过程中通风，风速为1～8m/s，并每隔3～6h改变一次风向。
与背景技术相比，本发明具有如下优点：
1、由于使用素材的含水率≤12％，使得炭化窑内的木材在快速预热后可以立即进入高温干燥处理，在保证木材干燥质量的同时，使达到高温干燥温度所需的时间大大减少，从而有效地将热处理周期缩短为18～48h内完成。
2、本方法的最高温度为220℃，低于背景技术约20℃，不但降低了能耗，也减少了对木材强度造成的损失。
3、只要对步骤2)作适当调整，还能适用于素材含水率在＞12％的情况。使本方法的产业化和可操作性更高。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1。本例炭化铁苏木的生产方法为：
1)准备阶段：将长900mm，宽150mm，厚30mm，含水率为12％左右的一批铁苏木按常规干燥法进行堆垛，放入炭化窑内，关闭炭化窑的大门和进、排气口。堆垛和入窑时，应将颜色深的素材放在炭化窑内温度低的区域，颜色浅的放在温度高的区域。
2)预热阶段：将炭化窑内的介质温度在1h左右迅速升到50℃。
3)升温阶段：采用热油加热系统产生热处理所需热量，通过炭化窑内散热器间接加热窑内空气，使窑内介质温度以10℃/h的升温速度升温到100℃；接着以4℃/h的升温速度升温到120℃，进行素材的高温干燥，使素材含水率接近0；再以12℃/h的升温速度升温到185℃，对素材进行前期热处理。在此阶段中应适当喷蒸，辅以蒸汽保护。
4)保温阶段：保持炭化窑内温度在185℃，根据产品的要求，处理4h。
5)降温阶段：关闭热源，间歇喷蒸降温使窑内介质温度以12℃/h的降温速度降到120℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以4℃/h的降温速度降到70℃；再间歇喷蒸处理，使窑内介质温度保持70℃，维持3h，使木材含水率达到5％左右，自然降温至室温，出窑。
实施例2。本例炭化水曲柳的生产方法为：
1)准备阶段：将长900mm，宽150mm，厚20mm，含水率为10％左右的一批水曲柳按常规干燥法进行堆垛，放入炭化窑内，关闭炭化窑的大门和进、排气口。堆垛和入窑时，应将颜色深的素材放在炭化窑内温度低的区域，颜色浅的放在温度高的区域。
2)预热阶段：将炭化窑内的介质温度在1h左右迅速升到60℃。
3)升温阶段：采用热油加热系统产生热处理所需热量，通过炭化窑内散热器间接加热窑内空气，使窑内介质温度以15℃/h的升温速度升温到100℃；接着以6℃/h的升温速度升温到130℃，进行素材的高温干燥，使素材含水率接近0；再以16℃/h的升温速度升温到195℃，对素材进行前期热处理。在此阶段中应适当喷蒸，辅以蒸汽保护。
4)保温阶段：保持炭化窑内温度在195℃，根据产品的要求，处理2.5h。
5)降温阶段：关闭热源，间歇喷蒸降温使窑内介质温度以15℃/h的降温速度降到130℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以6℃/h的降温速度降到80℃；再间歇喷蒸处理，使窑内介质温度保持80℃，维持2h，使木材含水率达到6％左右，自然降温至室温，出窑。
实施例3。本例炭化杉木的生产方法为：
1)准备阶段：将长1200mm，宽100mm，厚30mm，含水率16％左右的一批气干杉木按常规干燥法进行堆垛，放入炭化窑内，关闭炭化窑的大门和进、排气口。堆垛和入窑时，应将颜色深的素材放在炭化窑内温度低的区域，颜色浅的放在温度高的区域。
2)预干燥阶段：将炭化窑内的介质温度在2h左右迅速升到100℃，湿球温度控制在85℃，对杉木进行常规干燥，约需要4～10h。
3)升温阶段：待其含水率小于12％，以8℃/h的升温速度升温到130℃，进行素材的高温干燥，使素材含水率接近0；再以20℃/h的升温速度升温到220℃，对素材进行前期热处理。在此阶段中应适当喷蒸，辅以蒸汽保护。
4)保温阶段：保持炭化窑内温度在220℃，根据产品的要求，处理1.5h。
5)降温阶段：关闭热源，间歇喷蒸降温使窑内介质温度以18℃/h的降温速度降到140℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以8℃/h的降温速度降到85℃；再间歇喷蒸处理，使窑内介质温度保持85℃，维持2h，使木材含水率达到8％左右，自然降温至室温，出窑。
上述各例炭化窑内部设置可逆转风机，在木材干燥热处理过程中通风，风速为1～8m/s，并每隔3～6h改变一次风向。
经过测试，实施例1-3生产的木材均符合炭化木材的质量指标。
Claims (3)
1、一种热处理炭化木材的生产方法，其特征在于按下列步骤：
1)准备阶段：将含水率≤12％的待处理木材即素材，按常规干燥法堆垛放入木材炭化窑内，并关闭木材炭化窑的大门和进、排气口；
2)预热阶段：将窑内介质温度在1～3h内升到50～80℃；
3)升温阶段：将窑内介质温度以10～18℃/h的速度升温到95～105℃；接着以3～8℃/h的速度升温到120～130℃对素材进行高温干燥，并且木材内部的含水率几乎降到0；再以12～20℃/h的速度升温到185～220℃之间；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理；
4)保温阶段：当窑内介质温度达到所要求的温度以后，保持窑内温度在185～220℃之间，保持热处理炭化温度2～8h；
5)降温阶段：关闭热源，采用间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以12～18℃/h的速度降温到120～140℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法进行降温，使窑内介质温度以4～8℃/h的速度降温到70～85℃，采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，维持1～4h，使木材含水率达到4～9％；再自然降至室温，出窑。
2、根据权利要求1所述的炭化木材的生产方法，其特征在于对于含水率＞12％的木材，步骤2)为木材预干燥阶段，即采用常规干燥方法对其进行木材预干燥处理，使其含水率达到≤12％后即转入步骤3)升温阶段。
3、根据权利要求1或2所述的炭化木材的生产方法，其特征在于在木材炭化窑内部设置可逆转风机，在木材干燥热处理过程中通风，风速为1～8m/s，并每隔3～6h改变一次风向。
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