CN102581897A - 实木热处理方法 - Google Patents

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Inventor
江京辉
吕建雄
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Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
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Abstract

一种实木热处理方法，该方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理包括干燥、升温、热处理、降温和出窑几个步骤。本发明中所公开的实木热处理方法在传统的实木木材常压水蒸气热处理中引入氧浓度控制；并根据热处理过程中选用的具体处理温度选择适合的氧浓度，进一步提高木材的抗膨胀率，使木材在使用时其尺寸稳定性更高。

Description

实木热处理方法
技术领域
本发明涉及一种实木热处理方法。
背景技术
目前，常用的实木热处理方法有以下5种：
1芬兰“Thermowood”热处理工艺
此工艺采用水蒸气作为介质对木材进行处理，蒸汽中的空气含量不超过3％～5％，处理温度为150℃～240℃，处理时间为0.5～4h。所处理的木材可以是生材，也可以是窑干材。整个处理工艺过程分三个步骤，分别为升温段、处理段和降温段。根据不同树种，设置不同工艺参数，可以将室内用的5级(Standard EN335-1)木材加工生产成室外用的1至3级不等的产品。
2荷兰“Plato”热处理工艺
此工艺分为三个阶段。(1)水热解阶段，处理材可以是生材或气干材，温度在160～190℃，木材在热水加压(6～8bar)环境下进行处理；(2)主要是为后续工艺做准备，将木材含水率降至0；(3)热处理阶段，温度为170～190℃，该工艺处理时间为热解4～5h，干燥3～5d，固化14～16h，陈放2～3d。以上参数根据树种和材料尺寸可以进行合理调整。工艺条件决定着处理材的耐久性。
3法国“Retification”热处理工艺
此工艺是从处理含水率12％左右的木材开始，在一个特殊的容器内慢慢升温到210℃～240℃，容器内传热介质是氮气，其中的氧气含量不超过2％。
4油热处理工艺
德国Menz Holz公司采用油作为介质来处理木材。油可以用菜籽油、亚麻子油或葵花籽油、大豆油等植物油，还可以使用塔尔油。根据每种油因受热而引起的不同稠度以及材种的不同，工艺中应采用不同的处理温度。这些油可以相互混合使用，但为了保证传热均匀，一般都是单独使用。根据每种油因受热而引起的不同稠度，工艺中应采用不同的处理温度，一般来说在220℃处理木材，可以得到最好的耐久性能和油最小消耗量。整个处理过程由计算机控制。在加工处理过程中油介质可以提供一个均匀的热量传导，并且很好的保证了木材与空气完全隔离，此外油中保存了大部分的过程热，在进行连续操作时加工过程的能量需求量低。处理过程中，不但在木材中心热量保持2～4h非常必要，而且适当延长升温和降温时间也是很必要的。
5法国“Le Bois Perdure”工艺
此工艺是一种采用蒸汽作为介质对木材进行热处理的工艺，不同于其他蒸汽介质热处理之处在于，此工艺所用的蒸汽通常来源于木材蒸发出来的水分。此工艺是从处理生材开始。首先是在炉中对生材进行人工干燥；然后将温度升高到230℃，以蒸汽为热传递介质来处理木材。
从上述各种工艺可以看出，目前所使用的各种工艺均通过调整热处理是采用的介质的种类，比如：氮气、常压下热空气、加压热空气、不同植物油等来使木材取得不同的物理力学性能效果。在上述各种热处理方法中氧气浓度无量化，并未阐述氧气在热处理过程中发挥的作用，并且由于对各种介质要求较高，尤其是液体介质等，会提高生产成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供用于实木木材的热处理方法，该方法通过控制木材热处理时的氧气浓度来进一步增加木材尺寸稳定性的。该方法简单有效，可在不改变现有设备的条件下，使木材在热处理后的尺寸稳定性指标都优于现有的处理方法。
为实现上述目的，本发明实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，在处理温度为＜130℃，压力为常压的条件下将木材的含水率降低到3％；
2、升温阶段：将经过所述干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃～160℃，并将该阶段处理窑内的氧气浓度为控制在10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为160℃～180℃；处理窑内的氧气浓度为8-10％，处理时间为1-4h；
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段处理窑内的氧气浓度为6-8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
本发明中另一种实木热处理方法为，采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，在处理温度为＜130℃，压力为常压的条件下将木材的含水率降低到3％；
2、升温阶段：将经过所述干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃～180℃，并将该阶段处理窑内的氧气浓度为控制在10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为200℃～220℃；处理窑内的氧气浓度为6-8％，处理时间为1-4h；
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段处理窑内的氧气浓度为6-8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
本发明中所公开的实木处理方法在传统的实木木材常压水蒸气热处理中引入氧浓度控制；并根据热处理过程中选用的具体处理温度选择适合的氧浓度，进一步提高木材的抗膨胀率，使木材在使用时其尺寸稳定性更高。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃～160℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为160℃～180℃；氧气浓度为8％，处理时间为1h。
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为6％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
实施例2
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃～160℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为160℃～180℃；氧气浓度为9％，处理时间为2.5h。
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为7％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
实施例3
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃～160℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为160℃～180℃；氧气浓度为10％，处理时间为4h。
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为6％～8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
实施例4
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130-180℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为200-220℃；氧气浓度为6％，处理时间为1h。
4、降温阶段1；以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为6％～8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
实施例5
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130-180℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为200-220℃；氧气浓度为7％，处理时间为3h。
4、降温阶段1；以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为6％～8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
实施例6
本实施例中的实木热处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：
1、干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，进行干燥，该阶段的处理温度为＜130℃，将木材干燥至含水率3％左右；
2、升温阶段：将干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130-180℃，该阶段的氧气浓度为10％；
3、热处理阶段：该阶段的木材处理温度为200-220℃；氧气浓度为8％，处理时间为4h。
4、降温阶段1：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段的氧气浓度为6％～8％；
5、降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；
6、出窑。
综上，本发明中实木材热处理方法的具体工艺参数为表1所示：
表1：实木热处理参数
Figure BDA0000145806780000061
以柞木木材为例，在常压蒸汽介质热处理温度为220℃，处理2h，氧气含量为2％(芬兰“Thermowood”热处理工艺和法国“Retification”热处理工艺)、4％、6％、8％和10％。处理后，其对抗弯弹性模量、抗弯强度、冲击韧性、顺纹抗压强度和表面硬度(端面、弦面和径面)力学性能，如表2中所示。
表2氧气浓度对柞木木材力学性能的影响
Figure BDA0000145806780000062
经方差分析，氧气浓度对抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度和表面硬度(端面、弦面和径面)无显著性差异。随着热处理氧气浓度增加，力学强度稍微有点下降。然而，随着热处理氧气浓度的增加，如表3中所示，木材在20℃，相对湿度65％环境中的平衡含水率逐渐下降，同时抗膨胀率增加。氧气浓度大于6％与小于6％的抗膨胀率存在显著性差异。当热处理温度160℃和180℃，氧气浓度应为8％～10％时；当热处理温度200℃和220℃，氧气浓度应为6％～8％时，否则热处理木材容易着火。因此，选择合适的氧气浓度有利于进一步提高热处理木材的尺寸稳定，而且对强度损失很小。
表3对木材平衡含水率对抗膨胀率的影响
从表3可知，芬兰“Thermowood”热处理工艺和法国“Retification”热处理工艺对比而言，经过热处理后，木材的强度损失相同，而提高木材抗膨胀率(尺寸稳定性)约15％。

Claims (2)

1.实木热处理方法，其特征在于，所述处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：1)干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，在处理温度为<130℃，压力为常压的条件下将木材的含水率降低到3%；2)升温阶段：将经过所述干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃~160℃，并将该阶段处理窑内的氧气浓度为控制在10%；3)热处理阶段：该阶段的木材处理温度为160℃~180℃；处理窑内的氧气浓度为8-10%，处理时间为1-4h；4)降温阶段1；以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段处理窑内的氧气浓度为6-8%；5)降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃；6)出窑。
2.实木热处理方法，其特征在于，所述处理方法采用常压水蒸气作为处理介质对木材进行处理，该方法包括以下步骤：1)干燥阶段：将待处理的实木材送进处理窑中，在处理温度为<130℃，将木材的含水率降低到3%；2)升温阶段：将经过所述干燥阶段处理后的木材以10℃/h升温至130℃~180℃，并将该阶段处理窑内的氧气浓度为控制在10%；3)热处理阶段：该阶段的木材处理温度为200℃~220℃；处理窑内的氧气浓度为6-8%，处理时间为1-4h；4)降温阶段1；以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到160℃，该阶段处理窑内的氧气浓度为6-8%；5)降温阶段2：以10℃/h的降温速度将热处理温度降低到100℃； 6)出窑。
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