CN103659973B - 一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺，步骤如下：（1）速生人工林桉树的预处理；（2）将锯解后的木材高温水煮；（3）堆垛；（4）对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥；（5）预热；（6）水蒸气保护中温处理；（7）惰性气体保护高温处理；（8）降温和调质过程。本发明的工艺大大缩短了桉树木材高温热处理过程中干燥时间，同时解决了常规窑干桉树木材极易端裂、翘曲和皱缩等变形及出材率低的问题。出材率高，可达到60%-70%；使用本发明的水蒸汽和氮气联合处理方法，处理后的桉树木材力学强度平均下降了28%；并且热处理后颜色和炭化程度均匀；尺寸稳定性大大提高，平衡含水率比未处理的降低了45%。

Description

一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺。

背景技术

随着国家天然林保护工程的实施,人工林速生材的开发利用已成为解决木材供需矛盾的重要途径。高温热处理木材工艺的研究,是高效利用木材,提高木材附加值的物理加工手段。通过热处理既能使木材具有良好的尺寸稳定性、耐腐性、耐候性、环保性等优点,又可改变普通木材的颜色以模仿珍贵木材,提高其使用范围和附加值。该种木材热处理工艺已越来越受到企业和木材科学研究人员的关注。自从上个世纪中叶,不同的木材热处理改性工艺在法国、芬兰、荷兰和德国就已经发展起来并产业化。我国高温热处理木材产业发展经历了三个阶段：（1）进口阶段；（2）零星试制阶段。他们试制的共同特点：a.缺乏理论指导，摸索试验、修改试制；b.热处理设备多为原防腐罐改造；c.批量较小（多为几个m3），形不成规模；d.热处理不均匀，引起颜色和材性不均匀；（3）成为市场热点，处于起步阶段。2004年以来，高温热处理木材成为木材行业的热点，引起同行的广泛关注，不少原来生产防腐木的工厂兼或改生产高温热处理木材，产品质量良莠不齐。主要处理的木材树种为马尾松、杉木和杨木及生产木地板的硬木；但是，对于速生人工林桉树木材高温热处理的产品几乎没有，处理研究也极少。国内现在已有的木材高温热处理技术主要参考芬兰的VVT技术，其流程为：(1)木材准备（自然气干或常规窑干，含水率控制在15%以下）→(2)木材堆垛→(3)预热过程→(4)升温过程→(5)保温过程→降温和调节过程。处理设备主要是：试验室干燥箱改造、自制小型热处理设备和小型真空高温热处理设备。以上工艺流程对于杉木、松木、杨木及木地板生产硬木比较适合。由于速生人工林桉树木材在干燥中极易产生端裂、翘曲、皱缩和弯曲变形；因此，此工艺流程用于处理速生人工林桉树木材存在以下缺点：（1）木材准备阶段，自然干燥时间长；常规窑干，桉树木材极易端裂、翘曲和皱缩，很难控制，干燥出材率低。（2）高温处理后力学性能降低比较大。为了避免以上缺点，本发明提供了速生人工林桉树木材高温热处理工艺。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺，应用本发明的工艺干燥时间短，不容易端裂、翘曲和皱缩；高温处理后力学性能变化不大。

本发明提供一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺，步骤如下：

（1）速生人工林桉树的预处理：砍伐和原木锯解或砍伐、运输和原木锯解；

（2）将锯解后的木材高温水煮：水煮温度为85℃－95℃，时间为80-100min，优选水煮温度为90℃，时间为90min；

（3）堆垛；

（4）对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥；

（5）预热；

（6）水蒸气保护中温处理；

（7）惰性气体保护高温处理；

（8）降温和调质过程。

优选地，步骤（1）中，在砍伐前，进行应力释放：在朝东方向，且距离地面1.3米的立木树杆处，使用钻头钻个孔，释放部分生长应力；之后，朝西方向砍树。

优选地，步骤（1）中，原木运输过程进行封端处理：砍倒并按规定尺寸截断后，立刻使用不透气物体包住原木两端。

优选地，步骤（1）中，所述原木锯解时，使用侧边锯和多片锯联合锯解设备，或者使用框式锯进行原木锯解。

进一步地，所述原木锯解采用翻转锯解法，步骤如下：首先从小头开始，然后以朝东方向树干在上并且垂直；然后，按照逆时针顺序使用侧边锯或者带锯进行翻转下锯，锯掉原木四边；最后，使用带锯进行重复锯解或者用多片锯一次锯解。

优选地，步骤（4）中，所述对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥的步骤如下：开始时温度控制在60－70℃，干燥1－2天，然后升温到100℃，干燥1－2天，使其含水率达到15%，当板材的含水率达到15%时，进行喷蒸处理，温度需保持在90℃以上，调湿处理3小时。

优选地，步骤（5）中，预热温度为70－80℃，干燥时间为1－3天。

优选地，步骤（6）中，所述水蒸气保护中温处理是在预热后，升温至130℃时通入水蒸汽，继续升温至165℃－240℃。

优选地，步骤（7）中，当升温至165℃－240℃时，停止通入水蒸气，通入惰性气体，保温。

与现有技术相比本发明的优点在于：

（1）大大缩短了桉树木材高温热处理过程中干燥时间，同时解决了常规窑干桉树木材极易端裂、翘曲和皱缩等变形及出材率低的问题。桉树木材自然气干可以减少桉树木材干燥过程中极易端裂、翘曲和皱缩等变形的缺陷，但是要使其含水率达到18%以下，至少需要3个月以上的时间。而使用本发明的高温水煮和喷蒸调湿干燥技术只需要6－10天的时间，就可以使其含水量达到15%以下，而且同时可以避免桉树木材在制备过程中的缺陷（即易端裂、翘曲和皱缩等变形问题），出材率高，可达到60%－70%；

（2）本发明在高温水煮和喷蒸调湿干燥两步骤之间加入了堆垛步骤，有利于蒸汽循环流通及减少干燥过程中的变形；

（3）使用现有的处理技术，200℃以上温度处理后的木材力学强度平均下降了38%以上，使用本发明的水蒸汽和氮气联合处理方法，处理后的桉树木材力学强度平均下降了28%；

（4）集砍伐、锯解和高温热处理一体化。其效果在于：a、热处理效率提高，热处理材的预干时间由3个月，缩短为6－10天；出材率提高了20－30%；b、热处理后颜色和炭化程度均匀；c、尺寸稳定性大大提高，平衡含水率比未处理的降低了45%。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

本发明的一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺步骤如下：

（1）速生人工林桉树砍伐及运输：首先，在速生人工林桉树砍伐前，进行生长应力释放：在朝东方向，且距离地面1.3米的立木树杆处，使用钻头钻个孔，释放部分生长应力；砍树方向应在朝西方向砍，目的也是释放部分生长应力。其次，原木运输过程进行封端处理：砍倒并按规定尺寸截断后，立刻使用塑料袋包住原木两端，控制因端部水分的散失引起的应力释放，目的是防止水分流失产生端裂。

（2）原木锯解：通过选择适合的设备及制定正确的下锯方法对原木进行锯解来控制生长应力释放：使用侧边锯和多片锯联合锯解设备，或者框式锯，这些锯解设备可以使生长应力平衡释放，从而保持板材内的应力平衡，来减少板材的端裂和翘曲。

为了避免桉树原木在锯解过程中因应力引起的锯材缺陷，本发明使用灵活的翻转锯解法，其过程是：首先应该从小头开始，然后以朝东方向树干在上并且垂直，这样能够保证以朝东方向为轴线的宽度；然后，按照逆时针顺序使用侧边锯或者带锯进行翻转下锯，锯掉原木四边；最后，使用带锯进行重复锯解或者用多片锯一次锯解。这种下锯法目的是减少弦切板，增加径切板，减少因生长应力释放引起的翘曲和端裂，提高出材率及锯材质量。

（3）将锯解后的木材高温水煮：水煮温度为90℃，水煮时间是90min。木材经高温水煮，可以减少干燥应力，从而避免干燥缺陷，及软化作用增加其塑性。

（4）堆垛：堆垛与传统的木材干燥堆垛方法一样，其要求是：支撑材堆的几根横梁，高度应一致，保持在同一水平面上；材堆中，各层隔条在高度上应自上而下地保持在一条垂直线上，并应着落在材堆底部的支撑横梁上，垛堆好后，还应在堆垛顶上压上重物；堆垛的好处是有利于蒸汽循环流通及减少干燥过程中的变形。

（5）喷蒸调湿干燥：为了避免生人工林桉树木材的干燥缺陷和提高干燥效率，缩短木材制备时间，对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥：堆垛好的锯材用铲车运输到干燥窑里，然后进行蒸气干燥，开始时温度控制在65℃，干燥1天，然后升温到100℃，干燥2天，使其含水率达到15%左右。当窑干板材的含水率达到15%时，打开喷蒸管，进行喷蒸处理，温度需保持在90℃以上，调湿处理3小时。

（6）预热过程：调湿处理后，温度控制在75℃干燥2天。

（7）水蒸气保护中温处理；预热好后，升温，温度升到130℃时通入水蒸汽，温度一直升到所设定的温度200℃。

（8）氮气保护高温处理；温度到达所设定的温度（200℃）时，关闭水蒸汽，通入氮气，保温2－8h,(具体时间按10min/mm板的厚度来计算)。步骤（7）和（8）的目的是尽量减少高温处理后的木材力学强度的降低，现有技术表面使用水蒸气作为保护介质力学强度降低厉害达50%，而应用氮气处理相对来说降低比较少。同时中温使用水蒸汽处理能够避免桉树木材开裂皱缩，变形，因为其有调湿作用能够使端裂和皱缩恢复作用，从而提高出材率。

（9）降温和调质过程：达到保温时间后，关闭氮气，关闭电源和热源，放置24h，使其温度降到40℃，然后取出。

实施例2

本发明的一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺步骤如下：

（1）速生人工林桉树砍伐及运输：砍伐及运输方法与实施例1中相同。

（2）原木锯解：原木锯解方法与实施例1中相同。

（3）将锯解后的木材高温水煮：水煮温度为85℃，水煮时间是80min。木材经高温水煮，可以减少干燥应力，从而避免干燥缺陷，及软化作用增加其塑性。

（4）堆垛：堆垛与传统的木材干燥堆垛方法一样，其要求是：支撑材堆的几根横梁，高度应一致，保持在同一水平面上；材堆中，各层隔条在高度上应自上而下地保持在一条垂直线上，并应着落在材堆底部的支撑横梁上，垛堆好后，还应在堆垛顶上压上重物；堆垛的好处是有利于蒸汽循环流通及减少干燥过程中的变形。

（5）喷蒸调湿干燥：为了避免生人工林桉树木材的干燥缺陷和提高干燥效率，缩短木材制备时间，对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥：堆垛好的锯材用铲车运输到干燥窑里，然后进行蒸气干燥，开始时温度控制在60℃，干燥2天，然后升温到100℃，干燥1天，使其含水率达到15%左右。当窑干板材的含水率达到15%时，打开喷蒸管，进行喷蒸处理，温度需保持在90℃以上，调湿处理3小时。

（6）预热过程：调湿处理后，温度控制在70℃干燥3天。

（7）水蒸气保护中温处理：预热好后，升温，温度升到130℃时通入水蒸汽，温度一直升到所设定的温度：165℃。

（8）氮气保护高温处理：温度到达所设定的温度（165℃）时，关闭水蒸汽，通入氮气，保温2－8h,(具体时间按10min/mm板的厚度来计算)。步骤（7）和（8）的目的是尽量减少高温处理后的木材力学强度的降低，现有技术表面使用水蒸气作为保护介质力学强度降低厉害达50%，而应用氮气处理相对来说降低比较少。同时中温使用水蒸汽处理能够避免桉树木材开裂皱缩，变形，因为其有调湿作用能够使端裂和皱缩恢复作用，从而提高出材率。

（9）降温和调质过程：达到保温时间后，关闭氮气，关闭电源和热源，放置24h，使其温度降到40℃，然后取出。

实施例3

本发明的一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺步骤如下：

（1）速生人工林桉树砍伐及运输：砍伐及运输方法与实施例1中相同。

（2）原木锯解：原木锯解方法与实施例1中相同。

（3）将锯解后的木材高温水煮：水煮温度为95℃，水煮时间是100min。木材经高温水煮，可以减少干燥应力，从而避免干燥缺陷，及软化作用增加其塑性。

（4）堆垛：堆垛与传统的木材干燥堆垛方法一样，其要求是：支撑材堆的几根横梁，高度应一致，保持在同一水平面上；材堆中，各层隔条在高度上应自上而下地保持在一条垂直线上，并应着落在材堆底部的支撑横梁上，垛堆好后，还应在堆垛顶上压上重物；堆垛的好处是有利于蒸汽循环流通及减少干燥过程中的变形。

（5）喷蒸调湿干燥：为了避免生人工林桉树木材的干燥缺陷和提高干燥效率，缩短木材制备时间，对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥：堆垛好的锯材用铲车运输到干燥窑里，然后进行蒸气干燥，开始时温度控制在70℃，干燥1天，然后升温到100℃，干燥2天，使其含水率达到15%左右。当窑干板材的含水率达到15%时，打开喷蒸管，进行喷蒸处理，温度需保持在90℃以上，调湿处理3小时。

（6）预热过程：调湿处理后，温度控制在80℃干燥1天。

（7）水蒸气保护中温处理：预热好后，升温，温度升到130℃时通入水蒸汽，温度一直升到所设定的温度：240℃。

（8）氮气保护高温处理：温度到达所设定的温度（240℃）时，关闭水蒸汽，通入氮气，保温2－8h,(具体时间按10min/mm板的厚度来计算)。步骤（7）和（8）的目的是尽量减少高温处理后的木材力学强度的降低，现有技术表面使用水蒸气作为保护介质力学强度降低厉害达50%，而应用氮气处理相对来说降低比较少。同时中温使用水蒸汽处理能够避免桉树木材开裂皱缩，变形，因为其有调湿作用能够使端裂和皱缩恢复作用，从而提高出材率。

（9）降温和调质过程：达到保温时间后，关闭氮气，关闭电源和热源，放置24h，使其温度降到40℃，然后取出。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种速生人工林桉树木材高温热处理工艺，步骤如下：（1）速生人工林桉树的预处理：砍伐和原木锯解或

砍伐、运输和原木锯解；在砍伐前，进行应力释放：在朝东方向，且距离地面1.3米的立木树杆处，使用钻头钻个孔，释放部分生长应力；之后，朝西方向砍树；所述原木锯解时，使用侧边锯和多片锯联合锯解设备，或者使用框式锯进行原木锯解；原木锯解采用翻转锯解法，步骤如下：首先从小头开始，然后以朝东方向树干在上并且垂直；然后，按照逆时针顺序使用侧边锯或者带锯进行翻转下锯，锯掉原木四边；最后，使用带锯进行重复锯解或者用多片锯一次锯解；

（2）将锯解后的木材高温水煮：水煮温度为85℃－95℃，时间为80-100min；

（3）堆垛；

（4）对堆垛后的木材进行喷蒸调湿干燥：开始时温度控制在60－70℃，干燥1－2天，然后升温到100℃，干燥1－2天，使其含水率达到15%，当板材的含水率达到15%时，进行喷蒸处理，温度需保持在90℃以上，调湿处理3小时；

（5）预热；

（6）水蒸气保护中温处理；

（7）惰性气体保护高温处理；

（8）降温和调质过程。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（1）中，原木运输过程进行封端处理：砍倒并按规定尺寸截断后，立刻使用不透气物体包住原木两端。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（2）中，水煮温度为90℃，时间为90min。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（5）中，预热温度为70－80℃，干燥时间为1－3天。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（6）中，所述水蒸气保护中温处理是在预热后，升温至130℃时通入水蒸汽，继续升温至165℃－240℃。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（7）中，当升温至165℃－240℃时，停止通入水蒸气，通入惰性气体，保温。