CN103770173B - 一种木材机械加工性能改善方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的木材机械加工性能改善方法，包括步骤：A.将木材干燥至含水率为3～5%；B.将干球温度从室温升至100℃，升温过程干、湿球温差为10～30℃；C.将湿球温度快速升至100℃并保温30～50min，湿球温度100℃保持至调湿回潮后；D.将干球温度升至160～200℃；E.在干球温度160～200℃之间处理2～5h；F.以20～30℃/h的速率降温至140℃，再以2～5℃/h的速率降温至110℃，然后通入100℃的饱和水蒸气调湿回潮处理，将木材的含水率回调到5～10%，自然冷却至高于室温5～30℃后，处理结束；其可以大幅提高木材加工质量，处理过程无化学污染，周期短，生产成本低，具有高效、环保的优点。
Description
技术领域
本发明属于木材功能性改良领域，具体涉及一种改善木材机械加工性能的方法。
背景技术
木材被广泛地应用于建筑结构、装饰材料、家具等各种用途。从原木到实木成品需要经过一系列的机械加工，如刨切、砂光、铣削等。木材的机械加工性能不仅受刀具及加工方法的影响，也与自身的材性密切相关。加工性能的好坏直接影响着其在实木制品中的应用及木材附加值的提升。
人们尝试用化学药剂浸注的方法改善木材的加工性能，如用脲醛树脂、酚醛树脂改性等，虽然起到了一定的效果，但化学药剂会挥发一些有毒气体，如甲醛，影响使用者的安全与健康，同时也造成环境污染问题。
高温炭化处理是一种纯物理地改善木材加工性能的方法，其环保，高效，安全。曾被应用于提高木材的尺寸稳定性和耐腐耐候性。高温炭化具体所采用的处理工艺，包括保护介质、压力、流程、温度、时间、加热速率、初含水率等等，都会影响木材产品的最终性能以及生产的成本和效率。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，如果用以处理含水率较高的厚板或硬阔叶材，则易引起开裂、变形等干燥缺陷；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及循环风速的数值及控制，难以指导实际生产；再则该方法的升温速率较慢，影响生产效率，保温时间过长，容易使木材强度损失过大，没有涉及风速，木材受热不均，容易产生色差。中国专利文献CN101497799A公开了“一种超高温木材炭化方法”，它将木材放置于炭化罐内，将木材加热到100～120℃，并向木材表面喷射水蒸气，保持2～4小时；干燥木材，使木材含水率达到3～4%；再将木材加热到150～200℃，保持8～10小时。该方法所用炭化罐容积有限，不能实现大规模批量化处理，且设备造价较高；加热到150～200℃时未明确保护气体及湿球温度，罐内容易因温度过高而使木材变焦甚至起火；高温阶段保持时间过长，生产效率较低，且木材强度损失过大。中国专利文献CN101069972A公开了“一种热处理炭化木材的生产方法”，它是将含水率小于12%的木材装入炭化窑内，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，并保温2～8h，在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，炭化窑内部设置可逆转风机，风速为1～8m/s。该方法中木材的初含水率较高，需经过高温干燥过程，高温干燥不适合桉木等难干易裂的材种，容易造成木材开裂变形。木材处理时间过长，木材力学强度损失大且颜色深，影响后续加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是速生材桉木、杨木纤维长，机械加工困难。如砂光不平整易起毛，切削加工时不光滑。另外，解决现有炭化处理方法后木材色差大、木材力学强度损失大的技术问题。
本发明的木材机械加工性能改善方法，通过以下技术方案予以实现：
S1.预热阶段：将含水率3～5%的木材垛于处理设备内。干球温度以20～60℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为10～30℃，气流循环速度2～4m/s。
S2.升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温30～50min，气流循环速度2～4m/s。
S3.升温阶段：将干球温度以15～30℃/h的升温速率升至160～200℃，气流循环速度5～7m/s。
S4.保温阶段：在干球温度160～200℃之间处理2～5h，气流循环速度5～7m/s。
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以20～30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度5～7m/s。再以2～5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度2～4m/s。
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度102～110℃，湿球温度99～100℃，气流循环速度2～4m/s，将木材的含水率回调到5～10%。
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温5～30℃后，处理过程结束。
作为优选，木材为速生桉木和杨木。
步骤S3保温阶段所述的温度为180～190℃，处理时间2～4h，气流循环速度5～7m/s。更为优选的温度为185℃，处理时间3h，气流循环速度6m/s。
步骤S6所述的干球温度为103～105℃。更为优选的温度为104℃，气流循环速度3m/s。
本发明的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
S1.预热阶段：将含水率3～5%的木材垛于处理设备内。干球温度以20～60℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为10～30℃，气流循环速度2～4m/s。
S2.升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温30～50min，气流循环速度2～4m/s。
S3.升温阶段：将干球温度以15～30℃/h的升温速率升至160～200℃，气流循环速度5～7m/s。
S4.保温阶段：在干球温度160～200℃之间处理2～5h，气流循环速度5～7m/s。
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以20～30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度5～7m/s。再以2～5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度2～4m/s。
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度102～110℃，湿球温度99～100℃，气流循环速度2～4m/s，将木材的含水率回调到5～10%。
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温5～30℃后，处理过程结束。
本发明的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，所述的木材为速生桉木、杨木。
本发明的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，步骤S3保温阶段所述的温度为180～190℃，处理时间2～4h，气流循环速度5～7m/s。更为优选的温度为185℃，处理时间3h，气流循环速度6m/s。
本发明的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，步骤S6所述的干球温度为103～105℃。更为优选的温度为104℃，气流循环速度3m/s。
本发明有益效果在于：
本发明方法升温速率快，生产效率高；高温条件下保温时间短，降温快速，以克服现有炭化方法造成木材力学强度损失大的不足，在不同条件控制不同的循环风速，既能减少木材色差，又能降低风机能耗。经过本发明处理的速生桉木、杨木机械加工性能显著改善，大幅减少了毛刺的产生，木材加工表面更加光滑，有效减少了钻孔、开榫时产生的纤维撕裂及崩茬，对刀具的损伤更小。参照国家林业行业标准LY/T2054-2012《锯材机械加工性能评价方法》对桉木素材与处理材进行加工性能评价，处理材机械加工综合性能比素材提高了31～54%。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的一些实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
本发明的木材机械加工性能改善方法，通过以下技术方案予以实现：
S1.预热阶段：将含水率3～5%的木材垛于处理设备内。干球温度以20～60℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为10～30℃，气流循环速度2～4m/s。
S2.升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温30～50min，气流循环速度2～4m/s。
S3.升温阶段：将干球温度以15～30℃/h的升温速率升至160～200℃，气流循环速度5～7m/s。
S4.保温阶段：在干球温度160～200℃之间处理2～5h，气流循环速度5～7m/s。
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以20～30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度5～7m/s。再以2～5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度2～4m/s。
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度102～110℃，湿球温度99～100℃，气流循环速度2～4m/s，将木材的含水率回调到5～10%。
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温5～30℃后，处理过程结束。
作为优选，木材为速生桉木和杨木。
步骤S3保温阶段所述的温度为180～190℃，处理时间2～4h，气流循环速度5～7m/s。更为优选的温度为185℃，处理时间3h，气流循环速度6m/s。
步骤S6所述的干球温度为103～105℃。更为优选的温度为104℃，气流循环速度3m/s。
经过测试，经过测试，木材机械加工性能有显著改善，处理材机械加工综合性能比素材提高了54%，处理后木材表面毛刺大幅减少，切削阻力变小，加工表面光滑。木材色泽均匀，无明显色差，力学强度损失小。
实施例2
尾赤桉木材机械加工性能改善方法：
S1.预热阶段：将含水率3～5%的木材垛于高温炭化窑内。窑内干球温度以40℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为20℃，气流循环速度2m/s。
S2.升湿阶段：将窑内湿球温度快速升至100℃并保温40min，气流循环速度3m/s。
S3.升温阶段：将窑内干球温度以20℃/h的升温速率升至185℃，气流循环速度6m/s。
S4.保温阶段：在干球温度185℃条件下处理3h，气流循环速度6m/s。
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度6m/s。再以5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度3m/s。
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度103℃，湿球温度100℃，气流循环速度3m/s，将木材的含水率回调到6%。
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温20℃后出窑，处理过程结束。
经过测试，实施例2中尾赤桉木材机械加工性能有显著改善，处理材机械加工综合性能比素材提高了54%，处理后尾赤桉木材表面毛刺大幅减少，切削阻力变小，加工表面光滑。木材色泽均匀，无明显色差，力学强度损失小。
实施例3
毛白杨木材机械加工性能改善方法：
S1.预热阶段：将含水率3～5%的木材垛于高温炭化窑内。窑内干球温度以40℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为25℃，气流循环速度3m/s。
S2.升湿阶段：将窑内湿球温度快速升至100℃并保温30min，气流循环速度3m/s。
S3.升温阶段：将窑内干球温度以20℃/h的升温速率升至195℃，气流循环速度6m/s。
S4.保温阶段：在干球温度195℃条件下处理3h，气流循环速度6m/s。
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度6m/s。再以5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度3m/s。
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度104℃，湿球温度100℃，气流循环速度3m/s，将木材的含水率回调到8%。
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温20℃后出窑，处理过程结束。
经测试，实施例3中毛白杨木材机械加工性能有显著改善，处理材机械加工综合性能比素材提高了42%，处理后毛白杨木材表面光滑，切削阻力变小，开孔及铣削性能优越，颜色均匀，无色差，力学强度损失小。
以上说明仅仅是对本发明的解释，使得本领域普通技术人员能完整的实施本方案，但并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，这些都是不具有创造性的修改。但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种木材机械加工性能改善方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
S1.预热阶段：将含水率3～5％的木材垛于处理设备内；干球温度以20～60℃/h的升温速率从室温升至100℃，升温过程保证干、湿球温差为10～30℃，气流循环速度2～4m/s；
S2.升湿阶段：将湿球温度快速升至100℃并保温30～50min，气流循环速度2～4m/s；
S3.升温阶段：将干球温度以15～30℃/h的升温速率升至160～200℃，气流循环速度5～7m/s；
S4.保温阶段：在干球温度160～200℃之间处理2～5h，气流循环速度5～7m/s；
S5.降温阶段：保温阶段结束后，停止加热，以20～30℃/h的速率降温至140℃，气流循环速度5～7m/s；再以2～5℃/h的速率降温至110℃，气流循环速度2～4m/s；
S6.调湿阶段：通入100℃的饱和水蒸气对木材进行调湿回潮处理，保持干球温度102～110℃，湿球温度99～100℃，气流循环速度2～4m/s，将木材的含水率回调到5～10％；
S7.冷却阶段：待木材自然冷却至高于室温5～30℃后，处理过程结束。
2.根据权利要求1所述的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，所述的木材为速生桉木、杨木。
3.根据权利要求1所述的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，步骤S4.保温阶段所述的温度为180～190℃，处理时间2～4h，气流循环速度5～7m/s。
4.根据权利要求1所述的木材机械加工性能改善方法，其特征在于：步骤S4.保温阶段所述的温度为185℃，处理时间3h，气流循环速度6m/s。
5.根据权利要求1所述的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，步骤S6所述的干球温度为103～105℃。
6.根据权利要求1所述的木材机械加工性能改善方法，其特征在于，步骤S6所述的干球温度为104℃，气流循环速度3m/s。
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