CN104101178A - 一种木材干燥的预处理方法和木材干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木材干燥的预处理方法和木材干燥方法。木材干燥的预处理方法包括将含水率大于40重量%的木材进行压缩。木材干燥方法包括采用本发明提供的预处理方法对木材进行干燥前预处理，再将预处理后的木材进行干燥。该木材干燥的预处理方法可以在较短的时间内将木材的含水率降低，并且经过压缩处理后的木材的强度损失较小，此外，该方法所需成本低且能耗少。该木材干燥方法减少了木材干燥的缺陷，提高了干燥后木材的质量，并且干燥所用时间大大缩短。

Description

一种木材干燥的预处理方法和木材干燥方法

技术领域

本发明涉及一种木材干燥的预处理方法，以及包括该木材干燥的预处理方法的木材干燥方法。

背景技术

树木从砍伐到最终利用的过程中，一个必不可少的步骤就是将木材进行干燥处理。木材干燥是木材加工生产中的关键工序，对提高木制品的质量和加工过程中的节能降耗起到至关重要的作用。

由于新砍伐的木材的含水率往往很高，为了节约干燥时的能耗，常常要对其进行大气干燥（简称为气干）预处理，使得木材的含水率降低到一定程度。而气干预处理方法，往往需要花费数月的时间。此外，气干预处理还需要占用很多的储存空间，并且还需要防雨等配套措施建设的投入。由于耗时和配套设施的投入使得气干预处理的成本较高。另外，在气干预处理期间，也可能由于季节和地理位置的不同，经气干预处理后的木材会产生霉变腐朽缺陷等，这样就使宝贵的木材资源的价值产生损失。

因此，开发一种能够缩短干燥时间和节约成本以及降低能耗的木材干燥的预处理方法仍然是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷提供一种木材干燥的预处理方法和木材干燥方法。

本发明的发明人发现，通过将含水率大于40重量%的木材进行压缩预处理，可以在较短的时间内使木材的含水率降低，并且该压缩预处理对木材的物理性能影响较小，从而有效地达到干燥预处理的目的。这可能是因为在压缩条件下，一方面可以通过压缩打开一些木材的纹孔口，提供更多的有效的水分排出通道。另一方面，压缩过程的挤压使得水分快速渗透到压力低的木材表面，大大提高了水分从木材排出的速度。并且，木材通过压缩预处理排出的水分是以液态水的形式排出，不需要气化热的消耗。

为了实现上述目的，本发明提供一种木材干燥的预处理方法，其中，该方法包括将含水率大于40重量%的木材进行压缩。

此外，本发明还提供了一种木材干燥方法，该方法包括采用本发明提供的木材干燥预处理方法对木材进行干燥前预处理，再将预处理后的木材进行干燥。

由本发明提供的木材干燥的预处理方法，通过将含水率大于40重量%的木材进行压缩，可以在较短的时间内降低木材的含水率；并且经过压缩处理后的木材的强度（具体地，抗弯强度和抗弯弹性模量）损失较小；此外，该方法所需成本低且能耗少。

本发明提供的木材干燥方法由于采用了本发明提供的干燥预处理方法对木材进行干燥前预处理，减少了木材开裂和变形等干燥缺陷，提高了干燥后木材的质量，并且使干燥所用时间大大缩短。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种木材干燥的预处理方法，其中，该方法包括将含水率大于40重量%的木材进行压缩。

本发明中，含水率是指木材试样中所包含水分的质量与木材试样全干的质量之比，所述含水率根据GB-T1931-2009方法进行测定。

根据本发明，一般情况下，所述木材的含水率越高，木材压缩干燥的预处理的效果越好（即木材的含水率下降越显著）。为了获得更好的预处理效果，优选含水率为100-270重量%的木材，更优选含水率为185-270重量%的木材。

根据本发明，对所述木材的密度没有特别的限定，优选情况下，所述木材的密度为0.2-0.6g/cm³的木材。

根据本发明，对所述木材的种类没有特别的限定，可以为本领域常用的加工木材的种类。优选情况下，所述木材为针叶材和/或阔叶材，进一步优选为杨木、杉木、泡桐、樟子松、红松、桦木、马尾松和柳杉中的一种或多种。

根据本发明，所述压缩可以在本领域技术人员所熟知的压缩设备上实施，只要可以实现本发明的目的即可。本发明中，采用美国Instron公司生产的型号为Instron5582的万能力学试验机对木材进行压缩，所述压缩在室温下进行。

根据本发明，对所述压缩没有特别地限定，只要可以使含水率大于40重量%的木材的含水率下降即可。优选情况下，所述压缩使得所述木材的压缩率为10-60%，压缩的速度为0.5-10mm/min。进一步优选情况下，所述压缩使得所述木材的压缩率为40-60%，压缩的速度为3-5mm/min。

本发明中，压缩的时间通常与压缩的速度和木材的压缩率有关。在一定的木材压缩率的条件下，压缩的速度越快，所需的压缩时间越短。

本发明中，所述压缩率是指木材被压缩的百分率，具体地，压缩率=（木材压缩前的初始厚度-木材压缩后的厚度）/木材压缩前的初始厚度×100%。

根据本发明，所述木材干燥的预处理方法可以适用于各种厚度的木材，优选情况下，所述木材干燥预处理适用于板材，所述板材是指木材的宽度尺寸为厚度尺寸的二倍或二倍以上的锯材。

根据本发明，优选情况下，该方法还包括在所述压缩前将木材进行锯解。

根据本发明，对所述锯解后的木材的形状没有特别地限定，只要可以实现本发明的目的即可。优选情况下，所述锯解后的木材为锯材和/或原木。

在本发明中，所述原木是指按照一定的长度规格截成的木段，所述锯材为由原木锯制而成的具有一定的长度、宽度和厚度的木材。

在本发明中，不同的压缩方向对木材的含水率的变化会产生影响。为了获得更好的压缩干燥效果，优选情况下，当所述锯解后的木材为锯材时，所述压缩为径向压缩、弦向压缩和介于径向和弦向之间的压缩中的一种或多种；或者当所述锯解后的木材为原木时，所述压缩为径向压缩。

在本发明中，径向压缩是指对木材进行生长轮径向方向的压缩，即垂直于生长轮方向的压缩；弦向压缩是指对木材进行生长轮弦向方向的压缩，即平行于生长轮方向的压缩；介于径向和弦向之间的压缩是指压缩方向介于木材生长轮的径向和弦向之间的压缩。

此外，本发明还提供一种木材干燥方法，该方法包括采用由本发明提供的上述预处理方法对木材进行干燥前预处理，再将预处理后的木材进行干燥。

根据本发明，上述木材干燥方法的主要改进在于采用本发明提供的木材干燥的预处理方法对木材进行干燥前预处理，而处理后的干燥则可以采用本领域公知的各种干燥方式，例如所述干燥的方式可以为大气干燥、除湿干燥、真空干燥、高频干燥、微波干燥、干燥窑干燥和太阳能干燥中的一种或多种。所述干燥的条件可以根据本领域技术人员所熟知的各种条件进行合理地选择，在此不再赘述。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

下述实施例和对比例中涉及的性能的测定方法如下：

（1）木材的尺寸是用游标卡尺测量，木材压缩厚度的控制是按预设的压缩率计算出压缩厚度后，经力学试验机设定后自动完成的。

（2）力学性能测定：力学性能测试的试样尺寸为4mm(T)×10mm×100mm(L)（L/T≥20，可以消除因试样尺寸对试验结果所产生的影响），抗弯弹性模量的测定是参照国标GB/T1936.2-2009进行测定，抗弯强度的测定是按照GB/T1936.1-2009进行测定的。测定前，将试样放入温度为20℃，湿度为65%的恒温恒湿箱中，将待测样品调至恒重后进行力学性能测定。

（3）恢复率（R）测定：恢复率是指木材被压缩后，压缩力被释放后木材回弹恢复的尺寸占木材压缩量的比例，根据下述计算公式计算：

$R=\frac{T_r-T_c}{T_0-T_c}\×100\%$

式中：R-压缩方向的恢复率；

T₀-压缩前木材的厚度（mm）；

T_c-压缩后木材的厚度（mm）；

T_r-压缩恢复回弹后木材的厚度（mm）。

（4）厚度保持率：指木材经厚度方向的压缩，压缩力被释放后木材恢复回弹后的厚度尺寸(T_r)占压缩前木材厚度尺寸(T₀)的比例。

（5）含水率的测定：根据GB-T1931-2009方法测定含水率，根据下述计算公式计算压缩后试件的含水率，

${\mathrm{MC}}_c=\frac{W_{g_1}-W_0}{W_0}\×100\%$

式中：MC_c-压缩后试件含水率；

-压缩后试件重量（g）；

W₀-试件绝干重量（g）。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为212.28重量%的毛白杨锯解为100.8mm（长）×53.39mm（宽）×27.03mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机（美国Instron公司，型号为Instron5582，以下相同）上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为60%，压缩的速度为3mm/min。压缩所用的时间为5.41min。对压缩后的试样进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例1

该对比例用于制备对照材。

将含水率为164.38重量%的毛白杨锯解为100.66mm（长）×52.48mm（宽）×25.49mm（厚）的试样（厚度方向为径向）放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为86h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例2

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为187.93重量%的毛白杨锯解为100.62mm（长）×52.35mm（宽）×27.74mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为40%，压缩的速度为3mm/min。压缩所用的时间为3.70min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例2

该对比例用于制备对照材。

将含水率为167.29重量%的毛白杨锯解为100.70mm（长）×52.30mm（宽）×25.79mm（厚）（厚度方向为径向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为50h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例3

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为185.69重量%的毛白杨锯解为100.47mm（长）×52.44mm（宽）×27.51mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为50%，压缩的速度为3mm/min。压缩所用的时间为4.59min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例3

该对比例用于制备对照材。

将含水率为167.82重量%的毛白杨锯解为100.80mm（长）×52.96mm（宽）×25.76mm（厚）（厚度方向为径向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为74h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例4

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为257.17重量%的杉木锯解为99.98mm（长）×50.34mm（宽）×30.51mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为20%，压缩的速度为5mm/min。压缩所用的时间为1.22min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例4

该对比例用于制备对照材。

将含水率为252.73重量%的杉木锯解为100.00mm（长）×50.18mm（宽）×30.43mm（厚）（厚度方向为径向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为38h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例5

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为176.18重量的杉木锯解为99.95mm（长）×50.34mm（宽）×30.47mm（厚）（厚度方向介于径向和弦向之间）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿厚度方向（介于径向和弦向之间）进行压缩，木材的压缩率为40%，压缩的速度为1mm/min。压缩所用的时间为12.19min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例5

该对比例用于制备对照材。

将含水率为171.83重量%的杉木锯解为99.87mm（长）×50.00mm（宽）×30.40mm（厚）（厚度方向为径向和弦向之间）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为72h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例6

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为209.01重量%的杉木锯解为99.8mm（长）×50.48mm（宽）×30.53mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿弦向方向进行压缩，木材的压缩率为40%，压缩的速度为3mm/min。压缩所用的时间为4.07min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例6

该对比例用于制备对照材。

将含水率为204.13重量%的杉木锯解为99.94mm（长）×50.10mm（宽）×30.49mm（厚）（厚度方向为弦向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为89h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例7

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为180.32重量%的毛白杨锯解为100.66mm（长）×52.85mm（宽）×27.76mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为20%，压缩的速度为3mm/min。压缩所用的时间为1.85min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例7

该对比例用于制备对照材。

将含水率为179.19重量%的毛白杨锯解为101.10mm（长）×52.53mm（宽）×25.73mm（厚）（厚度方向为径向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为17h。对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例8

该实施例用于说明本发明提供的木材干燥的预处理方法。

将含水率为211.43重量%的毛白杨锯解为100.48mm（长）×53.44mm（宽）×26.85mm（厚）的试样，于室温下，放在万能力学试验机上沿径向方向进行压缩，木材的压缩率为60%，压缩的速度为10mm/min。压缩所用的时间为1.61min。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例8

该对比例用于制备对照材。

将含水率为179.19重量%的毛白杨锯解为101.10mm（长）×52.53mm（宽）×25.73mm（厚）（厚度方向为径向）的试样，放在室内，在常温下（15～23℃）进行气干预处理，预处理时间为62h后对气干预处理后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）和抗弯强度（MOR）的测定，测定结果见表1。

实施例9

根据实施例4的方法对木材进行压缩，所不同的是，将含水率为223.59重量%的木材锯解，木材的压缩率为10％。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

对比例9

根据实施例4的方法对木材进行压缩，所不同的是，所使用的木材的含水率为21.44重量%，木材的压缩率为40%。对压缩后的木材进行含水率、抗弯弹性模量（MOE）、抗弯强度（MOR）、恢复率和厚度保持率的测定，测定结果见表1。

表1

从表1的数据可以看出，本发明提供的干燥压缩的预处理方法可以在较短时间使得木材的含水率显著下降；并且经过干燥压缩预处理后的木材的抗弯强度和抗弯弹性模量损失较小，而且厚度保持率达到85%以上。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种木材干燥的预处理方法，其特征在于，该方法包括将含水率大于40重量%的木材进行压缩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述木材的含水率为100-270重量%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述木材为针叶材和/或阔叶材。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩使得所述木材的压缩率为10-60%，压缩的速度为0.5-10mm/min。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述压缩使得所述木材的压缩率为40-60%，压缩的速度为3-5mm/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在所述压缩前将木材进行锯解。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述锯解后的木材为锯材和/或原木。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述锯解后的木材为锯材，所述压缩为径向压缩、弦向压缩和介于径向和弦向之间的压缩中的一种或多种；或者所述锯解后的木材为原木，所述压缩为径向压缩。

9.一种木材干燥方法，其特征在于，该方法包括采用权利要求1-8中任意一项所述的方法对木材进行干燥前预处理，再将预处理后的木材进行干燥。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述干燥的方式为大气干燥、除湿干燥、真空干燥、高频干燥、微波干燥、干燥窑干燥和太阳能干燥中的一种或多种。