CN105387691A - 一种控制木材皱缩的干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是控制木材皱缩的干燥的方法，包括如下步骤：1）木材装载；2）预冻木材；3）真空冷冻干燥；4）真空干燥；5）木材降温；6）木材卸载。本发明的优点：1）通过真空冷冻干燥使木材的固态自由水以气态的形式全部被脱除，不仅完成了木材脱水而且避免了木材皱缩问题；2）消除了干燥皱缩的产生条件，提高了木材干燥速度的同时避免了木材干燥皱缩；3）预冻处理改变木材微观构造，能够减缓木材后期干燥皱缩；4）消除了液态自由水产生的毛细张力，进而避免了由于毛细管张力引起的木材皱缩；5）预冻-真空冷冻干燥-真空干燥的集成，减少大量设备投资，节约成本，满足易皱缩木材工业化生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种真空条件下干燥木材并控制木材皱缩发生的干燥方法，即通过对木材进行预冻、真空冷冻干燥、真空干燥来避免木材因脱水而产生的皱缩缺陷，属于木材干燥领域。
背景技术
由于我国天然优质木材的严重短缺，今后人工速生林将成为我国木制品生产企业的主要原料。对速生林木材进行改性及深加工，使其广泛的应用到实木家具、实木地板及其它实木制品当中，是提高其综合利用率和高附加值的重要途径。桉树和杨树是我国广泛种植的速生人工林，可利用木材蓄积量巨大，但是它们主要被用在造纸或胶合板生产领域，其综合优势和产品附加值没有得到提高，究其原因是这类木材在干燥过程中容易出现“皱缩”这种严重的干燥缺陷。皱缩不同于正常的木材收缩，发生皱缩的木材变形、开裂严重，木材内部产生內裂或蜂窝裂，导致木材降等非常严重，不能应用到实木家具、地板及实木高档装修当中，进而无法提高其产品附加值。到目前为止还没有有效的干燥或处理方法来避免干燥过程中产生的皱缩。很多研究只是针对木材进行微波、气蒸、预冻等预处理来减少干燥过程中发生的皱缩；或通过分段干燥工艺、干燥后期调湿处理工艺等来减缓或帮助皱缩恢复，这些方法虽然起到一定的抑制木材发生皱缩的效果，但还是不能避免干燥皱缩的产生，严重制约了桉树和杨树等易皱缩木材的高附加值的综合利用。
发明内容：
本发明提出的是一种控制木材皱缩的干燥方法，其目的是在真空条件下进行冷冻干燥，在高含水率范围内（纤维饱和点以上）使木材中的水由固态冰升华成水蒸气来实现干燥，同时避免皱缩发生，在低含水率范围内（纤维饱和点以下）木材在真空条件下实现无皱缩的快速干燥。
本发明的技术解决方案：控制木材皱缩的干燥的方法，包括如下步骤：
1）木材装载，选取易产生皱缩的木材，加工成厚度20mm~40mm的板方材，单排整齐地装载到木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥一体机的可活动多层加热板上，装载完毕后关闭设备密封门；
2）预冻木材，开启预冻装置，常压下预冻木材，温度为-20℃，时间为12~24h；
3）真空冷冻干燥，开启真空泵降低冷冻干燥机内环境压力，并维持在5~15Pa，控制冷凝温度为：-40~-52℃，通过加热装置对材料进行加热，使木材中的水分在此条件下由固态冰升华为气态水，进而实现木材干燥；待木材含水率降至纤维饱和点时，结束真空冷冻干燥。木材中的自由水以固态冰的形态直接升华为气态水，整个脱水过程中没有液态水的存在，进而不能产生导致木材发生皱缩的毛细管张力，消除了木材产生皱缩的条件，避免了木材干燥皱缩；
4）真空干燥，提高真空冷冻干燥机内环境压力，环境压力控制在3.3~6.7kPa，开启加热设备对木材缓慢加热，木材温度升至为35~40℃后进入木材真空干燥阶段，整个过程干燥温度控制在35~40℃，待木材含水率降至8~10%结束真空干燥；
5）木材降温，保持真空冷冻机内绝对压力为26.8~33.5kPa，让木材表面水分蒸发并自然冷却3至5h，木材温度降至室温；
6）木材卸载，让真空冷冻机内部压力恢复常压，从设备内卸载木材，完成木材干燥。
本发明的优点：
1）通过真空冷冻干燥使木材的固态自由水以气态的形式全部被脱除，不仅完成了木材脱水而且避免了木材皱缩问题；
2）消除了干燥皱缩的产生条件，提高了木材干燥速度的同时避免了木材干燥皱缩；
3）预冻处理改变木材微观构造，能够减缓木材后期干燥皱缩；
4）消除了液态自由水产生的毛细张力，进而避免了由于毛细管张力引起的木材皱缩；
5）预冻-真空冷冻干燥-真空干燥的集成，减少大量设备投资，节约成本，满足易皱缩木材工业化生产的需要。
具体实施方式
控制木材皱缩的干燥的方法，该方法包括如下步骤：
1）木材装载，选取易产生皱缩的木材，加工成厚度20mm~40mm的板方材，单排整齐地装载到木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥一体机的可活动多层加热板上，装载完毕后关闭设备密封门；
2）预冻木材，开启预冻装置，常压下预冻木材，温度为-20℃，预冻时间为12~24h；
3）真空冷冻干燥，开启真空泵降低冷冻干燥机内环境压力，并维持在5~15Pa，控制冷凝温度为-40~-52℃，通过加热装置的活动多层加热板对材料进行加热，使木材中的水分在此条件超低温高真空下由固态冰升华为气态水，进而实现木材干燥；待木材含水率降至纤维饱和点时，结束真空冷冻干燥；木材中的自由水以固态冰的形态直接升华为气态水，整个脱水过程中没有液态水的存在，进而不能产生导致木材发生皱缩的毛细管张力，消除了木材产生皱缩的条件，避免了木材干燥皱缩；
4）真空干燥，提高真空冷冻干燥机内环境压力，环境压力控制在3.3~6.7kPa，开启加热设备对木材缓慢加热，木材温度升至为35~40℃后进入木材真空干燥阶段，整个过程干燥温度控制在35~40℃，待木材含水率降至8~10%结束真空干燥；
5）木材降温，提高并保持真空冷冻机内绝对压力为26.8~33.5kPa，让木材表面水分蒸发并自然冷却3至5h，木材温度降至室温；
6）木材卸载，让真空冷冻机内部压力恢复常压，从设备内卸载木材，完成木材干燥。
所述的木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥一体机，其结构包括控制系统、制冷系统、循环系统、真空系统、加热系统（已有技术）构成，其中控制系统主要由可编程程序控制器、触摸屏、外围继电器、传感器等组成；
制冷系统由制冷压缩机以及辅助设施构成，可以为干燥箱和冷阱提供冷源；
循环系统，能够使热板实现制冷和加热；
真空系统是由干燥箱、冷阱、真空阀门、真空泵、真空管道（已有技术）等几个部分组成，其中真空泵组拥有强大的抽吸能力，一方面能够促进干燥箱的木材中水分在真空状态下进行升华，另一方面该系统在冷阱和干燥箱之间会形成一个真空度的压力差，使得干燥箱中的水分在升华后能够被冷阱成功捕获。
所述的加热装置，其结构是在干燥室内设置多层可调热板，木材整齐放置在多层活动加热板之间，木材的上下表面与热板接触，通过循环系统利用导热油对热板加热进而实现木材加热。
实施例
控制木材皱缩的干燥方法：包括如下步骤：
1）木材装载，选取易产生皱缩的木材，加工成厚度20mm、30mm或40mm的板方材，单排整齐地装载到木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥一体机的可活动多层加热板上，木材上下表面与加热板紧密接触，装载完毕后关闭设备密封门；
2）预冻木材，开启预冻装置，常压下预冻木材，温度为-20℃，预冻时间为12h、20h或24h；
3）真空冷冻干燥，开启真空泵降低冷冻干燥机内环境压力，并维持在5Pa、10Pa或15Pa，控制冷凝温度为-40℃、-46℃或-52℃，利用循环系统通过导热油加热热板，进而对材料进行加热，使木材中的水分在超低温高真空的条件下由固态冰升华为气态水，进而实现木材干燥；待木材含水率降至纤维饱和点时，结束真空冷冻干燥；木材中的自由水以固态冰的形态直接升华为气态水，整个脱水过程中没有液态水的存在，进而不能产生导致木材发生皱缩的毛细管张力，消除了木材产生皱缩的条件，避免了木材干燥皱缩；
4）真空干燥，提高真空冷冻干燥机内环境压力，环境压力控制在3.3kPa、5.0kPa或6.7kPa，开启加热设备对木材缓慢加热，待木材温度升至为35~40℃后进入木材真空干燥阶段，真空干燥整个过程温度控制在35℃、37℃或40℃，待木材含水率降至8%、9%或10%结束真空干燥；
5）木材降温，保持真空冷冻机内绝对压力为26.8~33.5kPa，让木材表面水分蒸发并自然冷却3h、4h或5h，木材温度降至室温；
6）木材卸载，让真空冷冻机内部压力恢复常压，从设备内卸载木材，完成了木材干燥。
经过常压木材预冻、真空冷冻干燥使木材中的液态自由水冻结，在真空条件下进行冷冻干燥，木材中的自由水由固态直接升华为气态使木材脱水。木材含水率在纤维饱和点以上时，木材脱水的同时避免木材皱缩。纤维饱和点以下时，木材内部没有自由水，通过真空干燥加快木材干燥速度的同时也避免了干燥皱缩。
本发明同时将木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥进行集成。木材含水率在纤维饱和点以上时通过常压预冻处理，使液态水变为固态冰，之后通过真空冷冻干燥使固态冰升华为气态水，因为冷冻干燥过程中木材内部没有液态水的存在，完成脱水干燥的同时避免了由液态水引起的表面张力导致的木材皱缩。预冻-真空冷冻干燥-真空干燥的集成，减少大量设备投资，节约成本，满足易皱缩木材工业化生产的需要。
Claims (2)
1.控制木材皱缩的干燥的方法，其特征是该方法包括如下步骤：
1）木材装载，选取易产生皱缩的木材，加工成厚度20mm~40mm的板方材，单排整齐地装载到木材预冻-真空冷冻干燥-真空干燥一体机的可活动多层加热板上，装载完毕后关闭设备密封门；
2）预冻木材，开启预冻装置，常压下预冻木材，温度为-20℃，预冻时间为12~24h；
3）真空冷冻干燥，开启真空泵降低冷冻干燥机内环境压力，并维持在5~15Pa，控制冷凝温度为-40~-52℃，通过加热装置的活动多层加热板对材料进行加热，使木材中的水分在此条件超低温高真空下由固态冰升华为气态水，进而实现木材干燥；待木材含水率降至纤维饱和点时，结束真空冷冻干燥；木材中的自由水以固态冰的形态直接升华为气态水，整个脱水过程中没有液态水的存在，进而不能产生导致木材发生皱缩的毛细管张力，消除了木材产生皱缩的条件，避免了木材干燥皱缩；
4）真空干燥，提高真空冷冻干燥机内环境压力，环境压力控制在3.3~6.7kPa，开启加热设备对木材缓慢加热，木材温度升至为35~40℃后进入木材真空干燥阶段，整个过程干燥温度控制在35~40℃，待木材含水率降至8~10%结束真空干燥；
5）木材降温，提高并保持真空冷冻机内绝对压力为26.8~33.5kPa，让木材表面水分蒸发并自然冷却3至5h，木材温度降至室温；
6）木材卸载，让真空冷冻机内部压力恢复常压，从设备内卸载木材，完成木材干燥。
2.根据权利要求1所述的控制木材皱缩的干燥的方法，其特征所述的加热装置是在干燥室内设置多层可调热板，木材整齐放置在多层活动加热板之间，木材的上下表面与热板接触，通过循环系统利用导热油对热板加热进而实现木材加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Application publication date: 20160309 Assignee: Xianyou de Gu Furniture Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000195 Denomination of invention: Drying method for controlling wood collapse Granted publication date: 20170825 License type: Common License Record date: 20181018 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20160309 Assignee: JIANGSU TAIANDI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000258 Denomination of invention: Drying method for controlling wood collapse Granted publication date: 20170825 License type: Common License Record date: 20181029 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231123 Address after: 710018 North Gate Shop 3F-308, Wenguangyuan Community, No. 12 Fenghua Road, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Deyi Education Technology Co.,Ltd. Address before: Nanjing City, Jiangsu province 210037 Longpan Road No. 159 Patentee before: NANJING FORESTRY University |