CN106313250A - 实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法 - Google Patents

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吴智慧
于书贤
王雪花
徐伟
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    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27M—WORKING OF WOOD NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B27B - B27L; MANUFACTURE OF SPECIFIC WOODEN ARTICLES
    • B27M1/00—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching
    • B27M1/06—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by burning or charring, e.g. cutting with hot wire

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Abstract

本发明是一种实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，是以饱和蒸汽为加热和保护介质，在120~160℃的密闭环境中对木材进行轻度炭化热处理1~3h，它包括以下步骤：（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃；（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃；（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h；（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑。优点：1）可缓和木材内部生长应力和干燥应力，防止木材翘曲变形和开裂；2）可使木材吸湿性小、尺寸稳定性和耐腐性好、无毒无污染；3）处理过程高效、节能和环保。

Description

实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法
技术领域
本发明涉及的是一种实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，属于木制品生产工艺技术领域。
背景技术
木材炭化或木材高温热处理通常是指在部分或完全隔绝氧气和160~250℃高温环境下，利用蒸汽、氮气、水或导热油为加热介质对木材处理数小时后，使木材组分发生物理化学变化，从而达到增加木材尺寸稳定性的目的。高温炭化热处理后的木材吸湿性能下降，极大地改进了木材的尺寸稳定性，用高温炭化热处理木材制成的产品不易变形和开裂，耐腐性能和耐久性能明显提高，能应用于干燥或潮湿的环境，在我国主要用于能够应用于户外装饰、园林、建筑等，少量用于室内高档装修和地板。目前，高温炭化热处理技术主要用于对人工速生材的改性，以改善其易变形、不耐久等缺点，从而拓宽速生材的应用领域和提高其附加值。
在我国传统的家具生产和室内装修中，为了提升产品质量和装饰效果，人们大多喜欢实木家具、实木地板、实木门窗、实木楼梯等产品，这些实木制品一般都需要采用阔叶材的实木板材进行生产。目前，为了防止实木制品出现翘曲变形和开裂，通常都采用木材干燥的方法以提高木材尺寸稳定性。但由于木材材种及其含水率的不稳定，生产与使用地区的不一致，木材干燥工艺和技术的不规范等原因，最终仍然会导致实木制品还出现开裂变形等现象。最近，有些企业开始尝试采用高温炭化热处理的方法来对阔叶材进行改性处理，但在高温炭化热处理材带来众多优点的同时，也存在缺点，诸如处理材的抗弯强度、抗弯弹性模量、抗冲击韧性及表面耐磨性等力学强度性能会有所降低，有的下降率达30%甚至更多；处理后木材颜色加深，改变了木材原有的天然材色，降低材色美观度；此外，高温对热处理设备的要求较高，投资成本较高等问题。此外，目前国内外的研究大多集中在高温炭化热处理的研究课题上，很少有关于中高温（120~160℃）热处理的学术研究，有关文献较少，至今为止，还未见有对阔叶材进行中高温（120~160℃）炭化热处理，并将其应用于实木家具、实木地板、实木门窗、实木楼梯等实木制品的生产。
发明内容
本发明提出的是一种实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，以饱和蒸汽为加热和保护介质，在密闭环境中对木材进行轻度炭化热处理，从而得到适用于家具加工的实木板材。
本发明的技术解决方案：一种实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，该方法包括以下步骤：
（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃；
（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h；
（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑。
本发明的优点：可以缓和木材内部生长应力和干燥应力，防止木材翘曲变形和开裂；在提高木材尺寸稳定性的同时，不会降低木材的材色美观度及力学性能；可以使木材具有吸湿性小、尺寸稳定性和耐腐性好、材色无明显变化、使用无毒无污染等特点；处理过程高效、节能和环保，适用于橡木、柞木、栎木、楸木、水曲柳、桦木、樱桃木、胡桃木、鹅掌楸、花梨木、酸枝木等各种阔叶材的轻度炭化热改性和实木家具、实木地板、实木门窗、实木楼梯等实木制品的生产。
具体实施方式
实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，该方法包括以下步骤：
（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃；
（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h；
（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑。
所述的步骤（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃。升温速度为5~10℃/h，以使木材表面温度和内部温度趋于一致。木材初始含水率应低于15%。
所述的步骤（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃。升温速度为5℃/h，以将木材内残留的水分排出，使木材在热处理过程中处于或接近绝干状态。升温速度不易过快，以免木材发生环裂或内裂。此阶段的持续时间与木材的初始含水率、树种、板材厚度等有关。
所述的步骤（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h。升温速度为10~15℃/h，将温度迅速升高到炭化热处理所设定的温度，并保持温度不变，保温时间在1~3h，窑内的氧气含量控制在2%左右，以实现对木材进行炭化热处理。此阶段设定的炭化热处理温度及其保温持续时间与木材的树种、板材厚度等有关。
所述的步骤（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑。炭化热处理结束后，立即关闭加热装置，并用100℃饱和蒸汽进行喷蒸，使木材在缓慢降温的同时进行调湿处理，使木材含水率达到产品要求的值后，再打开排气系统自然冷却降温至35~45℃后出窑。
实施例1
一种樱桃木中高温轻度炭化热改性方法，包括以下步骤：
（1）升温：按升温速度为10℃/h将樱桃木（板材厚度25mm，初始含水率12%）的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥：按升温速度为5℃/h将温度缓慢升高至120℃。；
（3）炭化：按升温速度为15℃/h将温度迅速升高到140℃的炭化热处理温度，并保温时间在2h，窑内的氧气含量控制在2%左右；
（4）降温及平衡：炭化结束后，立即停止加热并用100℃饱和蒸汽进行喷蒸调湿处理，使木材含水率达到7%，并自然冷却至45℃后出窑。
实施例2
一种橡木中高温轻度炭化热改性方法，包括以下步骤：
（1）升温：按升温速度为8℃/h将橡木（红橡，板材厚度25mm，初始含水率11%）的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥：按升温速度为5℃/h将温度缓慢升高至120℃；
（3）炭化：按升温速度为12℃/h将温度迅速升高到150℃的炭化热处理温度，并保温时间在2h，窑内的氧气含量控制在2%左右；
（4）降温及平衡：炭化结束后，立即停止加热并用100℃饱和蒸汽进行喷蒸调湿处理，使木材含水率达到5%，并自然冷却至40℃后出窑。
实施例3
一种非洲花梨木中高温轻度炭化热改性方法，包括以下步骤：
（1）升温：按升温速度为5℃/h将非洲花梨木（板材厚度30mm，初始含水率14%）的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥：按升温速度为5℃/h将温度缓慢升高至120℃；
（3）炭化：按升温速度为10℃/h将温度迅速升高到160℃的炭化热处理温度，并保温时间在1h，窑内的氧气含量控制在2%左右；
（4）降温及平衡：炭化结束后，立即停止加热并用100℃饱和蒸汽进行喷蒸调湿处理，使木材含水率达到4%，并自然冷却至35℃后出窑。

Claims (5)

1.实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，其特征是该方法包括以下步骤：
（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃；
（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃；
（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h；
（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑。
2.根据权利要求1所述的实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，其特征是步骤（1）升温阶段：将木材的温度从常温升高至100℃，升温速度为5~10℃/h，以使木材表面温度和内部温度趋于一致，木材初始含水率应低于15%。
3.根据权利要求1所述的实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，其特征是步骤（2）干燥阶段：温度缓慢升高至120℃，升温速度为5℃/h，以将木材内残留的水分排出，使木材在热处理过程中处于或接近绝干状态,升温速度不易过快，以免木材发生环裂或内裂，此阶段的持续时间与木材的初始含水率、树种、板材厚度有关。
4.根据权利要求1所述的实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，其特征是步骤（3）炭化阶段：在120~160℃温度条件下，对木材保温炭化热处理1~3h，升温速度为10~15℃/h，将温度迅速升高到炭化热处理所设定的温度，并保持温度不变，保温时间在1~3h，窑内的氧气含量控制在2%，以实现对木材进行炭化热处理，此阶段设定的炭化热处理温度及其保温持续时间与木材的树种、板材厚度有关。
5.根据权利要求1所述的实木制品用阔叶材中高温轻度炭化热改性方法，其特征是步骤（4）降温及平衡阶段：炭化结束后，停止加热并进行喷蒸调湿处理，再冷却至35~45℃后出窑,炭化热处理结束后，立即关闭加热装置，并用100℃饱和蒸汽进行喷蒸，使木材在缓慢降温的同时进行调湿处理，使木材含水率达到产品要求的值后，再打开排气系统自然冷却降温至35~45℃后出窑。
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