CN110220366B - 一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法 - Google Patents

一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法 Download PDF

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Abstract

一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法属于木材加工领域。将厚度为15～50mm，含水率为25％～80％的木材放入热压板温度为140～180℃，压力为0.7～3.5MPa的热压机进行干燥；通过温度‑压力集成检测系统实时监测木材内部蒸汽压力值；依木材内部蒸汽压力与环境压力差值达到指定值的时刻确定热压板的闭合时间和打开时间；热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期，热压板打开期间测试木材含水率。一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到6％～12％，进而确定木材热压干燥工艺。本发明能有效地提高木材干燥质量和干燥效率，减少热压干燥设备损耗，降低能耗。

Description

一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺 制定方法
技术领域
本发明涉及木材加工技术领域，具体涉及一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法。
背景技术
热压干燥是一种以热传导为传热方式的干燥方法，能够同时实现木材的快速干燥与表面强化一体化效果。由于热压板温度远高于木材温度，加之干燥过程中热压板与木材紧密接触，传热速率快，被干燥木材在很短的时间内就可达到较高温度，木材内部的蒸汽压力也迅速升高，促进了木材内部水分向外部移动，使得木材在数小时乃至数十分钟内就可得到快速干燥。采用热压干燥方法对木材进行处理，不仅可以提高木材干燥质量和干燥效率，而且可以改善木材的物理力学性能，为木材的高效、高附加值利用提供依据。
公开号为CN106272862A的发明专利公布了“一种木材热压干燥方法”。该专利涉及的热压干燥工艺包括浸泡处理1～2h、通风晾干、汽蒸处理2～3h、超声处理30～50min和热压干燥处理20～30min等一系列工序。该热压干燥工艺的应用有效地提高了速生林木材的力学强度和尺寸稳定性，但存在工艺复杂，生产周期长，难以产业化生产的缺陷。
呼吸式木材热压干燥工艺的呼吸周期由热压板闭合时间和打开时间组成。已有技术方案通常将热压板闭合时间设置为5～30min(速生杉木薄板热压干燥的试验研究，南京林业大学学报，1997，21(3)：34-38；初含水率对白橡锯材热压干燥特性的影响，中南林业科技大学学报，2018，38(9)：120-125)，打开热压板后直接测试木材含水率，均未考虑热压板的打开时间。此外，一种呼吸式木材热压干燥方案将热压板闭合时间设置为20～60s，打开时间约为1s(马尾松锯材热压干燥工艺的研究，林产工业，2002，29(6):16-19)。上述热压干燥方案一定程度地提高了干燥质量和干燥效率。但以上技术方案均依含水率的变化及干燥缺陷的发生等制定干燥工艺，忽略了热压干燥木材内部蒸汽压力对木材呼吸周期和干燥质量的影响。热压干燥过程中木材内部蒸汽压力直接影响着木材干燥中的水分迁移，木材内部与环境间的压差越大水分迁移速率越高、木材干燥效率越高。本发明针对一定含水率的木材、热压板的温度等条件，依热压干燥木材内部蒸汽压力与环境压力差值的变化规律确定木材热压干燥的呼吸周期，从而制定呼吸式木材热压干燥工艺，旨在为提高木材干燥质量和干燥效率提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法，以期缩短木材的干燥时间，提高木材的干燥质量和干燥效率，降低干燥能耗，为木材的高效、高附加值利用提供支撑。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
热压板闭合后木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值[0.06～0.50MPa]的时刻为热压板打开的时间节点，热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到指定值[0.01～0.05MPa]的时刻为热压板闭合的时间节点。
其方法包括以下步骤：
a.将厚度为15～50mm，含水率为25％～80％的木材放入热压板温度为140～180℃，压力为0.7～3.5MPa的热压机热压板间进行热压干燥。
b.实时监测热压干燥木材内部蒸汽压力值；热压板闭合后依木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值[0.06～0.50MPa]的时刻确定热压板的闭合时间，热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到指定值[0.01～0.05MPa]的时刻确定热压板的打开时间，期间测试木材含水率；热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期。一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到6％～12％。
将厚度为15～50mm，含水率为25％～80％的木材放入热压板温度为140～180℃，压力为0.7～3.5MPa的热压机热压板间进行热压干燥，通过附图1所示的温度-压力集成检测系统实时监测热压干燥木材内部蒸汽压力值。将木材干燥过程按含水率分为差值在10％～50％的二至五个阶段；依不同含水率阶段和热压板温度条件下木材内部蒸汽压力与环境压力差值达到指定值的时刻确定每个呼吸周期的热压板闭合时间和打开时间；依热压板闭合后木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值[0.06～0.50MPa]的时刻确定热压板的闭合时间，不同含水率阶段压力差值的指定值范围分别为：含水率在30％至80％阶段时压力差范围为0.20～0.35MPa、含水率在20％至30％阶段时压力差范围为0.35～0.50MPa、含水率在6％至20％阶段时压力差范围为0.06～0.35MPa。热压板打开期间的压力差指定值的范围：含水率在30％至80％阶段时压力差范围为0.01～0.03MPa、含水率在20％至30％阶段时压力差范围为0.03～0.05MPa、含水率在6％至20％阶段时压力差范围为0.01～0.03MPa。热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期，热压板打开期间测试木材含水率；一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到6％～12％。根据试验获得的热压板闭合时间及打开时间确定不同含水率阶段的呼吸周期，结合热压板温度和含水率阶段制定木材热压干燥工艺。
本发明提供的基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式热压干燥工艺制定方法，针对不同含水率的木材在一定热压板温度条件下的热压干燥过程，依木材内部蒸汽压力与环境压力差值达到指定值的时刻确定热压板闭合时间和打开时间，进而确定木材热压干燥工艺，可以有效地提高干燥速率和生产效率，减少热压干燥设备损耗，降低干燥能耗。
附图说明
图1温度-压力集成检测系统示意图
1.木材试样2.进气孔3.压力传输管4.铠装管5.K型热电偶6.压力变送器7.记录仪
具体实施方式
本说明书中公开的所有方法中的过程或步骤中的任一特征，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
对长度为900mm，宽度为120mm，厚度为15mm，含水率为25％的桃花心木锯材进行热压干燥，热压机压力为0.7MPa，通过厚度为12mm的不锈钢厚度规控制木材的厚度。干燥过程含水率以20％为界分为两个阶段，两个含水率阶段热压板温度如表1所示，热压干燥过程中通过温度-压力集成检测系统实时监测木材内部蒸汽压力值；依热压板闭合后木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值的时刻确定热压板的闭合时间，本实施例中两个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在20％至25％阶段时压力差为0.40±0.05MPa，含水率在6％至20％阶段时压力差为0.10±0.04MPa；热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到指定值的时刻确定热压板的打开时间，本实施例中两个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在20％至25％阶段时压力差为0.04±0.01Mpa，含水率在6％至20％阶段时压力差为0.02±0.01MPa。热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期，热压板打开期间测试木材含水率；一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到6％。根据试验获得的热压板闭合时间及打开时间确定不同含水率阶段的呼吸周期，结合热压板温度和含水率阶段制定木材热压干燥工艺。
通过试验制定的15mm厚桃花心木呼吸式热压干燥工艺如表1所示。具体如下：含水率在20％～25％阶段，热压板温度为140℃、闭合时间为8.0min、打开时间为2.5min；含水率在6％～20％阶段，热压板温度为150℃、闭合时间为9.5min、打开时间为2.0min。
表1基于木材内部蒸汽压力变化制定的15mm厚桃花心木热压干燥工艺
Figure BDA0002082526510000041
对比例1
按常规方法制定对比例1的干燥工艺，热压干燥呼吸周期的热压板闭合时间和打开时间分别设置为4.0min和1.0min，干燥过程中不同含水率阶段的热压板温度与实施例1相同。
用实施例1和对比例1工艺对桃花心木进行热压干燥的干燥效果如表2所示。结果表明，采用本发明提供的基于木材内部蒸汽压力变化制定的呼吸式木材热压干燥工艺对15mm厚桃花心木进行热压干燥，干燥时间缩短了45.9％，平均干燥速率提高了106.1％，热压干燥后木材的终含水率和干燥均匀度均达到锯材干燥质量标准中的一级指标要求。
表2两种工艺干燥桃花心木效果对比
Figure BDA0002082526510000051
实施例2
对长度为900mm，宽度为120mm，厚度为25mm，含水率为50％的杉木锯材进行热压干燥，热压机压力为2MPa，通过厚度为24mm的不锈钢厚度规控制木材的厚度。干燥过程依含水率分为表3所示的三个阶段，热压板温度均为180℃，热压干燥过程中通过温度-压力集成检测系统实时监测木材内部蒸汽压力值；依热压板闭合后木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值的时刻确定热压板的闭合时间，本实施例中三个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在30％至50％阶段时压力差为0.30±0.05Mpa，含水率在20％至30％阶段时压力差为0.45±0.05Mpa，含水率在8％至20％阶段时压力差为0.25±0.05MPa；热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到指定值的时刻确定热压板的打开时间，本实施例中三个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在30％至50％阶段时压力差为0.02±0.01Mpa，含水率在20％至30％阶段时压力差为0.04±0.01MPa，含水率在8％至20％阶段时压力差为0.02±0.01MPa。热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期，热压板打开期间测试木材含水率；一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到8％。根据试验获得的热压板闭合时间及打开时间确定不同含水率阶段的呼吸周期，结合热压板温度和含水率阶段制定木材热压干燥工艺。
通过试验制定的25mm厚杉木呼吸式热压干燥工艺如表3所示。具体如下：含水率在30％～50％阶段，热压板温度为180℃、闭合时间为3.5min、打开时间为1.5min；含水率在20％～30％阶段，热压板温度为180℃、闭合时间为2.5min、打开时间为2.0min；含水率在8％～20％阶段，热压板温度为180℃、闭合时间为3.5min、打开时间为2.5min。
表3基于木材内部蒸汽压力变化制定的25mm厚杉木呼吸式热压干燥工艺
Figure BDA0002082526510000061
对比例2
按常规方法制定对比例2的干燥工艺，热压干燥呼吸周期的热压板闭合时间和打开时间分别设置为4.0min和1.0min，干燥过程中不同含水率阶段的热压板温度与实施例2相同。
用实施例2和对比例2工艺对杉木进行热压干燥的干燥效果如表4所示。结果表明，采用本发明提供的基于木材内部蒸汽压力变化制定的呼吸式木材热压干燥工艺对25mm厚杉木进行热压干燥，干燥时间缩短了8.6％，平均干燥速率提高了9.3％，热压干燥后木材的终含水率和干燥均匀度均达到锯材干燥质量标准中的二级指标要求。
表4两种工艺干燥杉木效果对比
Figure BDA0002082526510000062
实施例3
对长度为900mm，宽度为120mm，厚度为50mm，含水率为80％的杨木锯材进行热压干燥，热压机压力为3.5MPa，通过厚度为40mm的不锈钢厚度规控制木材的厚度。干燥过程依含水率分为表5所示的五个阶段，不同含水率阶段热压板温度如表5所示，热压干燥过程中通过温度-压力集成检测系统实时监测木材内部蒸汽压力值；依热压板闭合后木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到指定值的时刻确定热压板的闭合时间，本实施例中五个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在60％至80％阶段时压力差为0.25±0.05Mpa，含水率在45％至60％阶段时压力差为0.28±0.05MPa，含水率在30％至45％阶段时压力差为0.30±0.05MPa，含水率在20％至30％阶段时压力差为0.45±0.05MPa，含水率在12％至20％阶段时压力差为0.10±0.04MPa；热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到指定值的时刻确定热压板的打开时间，本实施例中五个含水率阶段对应的压力差指定值范围分别为：含水率在60％至80％阶段时压力差为0.02±0.01MPa，含水率在45％至60％阶段时压力差为0.03±0.01MPa，含水率在30％至45％阶段时压力差为0.02±0.01MPa，含水率在20％至30％阶段时压力差为0.04±0.01MPa，含水率在12％至20％阶段时压力差为0.02±0.01MPa。热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期，热压板打开期间测试木材含水率。一个呼吸周期后进入下一个呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到12％。根据试验获得的热压板闭合时间及打开时间确定不同含水率阶段的呼吸周期，结合热压板温度和含水率阶段制定木材热压干燥工艺。
通过试验制定的50mm厚杨木呼吸式热压干燥工艺如表5所示。具体如下：含水率在60％～80％阶段，热压板温度为140℃、闭合时间为16.5min、打开时间为3.0min；含水率在45％～60％阶段，热压板温度为150℃、闭合时间为12.5min、打开时间为2.5min；含水率在30％～45％阶段，热压板温度为160℃、闭合时间为10.5min、打开时间为1.5min；含水率在20％～30％阶段，热压板温度为170℃、闭合时间为7.5min、打开时间为2.0min；含水率在12％～20％阶段，热压板温度为180℃、闭合时间为8.5min、打开时间为2.5min。
表5基于木材内部蒸汽压力变化制定的50mm厚杨木热压干燥工艺
Figure BDA0002082526510000081
对比例3
按常规方法制定对比例3的干燥工艺，热压干燥呼吸周期的热压板闭合时间和打开时间分别设置为4.0min和1.0min，干燥过程中不同含水率阶段的热压板温度与实施例3相同。
用实施例3和对比例3工艺对杨木进行热压干燥的干燥效果如表6所示。结果表明，采用本发明提供的基于木材内部蒸汽压力变化制定的呼吸式木材热压干燥工艺对50mm厚杨木进行热压干燥，干燥时间缩短了31.4％，平均干燥速率提高了42.7％，热压干燥后木材的终含水率和干燥均匀度均达到锯材干燥质量标准中的二级指标要求。
表6两种工艺干燥杨木效果对比
Figure BDA0002082526510000082

Claims (2)

1.一种基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a．将厚度为15~50mm，含水率为25%~80%的木材放入热压板温度为140~180℃，压力为0.7~3.5MPa的热压机热压板间进行热压干燥；
b．实时监测热压干燥木材内部蒸汽压力值；热压板闭合后依木材内部蒸汽压力与环境压力差值上升到0.06~0.50MPa之间某一数值的时刻确定热压板的闭合时间，热压板打开时木材内部蒸汽压力与环境压力差值下降到0.01~0.05 MPa之间某一数值的时刻确定热压板的打开时间，期间测试木材含水率；热压板的闭合时间和打开时间组成一个热压干燥呼吸周期；一个热压干燥呼吸周期后进入下一个热压干燥呼吸周期，如此循环，直到木材含水率达到6%~12%；
不同含水率阶段热压板闭合期间的压力差值的范围：含水率在30%至80%阶段时压力差值范围为0.20~0.35MPa、含水率在20%至30%阶段时压力差值范围为0.35~0.50MPa、含水率在6%至20%阶段时压力差值范围为0.06~0.35MPa；热压板打开期间的压力差值的范围：含水率在30%至80%阶段时压力差值范围为0.01~0.03MPa、含水率在20%至30%阶段时压力差值范围为0.03~0.05MPa、含水率在6%至20%阶段时压力差值范围为0.01~0.03MPa。
2.根据权利要求1所述的基于木材内部蒸汽压力变化的呼吸式木材热压干燥工艺制定方法，其特征在于：所述热压干燥木材内部蒸汽压力值通过温度-压力集成检测系统进行实时监测。
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