CN112045807A - 一种木材防火处理的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木材防火处理的设备和方法。设备包括1#水槽、2#水槽和供电部件，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置至少一个孔洞；所述孔洞用于支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；所述供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的溶液进入待处理木材的内部。采用本发发明的设备和方法对木材进行防火处理，能够降低木材的易燃性，并且处理后的木材具有优异的力学性能。

Description

一种木材防火处理的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种木材防火处理的设备和方法。
背景技术
木材是一种天然可再生的工程结构材料，常被广泛的用作建筑材料用于基础设施建设、室内装修等领域。但是，由于木材的可燃性，在其长期使用的过程中存在很大的火灾隐患。因此，木质材料的阻燃防火是关系到人民生命财产安全的重要问题。
目前，已有的木材阻燃方法是将木材在阻燃液中通过浸泡或浸渍的手段来降低木材的可燃性。但是，传统的木材阻燃方法大多选用的是有机阻燃剂，当木材温度上升到一定程度时，该阻燃剂可能失效，达不到木材阻燃的效果。同时，已有方法工艺复杂、效率低，且环保性差。
发明内容
针对现有技术存在的阻燃效果不佳，易燃的问题，本发明提供一种木材防火处理的设备和方法，采用该设备进行木材防火处理，能够在木材内部形成受热易分解并能释放出阻燃性气体的产物，从而降低木材的易燃性，并且处理后的木材具有优异的力学性能。
本发明第一方面提供了一种用于木材防火处理的设备，包括1#水槽、2#水槽和供电部件，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置至少一个孔洞；所述孔洞用于支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；所述供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的溶液中的离子进入待处理木材的内部。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，优选地，所述供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的溶液中的离子进入待处理木材的内部。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述供电部件包括与电源和导线连接的至少一组电极，每组电极包括正电极和负电极。优选地，电极的组数与待处理的木材的数量相同，例如3个待处理的木材，则电极的组数为3组。每组电极对应1个待处理的木材。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述电源为直流稳压输出电源。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述电极的材料选自钛网、钢丝网和铜丝网中的一种或多种。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，1#水槽和2#水槽的孔洞的高度可以相同或不同，只要能支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，保证木材不会因倾斜而滑落即可。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述孔洞均设置防漏液垫片，防漏液垫片的材料具有较宽的选择范围，以能够保证不会产生液体泄露即可，例如但不限于防漏橡胶垫圈。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述1#水槽和2#水槽的材质具有较宽的选择范围，以不会与溶液A和溶液B反应为目的。例如但不限于：不锈钢、聚四氟乙烯、塑料等。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述设备还包括排液阀，用于排放1#水槽和2#水槽内的液体。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述设备还可以包括滑轮，用于移动设备。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述孔洞的大小可以根据木材的尺寸进行调整，无特别限定。
根据本发明所述的设备的一些实施方式，所述正电极和负电极的形状和结构可以具有较宽的选择范围，以能够紧扣木材为目的，例如但不限于一端为开口的柱状结构，可以通过所述开口把电极卡进需要处理的木材的一端。
本发明第二方面提供了一种木材防火处理的方法，包括以下步骤：
S1、将经过导电液浸泡处理的待处理木材穿过1#水槽和2#水槽的孔洞，且所述待处理木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；
S2、将供电部件分别与待处理木材的两端连接，然后向1#水槽内注入溶液A，并向2#水槽内注入溶液B，且溶液A和溶液B具有不同电负性；
S3、对待处理木材进行通电。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，将供电部件分别与待处理木材的两端连接的过程包括：与电源和导线连接的正电极和负电极分别与待处理木材的两端连接。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述溶液A为NH4Cl溶液和/或MgCl2溶液；优选地，NH4Cl溶液中NH4Cl的含量为5-20重量％；优选地，MgCl2溶液中MgCl2的含量为5-15重量％。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述溶液B为K3PO4溶液和/或NaHCO3溶液；优选地，K3PO4溶液中K3PO4的含量为5-15重量％；优选地，NaHCO3溶液中NaHCO3的含量为5-20重量％。
在本发明中，溶液A和溶液B所用溶剂可以为水，但并不限于此。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，溶液A和溶液B的用量确保能够浸没待处理的木材的上表面。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，当待处理木材的总横截面积S<60cm2时，输出电压设置为120V。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，当60cm2≤S≤120cm2时，输出电压设置为150V。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，当120cm2<S<180cm2时，输出电压设置为180V。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，当S≥180cm2时，输出电压设置为220V。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，S2中的通电时间为2-4h。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，在S3之后，该方法还包括进行干燥；优选地，所述干燥的条件包括：温度为20-30℃，时间为48-96h。所述干燥可以在干燥炉中进行。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，S1中的导电液为水和/或饱和氯化钠溶液。优选地，浸泡时间为12-48h。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，所述木材可以为经过加工或未加工的木材。
根据本发明所述的方法的一些实施方式，优选地，所述木材为低密度木板，例如但不限于杨木、松木和樟木中的一种或多种。
根据本发明所述的方法的一些具体实施方式，木材防火处理的方法，包括以下步骤：
S1、将待处理的木材在导电液中进行浸泡预处理；
S2、将经过浸泡预处理的木材两端分别穿过所述1#水槽和2#水槽的孔洞，并进行固定；
S3、将电极分别固定在位于所述1#水槽和2#水槽内的木材两端；
S4、分别向所述1#水槽和2#水槽内注入溶液A和溶液B；
S5、根据所选木材的横截面积，选择合适的电压，接通电源，在电场力的作用下，使所述1#水槽中的溶液A中的阳离子和所述2#水槽中的溶液B中的阴离子通过木材中孔隙，在木材内部传输，结合、沉积；
S6、通电2-4h；
S7、关闭电源，取出木材；
S8、干燥。
本发明的有益效果：
1、本发明提出了采用电化学技术改善木材防火阻燃性能的新设备和方法，其主要原理是：使与木材两端接触溶液中的离子在电场力的驱动下，通过木材内部的孔隙快速进入木材内部结合、沉积，形成受热易分解并能释放出阻燃性气体的产物。该产物在木材内部沉积或与木材纤维相互胶结，一方面可以降低木材的易燃性，实现木材结构的防火；另一方面对木材本身的力学性能也具有一定的强化作用。
2、本发明的木材防火处理方法经济环保，操作简单、方便，处理效果好，有效的解决了木材的防火问题。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的用于木材防火处理的设备的简图。
附图标记说明
1、1#水槽 2、2#水槽 3、孔洞
4、正电极 5、负电极 6、电源
7、导线 8、防漏液垫片 9、排液阀
10、木材
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
【实施例1】
一种用于木材防火处理的设备，如图1所示，包括1#水槽(图1中标记1)、2#水槽(图1中标记2)和供电部件，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置一个孔洞(图1中标记3)。孔洞用于支撑待处理木材(图1中标记10)，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，孔洞均设置防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)。1#水槽和2#水槽的侧壁底部设置用于排放水槽内的液体的排液阀(图1中标记9)。1#水槽和2#水槽的底部设置滑轮。供电部件包括与直流稳压输出电源(图1中标记6)和导线(图1中标记7)连接的一组电极，电极包括正电极(图1中标记4)和负电极(图1中标记5)，正电极和负电极的材质为钛网，正电极和负电极分别与待处理木材的两端连接。供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的抗菌剂中的纳米颗粒进入待处理木材的内部。
【实施例2】
一种用于木材防火处理的设备，包括1#水槽、2#水槽和供电部件，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置3个孔洞。每个水槽的1个孔洞用于支撑1块待处理木材(共3块待处理木材)，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内，孔洞均设置防漏橡胶垫圈。1#水槽和2#水槽的侧壁底部设置用于排放水槽内的液体的排液阀。供电部件包括与直流稳压输出电源(电源)和导线连接的3组电极，每组电极包括正电极和负电极，正电极和负电极的材质为钛网，每组电极的正电极和负电极分别与1块待处理木材的两端连接。供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的抗菌剂中的纳米颗粒进入待处理木材的内部。
【实施例3】
一种采用实施例1的木材防火处理的设备进行木材防火处理的方法，其具体步骤如下：
①木材预处理：选取1块杨木木材，横截面积S为96cm2，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材(图1中标记10)；
②将步骤①得到的木材穿过如图1中所示的1#水槽(图1中标记1)和2#水槽(图1中标记2)侧壁上预留的孔洞(图1中标记3)，并用防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；
③如图1所示，将电极紧扣在木材上，木材的一端紧扣正电极(图1中标记4)，另一端紧扣负电极(图1中标记5)，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源(图1中标记6)的正、负极相连接；
④向如图1所示的1#水槽中注入溶液A(固含量为20重量％的NH4Cl溶液)；向2#水槽中注入溶液B(固含量为20重量％的NaHCO3溶液)，确保注入水槽中的溶液A和溶液B能够分别浸没木材的上表面。
⑤设置输出电压为150V，打开图1所示电源进行通电。
⑥对木材通电2h后，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片，图1中标记8)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈、正电极和负电极移除，取出木材。
⑦将步骤⑥所得的木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h后即得到防火木材。
【实施例4】
一种采用实施例2的木材防火处理的设备进行木材防火处理的方法，其具体步骤如下：
①木材预处理：选取3块杨木木材，总横截面积S为96cm2，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；
②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；
③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；
④向1#水槽中注入溶液A(固含量为20重量％的NH4Cl溶液)；向2#水槽中注入溶液B(固含量为20重量％的NaHCO3溶液)，确保注入水槽中的溶液A和溶液B能够分别浸没木材的上表面。
⑤设置输出电压为150V，打开电源进行通电。
⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后(即1块木材通电2h，1块木材通电3h，1块木材通电4h)，关闭电源。打开1#水槽的排液阀、2#水槽的排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。
⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h后即得到防火木材。
【实施例5】
一种采用实施例2的木材防火处理的设备进行木材防火处理的方法，其具体步骤如下：
①木材预处理：选取3块杨木木材，总横截面积S为96cm2，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；
②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；
③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；
④向1#水槽中注入溶液A(固含量为10重量％的NH4Cl溶液)；向2#水槽中注入溶液B(固含量为10重量％的NaHCO3溶液)，确保注入水槽中的溶液A和溶液B能够分别浸没木材的上表面。
⑤设置输出电压为150V，打开电源进行通电。
⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后，关闭电源。打开1#水槽的1#排液阀、2#水槽的2#排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。
⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h后即得到防火木材。
【实施例6】
一种采用实施例2的木材防火处理的设备进行木材防火处理的方法，其具体步骤如下：
①木材预处理：选取3块杨木木材，总横截面积S为96cm2，在饱和氯化钠溶液中浸泡24h后取出，得到经过导电液浸泡处理的待处理木材；
②将步骤①得到的3块木材分别穿过1#水槽和2#水槽侧壁上预留的孔洞，3块木材平行放置，并用防漏橡胶垫圈堵塞木材与孔洞之间缝隙，并固定木材；
③将电极紧扣在木材上，每块木材的一端紧扣正电极，另一端紧扣负电极，并用导线将木材两端的正电极和负电极分别与电源的正、负极相连接；
④向1#水槽中注入溶液A(固含量为5重量％的NH4Cl溶液)；向2#水槽中注入溶液B(固含量为5重量％的NaHCO3溶液)，确保注入水槽中的溶液A和溶液B能够分别浸没木材的上表面。
⑤设置输出电压为150V，打开电源进行通电。
⑥对3块木材分别通电2h、3h、4h后，关闭电源。打开1#水槽的1#排液阀、2#水槽的2#排液阀，使1#水槽和2#水槽中的液面低于防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)的下边缘后，将防漏橡胶垫圈(防漏液垫片)、正电极和负电极移除，取出3块木材。
⑦将步骤⑥所得的3块木材放在温度为25±2℃的环境中风干处理，风干时长为72h后即得到防火木材。
【对比例1】
选取1块杨木木材，横截面积S为96cm2，按照实施例3的方法，不同的是，溶液A和溶液B均替换为水。
【测试例】
本发明的测试方法以及测试中所用设备如下：
根据GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》分别对实施例3-6和对比例1处理后的木材进行测试，结果见表1。
表1
Figure BDA0002682600330000091
表1结果表明，采用本发明提供的采用电化学技术提升木材的防火性能，使与木材两端接触的溶液中的有效离子在电场力的驱动下，通过木材内部的孔隙快速进入木材内部相互作用、沉积，形成受热易分解并能释放出阻燃性气体的产物。通过该产物在木材内部沉积或与木材纤维相互胶结，不仅明显降低了木材的易燃性，也对木材的力学性能、尺寸稳定性及耐磨性也有很大改善。同时，该方法经济环保，操作简单、方便，具有很高的推广和应用价值。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于木材防火处理的设备，包括1#水槽、2#水槽和供电部件，所述1#水槽和2#水槽的侧壁均设置至少一个孔洞；
所述孔洞用于支撑待处理木材，并使木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；
所述供电部件用于提供电场力，使待处理的木材通过1#水槽和2#水槽内盛放的具有不同电负性的溶液进入待处理木材的内部。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供电部件包括与电源和导线连接的至少一组电极，每组电极包括正电极和负电极；
优选地，所述电源为直流稳压输出电源；
优选地，所述电极的材料选自钛网、钢丝网和铜丝网中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述孔洞均设置防漏液垫片，优选地，所述防漏液垫片为防漏橡胶垫圈。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括排液阀，用于排放1#水槽和2#水槽内的液体。
5.一种木材防火处理的方法，包括以下步骤：
S1、将经过导电液浸泡处理的待处理木材穿过1#水槽和2#水槽的孔洞，且所述待处理木材的一端位于1#水槽内，另一端位于2#水槽内；
S2、将供电部件分别与待处理木材的两端连接，然后向1#水槽内注入溶液A，并向2#水槽内注入溶液B，且溶液A和溶液B具有不同电负性；
S3、对待处理木材进行通电。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述溶液A和溶液B能够形成受热易分解并能释放阻燃性气体的产物。
7.根据权利要求5或6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述溶液A为NH4Cl溶液和/或MgCl2溶液；
优选地，NH4Cl溶液中NH4Cl的含量为5-20重量％；
优选地，MgCl2溶液中MgCl2的含量为5-15重量％。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述溶液B为K3PO4溶液和/或NaHCO3溶液；
优选地，K3PO4溶液中K3PO4的含量为5-15重量％；
优选地，NaHCO3溶液中NaHCO3的含量为5-20重量％。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其特征在于，当待处理木材的总横截面积S<60cm2时，输出电压设置为120V；和/或，当60cm2≤S≤120cm2时，输出电压设置为150V；和/或，当120cm2<S<180cm2时，输出电压设置为180V；和/或，当S≥180cm2时，输出电压设置为220V；和/或，
S2中的通电时间为2-4h。
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的方法，其特征在于，在S3之后，该方法还包括进行干燥；
优选地，所述干燥的条件包括：温度为20-30℃，时间为48-96h。
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