CN114559511B - 一种片状物料的烘干方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种片状物料的烘干方法，属于材料加工及干燥技术领域。本发明首先通入氮气对细竹片进行预加热处理，预加热过程中每隔一段时间在细竹片表面喷覆少量助剂，然后对预加热处理的细竹片采用高频微波进行加热烘干处理。本发明工艺方法对竹材具有优异的烘干效果，其克服了传统烘干方法热量传递不均匀、处理耗时长等缺陷；本发明烘干方法步骤简单、易于控制、适合工业化生产加工，具有良好的应用前景。

Description

一种片状物料的烘干方法
技术领域
本发明属于材料加工及干燥技术领域，具体涉及一种片状物料的烘干方法。
背景技术
我国竹子种类、竹林面积、蓄积量均为世界之最。竹材是速生材，成长期短，如毛竹3-5年即可采伐利用，另外还有一些小径竹成长期更短。因此，竹林管理得当、合理采伐，就能够源源不断地提供竹材。而柚木、红黑酸枝、红松、花梨木、鸡翅木等珍贵木材，成材则需要百年甚至数百年时间，再加上人类长期无节制的砍伐，一些珍贵树种资源已经枯竭。因此，发展利用竹材是解决我国家具材料短缺，家具业可持续发展的切实可行的途径。
然而，竹材具有干缩湿胀的特点，其容易吸水排水造成涂层起泡、开裂等现象。而新鲜竹材中含有大量水分，在特定环境下水分会不断蒸发。水分的自然蒸发会导致竹材出现干缩、开裂、弯曲变形、霉变等多种缺陷，严重影响制成品的品质。因此，在竹材各类制品的制作过程中往往会经过多次烘干/干燥处理，只有合理地控制竹材中的水分才能够有效克服上述缺陷，提高制品的力学性能和强度，改善加工性。
但是，在常规烘干工艺过程中，干燥介质主要通过对流或者热传导的方式将热量传至材料表面，材料表面再以热传导的方式将热量传至材料内部，使得材料整体温度升高。这种加热方式效率低且耗时长，干燥后的材料还易发霉生菌，另外由于热量传递不均匀，从而导致材料的含水量不均一，进一步使得材料内部产生应力最终导致形变。有鉴于此，有必要对常规烘干工艺进行改进。
发明内容
针对现有竹材烘干工艺存在的缺陷与局限性，本发明提供了一种片状物料的烘干方法。本发明采用助剂在一定压力及湿度的条件下对细竹片先进行预加热处理改善竹材的透气性，随后采用高频微波对处理过的细竹片进行加热烘干。本发明烘干方法对竹材具有优异的烘干效果，处理时间短、效率高，本发明方法能够有效扩大竹材在家具业等领域的应用。
本发明具体是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种片状物料的烘干方法，所述烘干方法包括如下步骤：
1)取新鲜采集的竹子进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成细竹片备用；
2)将步骤1)所得细竹片转入密闭容器，然后通入氮气对细竹片进行预加热处理，预加热过程中每隔一段时间在细竹片表面喷覆助剂，最终得到预处理细竹片备用；
3)将步骤2)所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空并施加高频微波进行加热烘干处理，最终即得低含水率的片状竹料。
进一步地，步骤1)所述细竹片宽度不超过1.5mm。
进一步地，步骤2)通入氮气后容器内压强为1.25-1.4个标准大气压，通入的氮气湿度为32％-40％。
进一步地，步骤2)所述预加热处理温度为50-65℃、时间为40-60min。
进一步地，步骤2)所述一段时间为8-10min。
进一步地，步骤2)所述助剂由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比(1.5-1.8):(0.5-0.7):1混合并按料液比1:(5.5-7.5)于乙醇溶液中混合均匀而得。
进一步地，步骤2)所述助剂的喷覆总量为细竹片质量的1.5％-2％。
本发明先对片状竹材进行预加热处理：发明人研究发现，竹材的透气性对本发明后续采用的微波加热烘干效果影响显著。因此，本发明首先通入一定湿度的惰性气体加压均衡细竹片中水分含量，经多次实验优化，本发明在1.25-1.4个标准大气压力条件下对细竹片预加热，加热过程中每间隔8-10min在竹材表面喷覆本发明所配助剂，其能够显著提升竹材的透气性，对本发明后续的微波加热烘干处理起良好的铺垫作用。
进一步地，步骤3)所述抽真空的真空度为0.001-0.01Pa。
进一步地，步骤3)所述加热烘干处理加热温度为55-72℃，加热速度为2.6-6.0℃/h。
进一步地，所述加热烘干处理具体步骤包括：采用微波以3.5-6.0℃/h加温至55-64℃，然后保温4.5-7.0h；随后继续采用微波以2.6-2.8℃/h加温至68-72℃，保温0.5-1.2h后立即以0.8-1.7℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为5.2-8.0℃/h冷却至室温即可。
针对传统加热烘干工艺耗时长且不均匀的缺点，本发明采用高频微波进行加热烘干处理，通过微波与竹材中水分等物质相互作用，在材料表层及内部同时加热进行烘干；本发明优选真空度0.001-0.01Pa的真空条件，其降低水沸点的同时加快了其移动与蒸发速度。本发明优化微波加热烘干工艺参数，采用分段加热/冷却的方式，结合本发明预加热处理改善透气性的竹材，能够进一步加强微波加热烘干的干燥效果。
进一步地，步骤3)所述含水率为5％-9％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明烘干工艺克服了传统烘干方法热量传递不均匀导致材料形变的缺陷，本发明烘干方法对竹材具有优异的烘干效果，处理后的竹材含水率低且均匀，能够较好地替代部分珍贵木材应用于家具领域的生产制作。
2、相较于常规烘干工艺，本发明工艺方法处理时间大幅度缩短，效率高、处理步骤简单且易于控制，适合工业化生产加工。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.6:0.6:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为6.4％；将该片状竹料按常规方法热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为156.3MPa，弹性模量MOE为17244MPa，防霉等级1.4。
实施例2
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度40％的氮气使得容器内压强为1.4个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理55min，预加热过程中每隔10min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.6:0.6:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为8.6％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为144.1MPa，弹性模量MOE为16855MPa，防霉等级1.6。
实施例3
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.8:0.5:1混合并按料液比1:5.8于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为8.1％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为146.3MPa，弹性模量MOE为16909MPa，防霉等级1.7。
实施例4
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.6:0.6:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.002Pa，采用微波以5.2℃/h加温至60℃，然后保温6.0h；随后继续采用微波以2.8℃/h加温至70℃，保温1.2h后立即以1.2℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.2℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为7.2％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为151.7MPa，弹性模量MOE为17005MPa，防霉等级1.4。
对比例1
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入干燥的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.6:0.6:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为12.4％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为149.4MPa，弹性模量MOE为17102MPa，防霉等级2.3。
对比例2
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1:1:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为9.4％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为131.4MPa，弹性模量MOE为16430MPa，防霉等级1.8。
对比例3
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至60℃，然后保温5.5h；随后继续采用微波以2.6℃/h加温至70℃，保温0.8h后立即以1.0℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为15.6％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为122.9MPa，弹性模量MOE为15992MPa，防霉等级2.7。
对比例4
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，预加热过程中每隔9min在细竹片表面喷覆少量助剂(由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比1.6:0.6:1混合并按料液比1:7.2于50％乙醇溶液中混合均匀而得；助剂喷覆总量为细竹片质量的1.8％)，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至70℃，然后保温6.3h；随后以7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为9.1％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为141.8MPa，弹性模量MOE为16922MPa，防霉等级1.6。
对比例5
1、取新鲜采集的斑竹进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成宽度不超过1.5mm的细竹片备用；
2、将所得细竹片转入密闭容器，然后通入湿度35％的氮气使得容器内压强为1.35个标准大气压，58℃条件下对细竹片进行预加热处理45min，最终得到预处理细竹片备用；
3、将所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空至真空度0.005Pa，采用微波以4.8℃/h加温至70℃，然后保温6.3h；随后以7.5℃/h冷却至室温即得片状竹料。对所得片状竹料含水率进行检测，其含水率为26.1％；将该片状竹料同实施例1方法参数热压成板坯并检测性能，其静曲强度MOR为118.0MPa，弹性模量MOE为15335MPa，防霉等级3.9。
综上，由实施例1-4数据可知，本发明烘干方法对竹材干燥效果优异，干燥后竹材的制品具有良好的力学性能和防霉性能。而对比实施例1与对比例1可知，预加热过程中环境湿度会影响本发明所配助剂对竹材透气性的改善效果，从而影响最终所得片状竹材的含水率。对比实施例1与对比例2、3可知，不采用本发明所配助剂或更改助剂中成分比会大幅降低竹材的透气性，从而使得后续微波烘干的效果显著降低，进而降低了最终制得的竹材的力学性能及防霉性。对比实施例1与对比例4可知，本发明分段加热/冷却的微波加热烘干工艺能够进一步加强微波对竹材的烘干效果。
以上所描述的实施例仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种片状物料的烘干方法，其特征在于，所述烘干方法包括如下步骤：
1）取新鲜采集的竹子进行蒸煮除青除黄，随后重复碾压成细竹片备用；
2）将步骤1）所得细竹片转入密闭容器，然后通入氮气对细竹片进行预加热处理，预加热过程中每隔8-10min在细竹片表面喷覆助剂，最终得到预处理细竹片备用；其中，通入氮气后容器内压强为1.25-1.4个标准大气压，通入的氮气湿度为32%-40%，所述助剂由木质素磺酸钠、钠基膨润土、甲基纤维素按质量比（1.5-1.8）:（0.5-0.7）:1混合并按料液比1:（5.5-7.5）于乙醇溶液中混合均匀而得；
3）将步骤2）所得预处理细竹片转入另一密闭容器，容器抽真空并施加高频微波进行加热烘干处理，最终即得低含水率的片状竹料；其中，加热烘干处理具体步骤包括：采用微波以3.5-6.0℃/h加温至55-64℃，然后保温4.5-7.0 h；随后继续采用微波以2.6-2.8℃/h加温至68-72℃，保温0.5-1.2 h后立即以0.8-1.7℃/h冷却至60℃后，调整冷却速度为5.2-8.0℃/h冷却至室温即可。
2. 根据权利要求1所述一种片状物料的烘干方法，其特征在于，步骤1）所述细竹片宽度不超过1.5 mm。
3. 根据权利要求1所述一种片状物料的烘干方法，其特征在于，步骤2）所述预加热处理温度为50-65℃、时间为40-60 min。
4. 根据权利要求1所述一种片状物料的烘干方法，其特征在于，步骤3）所述抽真空的真空度为0.001-0.01 Pa。
5.根据权利要求1所述一种片状物料的烘干方法，其特征在于，步骤3）所述低含水率的片状竹料的含水率为5%-9%。
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