CN117597574A - 用于实时确定改性过程中吸湿材料的属性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实时确定改性过程中吸湿材料属性的方法。该方法中，待改性的吸湿材料被堆叠成一叠吸湿材料(15)，并放置在改性设备(10)的改性室(11)内进行改性。本发明的方法中，在一叠吸湿材料(15)改性前和/或改性过程中和/或改性后，测量一叠吸湿材料的重量、体积、水含量以及平均水分含量。本发明还涉及一种用于实时确定一叠吸湿材料(15)改性过程中属性的设备。

Description

用于实时确定改性过程中吸湿材料的属性的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于实时确定改性过程中吸湿材料的属性的方法和装置。

背景技术

吸湿材料是指具有吸收和储存周围空气中湿气的能力的材料。当相对湿度发生变化时，蒸汽分压的差异导致材料吸湿或释放湿气，以达到平衡。由于其特性，吸湿材料在不同行业中有许多应用。例如，在建筑行业中，墙体材料的吸湿性是一种优势，它有助于通过在湿润条件下吸湿，并在外部空气干燥和/或外部温度较低时提取湿气来控制室内空气质量。木头是一种天然可工业应用的吸湿材料，在使用过程中受到与周围空气相对湿度有关的不同条件的影响。此外，当锯开的木头或木材被加工用于建筑或家具行业时，通常需要进行干燥，以达到所需的含水率，以满足具体用途的质量要求。混凝土是另一种广泛应用于工业中的吸湿材料。

在工业上利用吸湿材料时，在制造过程中通常会将其置于不同的空气湿度条件下。例如，在木材加工中，锯开的木材首先通过一种装置进行干燥，其中所涉及的木材块被放置在一个或多个干燥室中，每个干燥室根据处理过程中木材的含水率确定并维持适当的温度和相对湿度条件。

国际专利申请WO 2010/076394中描述了一种用于监测和控制吸湿性料改性过程的已知方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种在改性设备中实时确定吸湿材料性能的新方法，该方法比已知方法更简单、更容易在吸湿材料改性制品生产中实施，并且更可靠、更具成本效益。此外，本发明的目标是通过一种新方法使吸湿材料可以以满足最终用户所有质量要求的方式进行改性，其中最终用户的产品原材料对尺寸稳定性和精度、表面质量、耐候性以及材料的强度和耐久性有预定的特定要求。

为实现本发明的目的，提供了一种方法，其中在改性过程中将吸湿材料片堆叠并放置于改性室中，并且该方法至少包括以下步骤：

在改性之前，通过在开始改性之前测量改性室内的一叠吸湿材料的重量，并至少在改性过程中的某个时刻以及改性后再次测量重量，来确定改性室中的一叠吸湿材料的初始重量。

通过在改性室中测量一叠吸湿材料的至少一个尺寸来确定待改性的一叠吸湿材料的初始体积；

通过将确定的一叠吸湿材料的初始体积与干燥吸湿材料的密度相乘，确定一叠干燥吸湿材料的重量；

通过从改性前和改性期间和/或改性后的一叠吸湿材料的测量的重量中减去具有相应体积的一叠干燥吸湿材料的计算的重量，确定一叠吸湿材料中的水分量及其平均含水量。

本发明还提供一种设备执行上述方法。

根据本发明的方法具有以下优点：可以通过一种更简单、更易于在生产中实施的方法来确定待改性吸湿材料的属性，同时这种方法更可靠和经济高效。特别是，可以在没有任何湿度测量传感器或相应物理测量设备的情况下，测量吸湿材料的含水量和水分含量等指标。此外，该方法的优点是可以通过它来改变吸湿材料，使得改性后的吸湿材料更好地满足最终用户对原材料的质量要求，包括尺寸稳定性、精确性以及机械性能和水分含量的特定要求。这对于那些对原材料具有特定要求的最终产品而言是非常重要的。

附图说明

在下文中，结合附图对该发明进行更详细的描述，所附图显示了根据在该发明的方法的实施例中使用的改性设备的垂直剖面图。

具体实施方式

在本申请中，对吸湿材料的改性是指至少改变吸湿材料的含水量的过程。然而，对吸湿材料的改性还可以包括改变材料的其他性质，如密度、硬度和强度等的其他工艺步骤。

在本申请中，一叠吸湿材料是指一个或多个被相邻放置或者堆叠在一起的吸湿材料，在这些吸湿材料的每个行或某些行之间可能存在或不存在中间件，或者在每个列或某些列之间存在或不存在中间件。这些中间件最好是类似细胞的板、板子或贴纸，具有空心空间或通道，通过这些空间或通道，吹进改性室的空气可以流动。这些细胞的结构可能在不同的实施方案中有所不同。然而，一些或所有的中间件也可以是没有任何空气通道的实心板、板子或贴纸。

中间件的材料最好是一些硬质材料，比如金属或基于复合材料的材料，具有良好的热导性，可以帮助整个一叠的材料实现均匀的温度分布。中间件的材料还应该能够在改性设备的改性室中高温高湿条件下承受得住。

根据图1所示的发明，改性设备10的一个实施例包括一个改性室11，可以在其中放置要进行改性的一叠吸湿材料15。在改性室11中，有一个压缩装置12，该压缩装置具有第一压缩件13和第二压缩件14，将要进行改性的一叠吸湿材料15放置在其之间，并且可以在改性过程中对其进行压缩。第一压缩件13和第二压缩件14是类似平台的元件，它们之间有平坦的压缩表面，在这些表面之间可以放置要进行改性的材料。在这个实施例中，压缩装置只有两个压缩件，因此可以用于在一叠吸湿材料的厚度方向上压缩要进行改性的材料。然而，在这个实施例和其他一些方法和装置的实施例中，压缩装置还可以具有更多的压缩件，用于在宽度和/或长度方向上对一叠吸湿材料进行压缩。

在将一叠吸湿材料放入改性室11时，可以在一叠吸湿材料的压缩方向上的每个或某些材料之间放置一个或多个中间件16。中间件16可以放置在要改性的一叠吸湿材料的每一行或某些行之间。中间件16被视为改性设备的一部分，因此在确定一叠吸湿材料15的重量和体积时，需要将其重量从一叠吸湿材料的重量中减去。

在一叠吸湿材料15之间，或者在最低的一层吸湿材料15和第一压缩件13之间，可能还会有至少一个传输平台和/或手推车。如果对多个单独的一叠吸湿材料15在水平方向上进行压缩，则可以在一叠吸湿材料15之间垂直地放置一个或多个传输平台和/或手推车。传输平台和/或手推车将按照与中间件16相似的方式被纳入重量计算中。

在确定一叠吸湿材料15的体积时，也需要考虑中间件16和/或传输平台和/或手推车。具体做法是从第一压缩件13和第二压缩件14之间的距离中减去一个或多个中间件16和/或传输平台和/或手推车的厚度。在存在额外的压缩件的压缩装置中，相应地也需要确定其在压缩方向上的尺寸(即宽度或长度)。

在图1所示的改性设备10的改性室11中，还有加热装置18、吹风装置19以及加湿装置(图中未显示)。加热装置18可以是电加热器或生物燃料加热装置，吹风手装置19最好是电动风扇，而加湿装置可以包括液体喷雾装置和/或蒸汽装置。

图1所示的改性设备10还包括用于测量温度、空气和/或待改性的吸湿材料的湿度以及待改性的吸湿材料的重量的测量装置。在改性设备10上可能还有在线测量设备/传感器以及与改性设备10相关的测试设备/仪器。此外，还可以进行单独的实验室测量以验证确定的属性值。实验室测量最好应用于吸水材料的湿度、硬度和强度等属性。此外，改性设备10包括一个控制单元，该控制单元与在线测量装置相连，并根据在线测量装置的测量结果至少部分自动地控制压缩装置12、加热装置18、吹风装置19和加湿装置。

在图1所示的改性设备10中，待改性的吸水材料可以是木材、木塑复合材料或一些植物基材料等。最好选择那些在改性时与木材表现相似的材料。

图1中显示的改性设备10是用于一次改性多个吸湿材料的。因此，当要改性的材料被该设备处理时，它们被堆叠在一叠中，然后放置在改性室11中，位于压缩装置12的第一压缩件13和第二压缩件14之间，如图1所示。在图1的改性设备10中，压缩装置12包括可旋转的螺杆21，通过这些螺杆可以使压缩框架22升降。然后，压缩框架22与第二压缩件14机械连接，从而可以使其向第一压缩件13靠近或离开。在图1的改性设备中，可以通过在线测量装置实时确定待改性吸湿材料的性质，包括改性前、改性期间和/或改性后。在图1的设备中，至少可以在改性前、改性期间和/或改性后确定一叠吸湿材料15的重量和体积。

在使用改性设备10时，待改性的一叠吸湿材料15逐个相邻地排列在压缩装置12的第一压缩件13的表面上，使得这些材料组成了一叠可压缩的材料，其具有两个相对的、基本平整的表面，分别与压缩装置12的第一压缩件13和第二压缩件14接触。因此，利用压缩装置12可以对一叠吸湿材料15进行压缩，从而使产生的压缩应力均匀分布于压缩装置12处理的一叠吸湿材料15的相对表面上。

待改性的一叠吸湿材料(即改性前的重量)15的初始重量可以通过以下几种方式进行确定：可以通过测量装有待改性吸湿材料的改性设备10的重量来确定，或者通过测量改性设备中的某个部分与待改性吸湿材料15一起的重量来确定，或者根据改性设备的哪些部件参与了重量测量来测量待改性吸湿材料的重量。如果使用整个改性设备10进行重量测量，则通过从带有待改性吸湿材料的改性设备10的测得重量中减去改性设备10的重量来计算待改性吸湿材料15的重量。如果使用改性设备的某个部分进行初始重量的测量，则通过从带有待改性吸湿材料的改性设备相应部分的重量中减去该部分改性设备的重量来计算待改性吸湿材料的初始重量。例如，在图1所示的设备中，可以通过测量待改性的一叠吸湿材料的重量来测量其初始重量。如果在压缩装置12进行压缩时进行重量测量，则在进行测量时会暂时释放压缩。也可以在不释放压缩的情况下进行测量，在这种情况下，从测量得到的重量值中减去压缩装置12的压缩力。在图1所示的设备中，可以通过在压缩螺杆21和/或压缩框架22与压缩装置12相关部位上安装一个或多个应变片来测量压缩力。

为确定待改性的一叠吸湿材料15的初始体积(即改性前的体积)，首先将第一压紧件13和第二压缩件14相互靠近，使第一压紧件13贴紧待改性的一叠吸湿材料15的第一侧，第二压缩件14贴紧待改性的一叠吸湿材料15的第二侧，将待改性的一叠吸湿材料15轻轻压缩，以使吸湿材料被轻轻压缩，并消除吸湿材料之间以及压缩件13和14与待改性的一叠吸湿材料15之间的所有间隙。随后，测量第一压缩件13和第二压缩件14之间的距离，并将其记录为待改性的一叠吸湿材料15的高度。然后，通过使用测得的待改性的一叠吸湿材料15的高度来计算其初始体积。待改性的一叠吸湿材料15的其他尺寸可以通过相应的方式来确定，或者其尺寸(即长度、宽度和厚度)事先已知。

一叠干燥的吸湿材料的重量可以通过将确定的待改性的一叠吸湿材料15的初始体积乘以其干燥状态下的密度来确定。

在确定改性前的待改性的一叠吸湿材料15中的水含量时，可以通过测量待改性的一叠吸湿材料15的重量减去一叠干燥吸湿材料的重量来计算。通过将待改性的一叠吸湿材料中的含水量除以计算得出的一叠干燥吸湿材料的重量，可以确定待改性的一叠吸湿材料15的平均初始含水率(即改性前的含水率)。根据待改性的一叠吸湿材料15中确定的含水量，还可以确定将一叠吸湿材料干燥到所需的最终含水率理论上所需的最小热能。

待改性的一叠吸湿材料15的平均初始密度(即改性前的密度)可以通过将确定的待改性的一叠吸湿材料15的初始重量除以其初始体积来计算。

在改性过程中，可以通过压缩装置12将多层吸湿材料压缩。在压缩过程中，第一压缩件13和第二压缩件14相互靠近，以使待改性的一叠吸湿材料15被压缩。在待改性的一叠吸湿材料15被压缩期间或之后，测量并记录第一压缩件13和第二压缩件14之间的距离，作为待改性的一叠吸湿材料的高度。压缩导致待改性的一叠吸湿材料15的体积发生变化。压缩还会使多层吸湿材料的中的一些水分被移除，因此压缩会降低吸湿材料的含水率。在改性过程中，通过改变改性室11内空气的温度和含湿量，也可以降低或增加待改性的一叠吸湿材料15的含水率。因此，在改性过程中，可以对待改性的吸湿材料进行干燥或加湿，并且可以改变吸湿材料的重量和密度。

在改性过程中，可以通过测量改性设备10的重量或其中某个部分与待改性的一叠吸湿材料15一起的重量，或者仅通过测量改性后的待改性的一叠吸湿材料的重量来确定待改性的一叠吸湿材料15的重量。如果测量的是整个改性设备的重量或其中某个部分的重量，则可以通过应用上述与确定待改性的一叠吸湿材料的初始重量相关的原理来计算待改性的一叠吸湿材料15的重量。

为了通过图1中的改性设备10测量待改性的一叠吸湿材料15的重量，改性设备10包括一个或多个重量传感器17，它们被放置在支撑框架20和改性设备10的第二压缩件13之间，就像图1中所示一样。因此，在这种设备中，这些重量传感器17还测量压缩装置12的压缩力。因此，如果在压缩过程中测量待改性的一叠吸湿材料的重量，需要暂时释放压缩，并在施加压缩力时读取重量传感器17的值。另外，在压缩过程中进行重量测量可以通过在压缩过程期间读取传感器的值，并从测量值中减去压缩力来实现。在这种情况下，压缩力可以通过其他传感器(例如应变计)进行测量，如上所述。重量传感器17可以是任何类型的传感器(例如压力传感器)，可以用来确定由待改性的吸湿材料的重量(带或不带压缩力)引起的力。

在改性过程中，可以通过使用在压缩期间和/或之后测得的待改性的一叠吸湿材料15的高度来计算其体积。待改性的一叠吸湿材料15在改性过程中的体积变化可以通过将压缩期间和/或之后测得的待改性的一叠吸湿材料的体积减去初始体积来计算。

通过将改性期间和/或之后的待改性的一叠吸湿材料的平均密度减去改性前的一叠吸湿材料的平均密度，可以计算待改性的一叠吸湿材料密度的平均变化。因此，例如，可以使用待改性的一叠吸湿材料在改性期间和/或之后的密度平均变化来计算材料的硬度和/或强度的平均变化。

对于待改性的一叠吸湿材料15的所有上述物理量和特性，也可以通过手动测试和测量来确定。因此，通过使用这些手动测量/测试得到的数值，可以在改性设备10的控制单元中提供经验性校正系数和/或函数，用于校正这些测量中的系统误差或不准确性，并用于校准在线测量，以实现适当的测量准确性和可靠性，例如用于控制改性过程以生产具有期望特性和质量的最终产品。

根据目前的发明，所述设备不仅限于上述所描述的实施方式，而且可以在附加权利要求的范围内进行变化。

Claims (17)

1.一种用于在改性过程中实时确定吸湿材料的性能的方法，其中，在该方法中，将待改性的吸湿材料堆叠起来，形成一叠吸湿材料(15)，并将其放置在改性设备(10)的改性室(11)中进行改性，其中，待改性的一叠吸湿材料在改性设备(10)中改性，其特征在于，该方法至少包括以下方法步骤：

在改性前、改性期间和/或改性后测量一叠吸湿材料(15)的重量；

通过确定所述一叠吸湿材料(15)在改性前、改性期间和/或改性后的体积来确定所述一叠吸湿材料(15)的体积；

通过将所确定的所述一叠吸湿材料(15)的体积乘以相应干燥吸湿材料的密度来确定一叠相应干燥吸湿材料的重量；

-通过将所计算的一叠相应干燥吸湿材料的重量从在改性前、改性期间和/或改性后测量得到的一叠吸湿材料(15)的重量中减去来确定在改性前、改性期间和/或改性后一叠吸湿材料(15)中的水含量；

通过从改性前、改性期间和/或改性后确定的一叠吸湿材料(15)中的水含量来确定改性前、改性期间和/或改性后的一叠吸湿材料(15)的平均含水量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将改性前和/或改性期间和/或改性后所确定的一叠吸湿材料(15)的重量除以相应阶段所确定的一叠吸湿材料(15)的体积来确定改性前和/或改性期间和/或改性后的待改性吸湿性材料(15)的平均密度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，改性设备(10)还包括压缩装置(12)，压缩装置(12)具有可以互相压缩的压缩件(13，14)，所述一叠待改性吸湿材料(15)可放置在两个压缩件之间使一叠待改性吸湿材料(15)在改性期间被压缩。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，压缩部件(13，14)可抵靠一叠吸湿材料(15)的相对端部进行移动，从而使一叠吸湿材料(15)被压缩装置(12)压缩，并且可在一叠吸湿材料(15)被压缩期间和/或之后确定一叠吸湿材料(15)的体积。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过将压缩期间和/或之后所确定的一叠吸湿材料(15)的体积从改性前的一叠吸湿材料(15)的初始体积中减去来计算一叠吸湿材料(15)的体积变化。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在压缩期间和/或之后至少一次从压缩期间和/或之后确定的一叠吸湿材料(15)的体积来确定待改性的吸湿材料的平均密度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过将至少在压缩过程期间和/或之后确定的一叠吸湿材料的平均密度从改性前的一叠吸湿材料的平均密度中减去，计算出待改性的吸湿材料在压缩过程中平均密度变化。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在压缩期间和/或之后，通过计算来确定待改性的吸湿材料的平均强度、平均硬度和/或至少一项其他机械性质中的至少一项属性，在计算中，使用具有相对湿度的吸湿材料的强度和/或在压缩期间和/或之后确定的一叠吸湿材料的密度。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其特征在于，压缩装置的压缩部件(13,14)可抵靠一叠吸湿材料(15)的相对端部进行移动，以使一叠吸湿材料的各个吸湿材料与彼此和压缩部件(13,14)之间没有间隙。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，测量在压缩部件(13,14)的移动方向上的压缩部件(13,14)之间的距离，并将所测得的距离用于确定一叠吸湿材料(15)的初始体积。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其特征在于，在压缩期间和/或之后，测量在压缩部件(13,14)的移动方向上的压缩部件(13,14)之间的距离，并将所测得的距离用于确定压缩期间和/或之后的一叠吸湿材料(15)的体积。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过在改性设备(10)中测量一叠吸湿材料(15)的重量来确定一叠吸湿材料(15)的重量。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，可以通过以下方法之一来确定一叠吸湿材料(15)的重量：测量带有一叠吸湿材料(15)的改性设备(10)的重量、测量带有一叠吸湿材料(15)的改性设备(10)的某个部分的重量，或者仅测量一叠吸湿材料(15)本身的重量。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，可以通过以下方法之一来计算一叠吸湿材料(15)的重量：将不带有一叠吸湿材料(15)的改性设备(10)的重量从带有一叠吸湿材料(15)的改性设备(10)的测量重量中减去，或者将不带有一叠吸湿材料(15)的改性设备(10)的某个部分的重量从带有一叠吸湿材料(15)的该部分改性设备(10)的测量重量中减去。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，在相互叠放或相邻的一叠吸湿材料(15)中，至少放置一个中间板(16)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当在一叠吸湿材料(15)的压缩方向上，至少一个中间板(16)位于堆叠的一叠吸湿材料之间时，在确定一叠吸湿材料(15)的体积时应将其考虑在内，通过从在压缩件(13,14)的压缩方向上两者之间的距离中减去至少一个中间板(16)的厚度来实现。

17.一种用于实时确定改性过程中吸湿材料属性的装置，包括、改性室(11)，可以在其中放置一叠吸湿材料(15)进行改性，其特征在于，还包括用于根据1到16中任何一项所述的方法来确定吸湿材料属性的手段(17)。