一種木材深度炭化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種木材深度炭化方法，步驟為：選材；真空干燥：在氣壓為60～75KPa的微波場中，先控制微波功率為300～400W，再為800～1000W，最后為200～300W，至板材含水率下降到5～8%；高壓炭化：通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為125～160KPa，并使微波功率保持在600～800W，預壓，先以1～1.5MPa保持10～20min，再加大熱壓機壓力至2～3MPa保持20～30min；關(guān)機降壓，降溫到30～50℃，即可卸出。本發(fā)明木材深度炭化工藝操作簡單，易于控制，避免了炭化過程外焦里嫩的情況，實現(xiàn)了同質(zhì)炭化，且更節(jié)能，大大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】
一種木材深度炭化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于木材加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木材深度炭化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，歐洲炭化木進入到中國市場，由于其尺寸穩(wěn)定性好、耐腐、顏色美觀、環(huán)境友好，受到廣大消費者的青睞，逐漸在戶外園林景觀、裝飾裝修中大量應(yīng)用。炭化木在戶外使用時能夠延長木材的使用壽命，節(jié)約和高效利用木材資源，對促進木材保護行業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。
[0003]木材由半纖維素、纖維素、木素和少量的抽提物組成，其炭化原理主要包括:
(I)半纖維素的耐熱性能較差，在高溫作用下，它首先降解，生成游離醋酸，而釋放的醋酸作為一種催化劑，又加速了半纖維素水解成糖類。因此，木材經(jīng)加熱后，半纖維素含量顯著減少，且隨著半纖維素的降解，吸濕性的羥基顯著減少，從而木材的吸濕性降低，尺寸穩(wěn)定性提高。此外，游離醋酸的生成，又使腐朽真菌喜愛的食物顯著減少，因而從食物鏈上抑制了腐朽真菌的生長。
[0004](2)纖維素是以結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)共存的長分子鏈結(jié)構(gòu)。纖維素吸濕性的大小，取決于無定形區(qū)的大小及游離羥基的數(shù)量。木材加熱時，游離醋酸的生成，又降解了無定形區(qū)中纖維素的微纖絲，使無定形區(qū)減少，使纖維素的結(jié)晶度和晶體尺寸增大，這也降低了木材的吸濕性，增加了尺寸穩(wěn)定性。
[0005](3)木材中含有的少量的抽提物是低分子物質(zhì)，包括樹脂酸、萜類化合物、脂肪、蠟、單寧、酚類化合物等。木材加熱時，大多數(shù)抽提物揮發(fā)，也使腐朽真菌的食物減少，從而提高了木材的耐腐性。此外，樹脂等化合物的揮發(fā)，也改善了木材的油漆和膠合性能。
[0006]現(xiàn)有的木材炭化技術(shù)主要是通過將木材放入大型的圓筒內(nèi)，然后在底部進行加熱，這樣的炭化過程只能使木材的表面炭化，無法深層次的對木材進行炭化，使得木材使用時間長后，就會膨脹或變形開裂。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對以上問題，本發(fā)明提供一種木材深度炭化方法，該工藝操作簡單，易于控制，避免了炭化過程外焦里嫩的情況，實現(xiàn)了同質(zhì)炭化，且較常規(guī)熱壓機炭化更節(jié)能，大大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0008]為解決以上問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
提供一種木材深度炭化方法，包括以下步驟(本發(fā)明以下所述含水率為絕對含水率，即木材中水分的質(zhì)量與木材絕干質(zhì)量的百分比):
(1)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材；
(2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為60?75KPa的微波場中，先控制微波功率為300?400W，至板材含水率下降到90?100%，關(guān)閉微波保持30?60秒(以較低功率微波來降低木材的初始含水率，使后期高功率微波干燥過程中不致木材內(nèi)蒸汽壓過高而產(chǎn)生內(nèi)裂現(xiàn)象)；再控制微波功率為800?1000W，至板材溫度達到100?110°C，關(guān)閉微波保持30?60秒(約4?6分鐘，使高功率微波持續(xù)較短時間，既降低能耗，提高效率，又能保證木材內(nèi)蒸汽壓適度)；最后控制微波功率為200?300W，至板材含水率下降到5?8%(約15?20分鐘，低功率微波承擔主要干燥過程，既降低能耗，提高效率，又能保證木材內(nèi)溫度及蒸汽壓適度，避免內(nèi)裂)；
(3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為125?160KPa，并使微波功率保持在600?800W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，先以I?1.5MPa保持10?20min，再加大熱壓機壓力至2?3MPa保持20?30min(氣壓增高，有利于飽和蒸汽滲透木材，以平衡木材內(nèi)層和表面的含水率，且使環(huán)境中水蒸氣及木材中水分的沸點升高，進而溫度升高，最后使整個系統(tǒng)溫度升高，帶動木材勻質(zhì)炭化)；
(4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到30?50°C，即可卸出。
[0009]根據(jù)上述的木材深度炭化方法，步驟(2)所述環(huán)境氣壓為65?70KPa。
[0010]根據(jù)上述的木材深度炭化方法，步驟(2)微波控制的程序依次為340?360W、850?950W、240?260W。
[0011]根據(jù)上述的木材深度炭化方法，步驟(2)干燥至板材含水率下降到6?7%。
[0012]根據(jù)上述的木材深度炭化方法，步驟(3)所述環(huán)境氣壓為140?150KPa。
[0013]根據(jù)上述的木材深度炭化方法，步驟(3)所述熱壓機的熱壓板表面溫度為350?500°C，使木材表面炭化程度更深，滿足多種市場需求。
[0014]本發(fā)明具有以下積極有益效果:
本發(fā)明方法簡單，易于控制，避免了炭化過程外焦里嫩的情況，實現(xiàn)了同質(zhì)炭化，且較常規(guī)熱壓機炭化更節(jié)能，大大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。一
在真空干燥過程中，能量以電磁波的形式直接滲透到木材的內(nèi)部，并通過微波電子場與水分子及木材中極化分子(如輕基)的相互作用而迅速產(chǎn)生大量熱，在很短的時間內(nèi)，木材細胞內(nèi)的溫度快速升高，水分迅速蒸發(fā)，水蒸氣也快速膨脹，而半封閉的細胞無法快速的排除水分，促使木材細胞內(nèi)的壓力急劇上升，使木材內(nèi)外形成較高的壓力差。而水分在壓力差的作用下，以滲透流的形式向外迀移，使具有很快的干燥速度，同時木材內(nèi)裂的風險也急劇增大。且研究表明，初始含水率越高，蒸汽壓峰值越高，越易產(chǎn)生內(nèi)裂現(xiàn)象。
真空干燥階段分為快速升溫段、恒溫段和后期升溫段，在恒溫段初期木材內(nèi)蒸汽壓力達到最大值，易出現(xiàn)內(nèi)裂現(xiàn)象，嚴重影響木材質(zhì)量，因此在快速升溫階段采用較高功率，節(jié)約工作時間，而在恒溫段適當降低功率，控制微波功率在一個適當?shù)姆秶苡行П苊鈨?nèi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明的【具體實施方式】，但以下實施例只是用來詳細說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。以下實施例中所涉及的儀器設(shè)備如無特別說明，均為常規(guī)儀器設(shè)備;所涉及的工業(yè)原料如無特別說明，均為市售常規(guī)工業(yè)原料。
[0016]實施例1
一種木材深度炭化方法，包括以下步驟:
(I)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材； (2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為65KPa的微波場中，先控制微波功率為340W，至板材含水率下降到90?95%，關(guān)閉微波保持45秒;再控制微波功率為850W，至板材溫度達至IJlOO?105°C，關(guān)閉微波保持45秒;最后控制微波功率為240W，至板材含水率下降到6?7%;
(3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為140KPa，并使微波功率保持在700W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，熱壓板表面溫度為400°C，先以1.2MPa保持15min，再加大熱壓機壓力至2.5MPa保持25min;
(4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到40°C，即可卸出，所得炭化木炭化程度深，炭化同質(zhì)性好，且沒有內(nèi)裂現(xiàn)象。
[0017]實施例2
一種木材深度炭化方法，包括以下步驟:
(1)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材；
(2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為70KPa的微波場中，先控制微波功率為360W，至板材含水率下降到95?100%以下，關(guān)閉微波保持45秒;再控制微波功率為950W，至板材溫度達到105?110°C，關(guān)閉微波保持45秒;最后控制微波功率為260W，至板材含水率下降到6?7%;
(3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為150KPa，并使微波功率保持在700W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，熱壓板表面溫度為450°C，先以1.2MPa保持15min，再加大熱壓機壓力至2.5MPa保持25min;
(4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到40°C，即可卸出，所得炭化木炭化程度深，炭化同質(zhì)性好，且沒有內(nèi)裂現(xiàn)象。
[0018]實施例3
一種木材深度炭化方法，包括以下步驟:
(1)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材；
(2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為60KPa的微波場中，先控制微波功率為300W，至板材含水率下降到90?95%，關(guān)閉微波保持30秒;再控制微波功率為800W，至板材溫度達至Ij 105?110 °C，關(guān)閉微波保持30秒;最后控制微波功率為200W，至板材含水率下降到5?6% ；
(3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為125KPa，并使微波功率保持在600W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，熱壓板表面溫度為350°C，先以IMPa保持20min，再加大熱壓機壓力至2MPa保持30min;
(4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到30°C，即可卸出，所得炭化木炭化程度深，炭化同質(zhì)性好，且沒有內(nèi)裂現(xiàn)象。
[0019]實施例4
一種木材深度炭化方法，包括以下步驟:
(1)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材；
(2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為75KPa的微波場中，先控制微波功率為400W，至板材含水率下降到95?100%，關(guān)閉微波保持60秒;再控制微波功率為1000W，至板材溫度達到100?105°C，關(guān)閉微波保持60秒;最后控制微波功率為300W，至板材含水率下降到7?8%；
(3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為160KPa，并使微波功率保持在800W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，熱壓板表面溫度為500°C，先以1.5MPa保持1min，再加大熱壓機壓力至3MPa保持20min;
(4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到50°C，即可卸出，所得炭化木炭化程度深，炭化同質(zhì)性好，且沒有內(nèi)裂現(xiàn)象。
[0020]上面結(jié)合實施例對本發(fā)明作了詳細的說明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數(shù)進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發(fā)明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。
【主權(quán)項】
1.一種木材深度炭化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)選材:選擇木料，并將其切割成厚度一致的板材； (2)真空干燥:將所得板材置于環(huán)境氣壓為60?75KPa的微波場中，先控制微波功率為300?400W，至板材含水率下降到90?100%，關(guān)閉微波保持30?60秒;再控制微波功率為800?1000W，至板材溫度達到100?110°C，關(guān)閉微波保持30?60秒;最后控制微波功率為200?300W，至板材含水率下降到5?8% ； (3)高壓炭化:通入飽和水蒸氣保護木材，同時調(diào)整環(huán)境氣壓為125?160KPa，并使微波功率保持在600?800W，然后采用熱壓機對木材進行預壓，先以I?1.5MPa保持10?20min，再加大熱壓機壓力至2?3MPa保持20?30min; (4)關(guān)閉微波和熱壓機壓力，環(huán)境排氣降壓，并自然降溫到30?50°C，即可卸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材深度炭化方法，其特征在于:步驟(2)所述環(huán)境氣壓為65?70KPa。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材深度炭化方法，其特征在于:步驟(2)微波控制的程序依次為 340 ?360W、850 ?950W、240 ?260W。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材深度炭化方法，其特征在于:步驟(2)干燥至板材含水率下降到6?7%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材深度炭化方法，其特征在于:步驟(3)所述環(huán)境氣壓為140?150KPa。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木材深度炭化方法，其特征在于:步驟(3)所述熱壓機的熱壓板表面溫度為350?500 °C。
【文檔編號】B27K5/00GK105835197SQ201610462127
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】鄭園
【申請人】鄭園