專利名稱：一種縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法，屬于木材工業(yè)中實體木材加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
樹木生長期間，木材內(nèi)部保存有一定數(shù)量的水分，在木材加工中需要通過干燥過程將含水率降到所要求的范圍。木材干燥是木材工業(yè)中的核心技術(shù)，是實體木材制品制作過程中關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)；常規(guī)木材干燥耗時長，少則幾天、十幾天，多則幾十天，消耗大量能源，要占加工環(huán)節(jié)總能耗的50%-70%。在保證干燥質(zhì)量的前提下，為縮短干燥時間而進行的研究工作顯得十分必要而急迫。為縮短木材干燥的運行時間，國內(nèi)外的研究成果集中在微波預(yù)處理和爆破預(yù)處理兩個方面。使用微波技術(shù)對干燥前木材進行預(yù)處理，提高木材對水分的疏導(dǎo)能力，達到縮短 干燥時間的目的，長期以來都是國內(nèi)外研究的熱點問題，形成了很多研究成果。爆破技術(shù)也廣泛地應(yīng)用在木材干燥預(yù)處理的研究中。理論認(rèn)為，在保持微爆破后木材外形和力學(xué)性能不受影響的條件下，當(dāng)木材內(nèi)部存在高壓氣體，外部環(huán)境壓力瞬間恢復(fù)常壓時，木材內(nèi)外形成壓差，木材內(nèi)部的高壓氣體就形成高速氣流，由內(nèi)向外沖擊。高速氣流遇到被沉淀物阻塞的部位、閉塞的紋孔、孔隙極小的塞緣等部位時，就會疏通、擊破、擊碎阻礙物，從而使木材的滲透性能提高。所述的木材微波預(yù)處理和爆破預(yù)處理方法，都能達到相應(yīng)的效果，但是微波預(yù)處理方法需要消耗大量能源，爆破預(yù)處理方法需要特殊的耐壓設(shè)備，造成預(yù)處理過程的成本上升，在實際生產(chǎn)中難以推廣，市場期待著方法簡單、操作方便、較低成本的木材干燥預(yù)處理技術(shù)的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法，本方法能提升木材水分的流動量和速度，縮短木材干燥的時間，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能節(jié)約能源，降低預(yù)處理過程的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟( I)選取木材板材選取在設(shè)計尺寸范圍內(nèi)的待干燥處理的木材板材，板材的最大含水率可至被水飽和狀態(tài)；(2)調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)備是一組或依次排列的多組輥壓機，每組輥壓機由上下壓輥構(gòu)成，上下壓輥轉(zhuǎn)動方向相反，按設(shè)定的工藝參數(shù)調(diào)整每組輥壓機上下壓輥之間的距離和壓輥轉(zhuǎn)速，設(shè)定間距小于木材板材的厚度，使壓輥對木材板材具有一定的壓縮量；(3)木材板材預(yù)處理啟動輥壓機，將木材板材平置于上下兩個壓輥之間，依靠壓輥表面的摩擦力或外力作用，使板材由輥壓機的輸入端經(jīng)過一組輥壓或多組連續(xù)輥壓到達輸出端，輥壓次數(shù)是一次或反復(fù)多次；
(4)干燥處理對經(jīng)過輥壓預(yù)處理后的木材板材進行干燥處理，干燥方式包括大氣自然干燥、常規(guī)蒸汽干燥、微波干燥或高頻干燥?，F(xiàn)代木材干燥理論的研究成果認(rèn)為，木材干燥是木材內(nèi)水分的排出過程，水分排出的前提是水分的移動，根據(jù)對木材超微觀構(gòu)造特征和木材分子細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu)分析，水分的移動主要是通過細(xì)胞壁上的紋孔來實現(xiàn)的，水分以氣態(tài)和液態(tài)相交替的方式通過紋孔由一個細(xì)胞腔到達與之相鄰的其他細(xì)胞的細(xì)胞腔，最終到達木材的表面。木材細(xì)胞壁上的紋孔是指木材細(xì)胞壁加厚產(chǎn)生次生壁時，初生壁上未被增厚的部分，既次生壁上的凹陷。在活立木中，紋孔是相鄰細(xì)胞間的水分和養(yǎng)分的通道。紋孔一般由紋孔環(huán)、紋孔腔、紋孔口、紋孔膜、紋孔室和紋孔道等部分組成；水分就是通過紋孔膜從一個細(xì)胞腔到達與之相鄰的細(xì)胞腔，可見，紋孔膜是水分移動的關(guān)鍵部位；根據(jù)木材超微構(gòu)造理論，紋孔膜由紋孔塞以及周圍的塞緣組成，在塞緣上有許多間隙，尺寸在O. I—I μ m之間，小于這個尺寸的分子可以通過塞緣而滲透；水分是可以通過的，但流量和流速要受到塞緣致密結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重制約。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是通過特制設(shè)備中的壓輥對木材板材施行橫向壓縮，使得木材內(nèi)水分移動的主要部位紋孔膜因外力作用，發(fā)生微觀形態(tài)的破裂，水分由木材深層細(xì)胞向表層細(xì)胞移動路徑的數(shù)量增多、微孔尺寸增大，水分的流動量和速度得到提升，木材干燥的時間明顯縮短。木材是一種由空腔細(xì)胞構(gòu)成的天然的高分子復(fù)合材料，絕大部分密度在O. 40g/cm3至O. 75 g/cm3之間，具有黏彈性(彈性和黏性)特征；木材內(nèi)的細(xì)胞絕大部分呈長條形、中空、纖維狀，長寬比大，細(xì)胞的排列接近平行于樹干高度方向。在常溫常壓條件下，木材分子受到垂直于纖維方向的機械壓力，木材細(xì)胞被橫向壓扁，細(xì)胞腔變小或消失，對于單體細(xì)胞而言，基于紋孔膜特殊的形狀(近似于圓形或橢圓形)和細(xì)胞壁上最薄部位的超微觀構(gòu)造特征，使其成為細(xì)胞壁上力學(xué)強度最小的區(qū)域；在一定的壓縮率下，細(xì)胞壁的一側(cè)被壓向?qū)γ?，形變和?yīng)力在紋孔膜處聚集，形成應(yīng)力集中，當(dāng)外力作用大于紋孔膜微纖絲間的內(nèi)應(yīng)力時，紋孔膜出現(xiàn)微觀破裂；在木材離開壓輥后，細(xì)胞因彈性又回復(fù)至原來的形狀，但紋孔膜處形成的微觀物理形變被保存下來。木材內(nèi)除一部分細(xì)胞壁物質(zhì)外，其余部分是被水分(水蒸氣)、空氣、無機物質(zhì)和內(nèi)含物占據(jù)的細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙，而木材內(nèi)的水分又分為自由水和吸著水，木材輥壓壓縮預(yù)處理的時間很短，瞬間即完成，宏觀上木材的橫向尺寸變小，微觀則是木材內(nèi)的細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙被壓扁，其中的一部分自由水和空氣被擠出木材；預(yù)處理完成，外力消除時，被壓扁的細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙要回復(fù)到原來的形狀和尺寸(近似于完全的彈性回復(fù))，木材內(nèi)的空隙出現(xiàn)負(fù)壓，外界的空氣又會借機進入木材內(nèi)；預(yù)處理時水分的流出、空氣的流出和流入，在木材干燥時，客觀上對自由水和吸著水移出木材起到了促進作用。在壓縮木材過程中，木材細(xì)胞壁上的紋孔膜(水分出入木材的主要通道)可能受到破壞，細(xì)胞壁的個別部位可能出現(xiàn)裂隙，這些微觀構(gòu)造變異都將顯著地改善木材內(nèi)水分的流動性。上述對本發(fā)明原理的說明，與其他的木材干燥預(yù)處理方法迥然有別。本發(fā)明對使用設(shè)備的說明一對上下配置有足夠力學(xué)強度的鋼質(zhì)壓輥，壓輥直徑為全尺寸，輥面為平面，需做耐酸耐堿等防護處理；一為主動輥，另一為從動輥，或皆為主動輥，但轉(zhuǎn)向相反；兩輥間距可調(diào)整，輥間距需小于木板厚度，對板材造成一定的壓力，靠摩擦力或外力作用使木材板材由輥間通過。壓輥長度大于木板寬度，輥間距的大小可根據(jù)待處理板材的厚度和壓縮量來確定。根據(jù)需要亦可設(shè)置多對壓輥，均在專利保護之列。本發(fā)明具有如下特點①輥壓預(yù)處理時間極短，瞬時完成，效率高，可連續(xù)化生產(chǎn)；②對待預(yù)處理木材的含水率范圍無選擇性，適用于寬范圍含水率條件；③根據(jù)木材細(xì)胞壁超微觀結(jié)構(gòu)特征和水分移動機理，科學(xué)地采用機械壓輥對木材板材實行橫向壓縮，木材細(xì)胞瞬時被壓扁，因應(yīng)力集中，胞壁上的紋孔膜破裂，木材對水分的浸透性和透入度大為改善，木材干燥運行時間顯著縮短；④木材干燥的輥壓預(yù)處理可使用一組壓輥一次或多次完成，也可使用多組壓輥一次性完成，每一次輥壓的壓縮率可相同，也可不同；壓輥的直徑和轉(zhuǎn)速都可根據(jù)需要隨時變更，輥壓工藝的調(diào)整方便、快捷；⑤作業(yè)環(huán)境安全，在常壓下即可進行，省掉昂貴的耐壓處理設(shè)備，能源消耗明顯減少，成本顯著降低。⑥在工序上，該發(fā)明方法可將輥壓機與原木制材設(shè)備連接，經(jīng)過制材后的板材可立即進行輥壓預(yù)處理，不再需要額外的工段，在工藝和設(shè)備安排上極為方便；⑦該輥壓預(yù)處理方法的理論基礎(chǔ)是破壞木材細(xì)胞壁上的紋孔膜，因紋孔膜的破壞致木材內(nèi)水分移動的速度和流量會顯著改善這一事實 在以往的研究(微波法、爆破法)中已得到證實。對于尺寸2000 (長)XlOO (寬)X 30 (厚)mm的柞木板材，含水率由70%左右干燥到8% —10%，在常規(guī)蒸汽介質(zhì)干燥窯中，需要21 — 22天；經(jīng)過不同工藝的輥壓預(yù)處理后，18—19天即可達到終了含水率，干燥時間縮短2天以上，生產(chǎn)上可節(jié)省5% —10%的時間。按照目前的材料、能源價格核算成本，干燥Im3柞木板材I天的能源消耗、設(shè)備折舊等費用為10元左右，一個100 m3的干燥窯，一個干燥周期可節(jié)省2000元以上，經(jīng)濟效益顯著。本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能縮短干燥環(huán)節(jié)的運行時間，與微波預(yù)處理方法相比能節(jié)約能源，與爆破預(yù)處理方法相比能降低設(shè)備成本，從而降低生產(chǎn)成本。


圖I是木材干燥輥壓預(yù)處理原理示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明是在木材干燥工序前實施的預(yù)先處理方法，該方法使用的加工設(shè)備根據(jù)發(fā)明人提出的技術(shù)指標(biāo)和要求，委托制造。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)操作方便、安全，可對寬范圍含水率的實木板材直接進行預(yù)加工。本發(fā)明采用如下步驟完成，(I)選取木材板材本發(fā)明中使用的材料為實體木材的板材，樹種類別不限，板材外形尺寸選取在設(shè)計尺寸范圍內(nèi)的，板材寬度尺寸需大于厚度尺寸，含水率以木材纖維飽和點以上為宜。(2)調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)備是一組或依次排列的多組輥壓機，每組輥壓機由上下壓輥構(gòu)成，圖I中，I是上輥，2是下輥，3是木材板材，上下壓輥轉(zhuǎn)動方向相反，按設(shè)定的工藝參數(shù)調(diào)整每組輥壓機上下壓輥之間的距離和壓輥轉(zhuǎn)速，工藝參數(shù)是根據(jù)板材的厚度、樹種類別等因素設(shè)定，設(shè)定間距小于木材板材的厚度，使壓輥對木材板材具有設(shè)計的壓縮量；(3)木材板材預(yù)處理啟動輥壓機，將木材板材平置于上下兩個壓輥之間，依靠壓輥表面的摩擦力或外力作用，使板材由輥壓機的輸入端經(jīng)過一組輥壓或多組連續(xù)輥壓到達輸出端；對于同一塊木材板材，既可以使用多組壓輥連續(xù)輥壓，也可使用一組壓輥一次或多次輥壓；對于連續(xù)輥壓和多次輥壓，下一組輥壓預(yù)處理，與上一組輥壓時相比，壓輥的間距可以相同，也可不同。(4)干燥處理對經(jīng)過輥壓預(yù)處理后的木材板材進行干燥處理，方式包括大氣自然干燥、常規(guī)蒸汽干燥、微波干燥或高頻干燥形式。以下是柞木板材輥壓預(yù)處理及木材干燥的實例本實例考察在木材干燥的不同階段，輥壓預(yù)處理木材的含水率下降速度與素材(未經(jīng)過輥壓預(yù)處理板材)比較，來說明輥壓預(yù)處理對縮短木材干燥時間的效果。材料昨木(Quercus mongoIica Fisch.)板材,來源于同一株原木,材性相近,無缺陷，含水率為60% 80%，制作成標(biāo)準(zhǔn)的徑切板和弦切板，900 (長)X 100 (寬)X30 (厚)mm。設(shè)備輥壓機，上下壓輥皆為主動輥，轉(zhuǎn)動速度30r/min，輥長350mm，壓輥直徑500mmo輥壓預(yù)處理工藝對徑切板進行弦向壓縮，對弦切板進行徑向壓縮，壓縮率為10%、20%和30%，不同壓縮率下的壓縮次數(shù)分別為1、4和9次。木材干燥基準(zhǔn)
權(quán)利要求
1.一種縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 (1)選取木材板材選取在設(shè)計尺寸范圍內(nèi)的待干燥處理的木材板材，板材的最大含水率可至被水飽和狀態(tài)； (2)調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)備是一組或依次排列的多組輥壓機，每組輥壓機由上下壓輥構(gòu)成，上下壓輥轉(zhuǎn)動方向相反，按設(shè)定的工藝參數(shù)調(diào)整每組輥壓機上下壓輥之間的距離和壓輥轉(zhuǎn)速，設(shè)定間距小于木材板材的厚度，使壓輥對木材板材具有一定的壓縮量； (3)木材板材預(yù)處理啟動輥壓機，將木材板材平置于上下兩個壓輥之間，依靠壓輥表面的摩擦力或外力作用，使板材由輥壓機的輸入端經(jīng)過一組輥壓或多組連續(xù)輥壓到達輸出端，輥壓次數(shù)是一次或反復(fù)多次； (4)干燥處理對經(jīng)過輥壓預(yù)處理后的木材板材進行干燥處理，方式包括大氣自然干燥、常規(guī)蒸汽干燥、微波干燥或高頻干燥。
全文摘要
一種縮短木材干燥時間的預(yù)處理方法，該方法包括如下步驟1、選取待干燥處理的木材板材；2、調(diào)整設(shè)備設(shè)備是一組或依次排列的多組輥壓機，按設(shè)定工藝參數(shù)調(diào)整每組輥壓機上下壓輥之間的距離和壓輥速度，使壓輥對木材板材具有設(shè)定的壓縮量；3、木材板材預(yù)處理啟動輥壓機，將木材板材平置于上下兩個壓輥之間，依靠壓輥表面的摩擦力或外力作用，使板材由輥壓機的輸入端經(jīng)過一組輥壓或多組連續(xù)輥壓到達輸出端；輥壓次數(shù)是一次或反復(fù)多次；4、經(jīng)輥壓后的木材板材進行干燥處理。本發(fā)明用于木材干燥前的預(yù)處理，對含有一定水分的實體木材板材能縮短木材干燥的時間，節(jié)約能源，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，使用安全，能降低生產(chǎn)成本。
文檔編號B27K5/00GK102873730SQ20121037031
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者孫耀星, 杜洪雙, 元正龍, 龐久寅, 張孝濤 申請人:北華大學(xué)