一种木材碳化方法与流程

本发明属于木材处理技术领域，特别涉及一种木材碳化方法。

背景技术：

碳化木是在高温条件下对木材进行同质碳化处理，使木材拥有防腐及抗生物侵袭的作用，其含水率低、不易吸水、材质稳定、不变形、完全脱脂不溢脂、隔热性能好、施工简单、涂刷方便、无特殊气味，是理想的建筑材料。

当前对木板进行碳化处理时，由于木板表面加热不均匀，使得木板容易碳化处理不完全，导致碳化木在使用过程中受到微生物的侵袭，其耐腐蚀性能下降。

技术实现要素：

本发明意在提供一种木材碳化方法，以解决现有技术对木板进行碳化处理时，因对木板表面加热不均而导致的木材碳化不完全的问题。

本方案中的一种木材碳化方法，具体为采用碳化设备在无氧环境下对木板进行碳化处理，其中，碳化设备包括碳化箱、油液输送装置、导热装置、推送装置和蒸汽供给装置；碳化箱内设有感应式木材水分测定仪；

所述油液输送装置包括油液加热器、高温油泵、出油管和进油管；出油管通过所述高温油泵连通油液加热器，出油管连通有多根分油管；所述进油管连通所述油液加热器，进油管连通有多根集油管；

所述导热装置包括油位调节盒和多块内部中空的导热板，多块导热板自上而下依次竖直滑动连接在所述碳化箱内；导热板的上表面和下表面均固定连接有所述导热板的相对两侧分别设有进油口和出油口；所述油位调节盒有多个，油位调节盒内设有将其分隔成两部分的隔板，隔板的顶部与油位调节盒的顶壁之间留有间隙，油位调节盒连通所述分油管和导热板，导热板和分油管位于隔板的两侧，导热板与油位调节盒的连通处大小与进油口保持一致；所述集油管连通导热板的出油口，集油管和所述分油管均为柔性管；

所述推送装置包括推板和安装在碳化箱顶部的气缸，气缸的伸缩杆固定连接推板，推板位于碳化箱内且位于所述导热板的正上方；

所述蒸汽供给装置包括蒸汽发生器和连通蒸汽发生器的导气管，导气管的另一端连通所述碳化箱；

碳化设备在无氧环境下对木板进行碳化处理的过程包括以下步骤：

步骤一、木板放置：将木板放置到相邻的导热板之间；

步骤二、制备干燥木：启动油液加热器将油液加热至110℃～120℃，启动高温油泵实现油液在出油管、分油管、油位调节盒、调节板、集油管和进油管内的循环流动；110℃～120℃的油液加热木板至其含水率为4％～5％，得到干燥木；

步骤三、制备碳化木：启动蒸汽发生器，确保所述碳化箱内的蒸汽饱和，蒸汽温度为200℃～210℃；然后通过油液加热器将油液加热至200℃～210℃，200℃～210℃的油液对干燥木进行碳化处理2.5h～3h得到碳化木。

本方案的工作原理及其有益效果：油液对木板进行干燥的过程中，由于油液先经过油位调节盒，经过油位调节盒的油液被隔板阻挡，使得油液只能先填满隔板和分油管之间的空间，然后从隔板与油位调节盒的顶壁之间的间隙均匀流出，再从油位调节盒进入到导热板的内实现对导热板的加热；由于导热板与油位调节盒的连通处大小与进油口保持一致进一步，从而确保了进入到导热板内的油液流动均衡，避免导热板某处受热多而其他地方受热少的情况发生；油液均衡的进入到导热板内，使得导热板受热均衡，由于木板是固定在两块导热板之间的，从而确保了木板的上下方受热均衡。另外，先采用110℃～120℃的油液加热木板至其含水率为4％～5％，使得木板内的水分均匀逸出；而保留木板4％～5％的含水率，在使用200℃～210℃的油液对干燥木加热的过程中，使得木板的表面迅速碳化，而内部水分相对逸出较慢，避免了制得的碳化木过脆。

进一步，所述进油口连通导热板的内底部，出油口连通导热板的内顶部。确保温度较低的油液更快的流出。

进一步，所述碳化箱的内壁设有隔热层。通过隔热层的设置，减少碳化箱内的热量外流，节约能源。

进一步，所述导热板的上表面和下表面均设有金属橡胶层。由于金属橡胶多孔且具有弹性；通过金属橡胶层接触木板有助于减少对木板的刚性挤压；另外，由于金属橡胶多孔，在对木板进行干燥得到干燥木的过程中，有利于水分更快速的逸出；对干燥木进行碳化处理的过程中，蒸汽可以更好的与干燥木的表面接触，进而确保干燥木具有一定的湿度，有助于降低得到的碳化木的脆性。

进一步，所述金属橡胶层和导热板之间固定连接有储油板，储油板面向所述导热板的一面设有储油槽，储油槽内设有活塞板，储油板的侧壁上设有进油孔，进油孔可拆卸连接有堵塞；储油板面向所述金属橡胶层的一面均布有连通储油槽的导向孔，导向孔内连接有与其配合使用的导向杆；导向杆的一端与所述活塞板固定连接，导向杆的另一端插入金属橡胶层，导向杆远离活塞板的一端与金属橡胶层固定连接，导向杆内设有导油孔且导油孔连通储油槽，导油孔内设有液压阀；

使用时，向储油槽内放置木蜡油，木蜡油的放置量1l/15m²～1l/10m²，其中l表示木蜡油的体积，m²表示木板上表面或下表面的面积；步骤一放置木板时，将木板放置到相对的金属橡胶层之间；步骤二制得干燥木后，通过气缸推动推板将导热板、金属橡胶层以及金属橡胶层间的木板挤压到一起，确保木板的上下表面均与金属橡胶层接触；然后通过油液加热器将油液温度降至60℃～80℃；60℃～80℃的油液对干燥木加热30min～40min得到浸油木；然后再通过所述步骤三对浸油木进行碳化处理得到碳化木。

通过储油槽的设置，当推板挤压金属橡胶层和导热板时，金属橡胶层受压向储油板移动时，带动导向杆及活塞板向储油槽靠近导热板的一侧移动，从而将木蜡油挤压到导向杆的导油孔内，在压力作用下，木蜡油从导油孔流出与干燥木接触，进而融入到干燥木的表面。干燥木在60℃～80℃的温度下加热30min～40min，使得木蜡油进入到干燥木的表层内得到浸油木。浸油木在200℃～210℃的温度下碳化处理2.5h～3h，使得浸油木表层碳化的同时，木蜡油也更充分的融入到木板中，另外，木蜡油有助于放置木板内部水分进一步逸出，从而确保木板内部的韧性；并且在木蜡油的作用下，碳化木表面的耐磨性得到进一步提高。

进一步，所述碳化设备还包括控制器，控制器用于控制气缸、蒸汽发生器、高温油泵和油液加热器的通断电，用于控制气缸的伸缩量，用于控制高温油泵、蒸汽发生器和油液加热器的功率，用于接收感应式木材水分测定仪发送的信息。通过控制器的设置，可以通过控制器实现对气缸、蒸汽发生器、高温油泵和油液加热器自动化控制。

进一步，所述控制器为单片机或plc控制器。为单片机和plc控制器技术成熟，性能可靠。

附图说明

图1为本发明实施例1一种木材碳化方法中碳化设备的主视剖视图；

图2为图1的后视图；

图3为本发明实施例2一种木材碳化方法中碳化设备的主视剖视图；

图4为图3的a处放大图；

图5为本发明实施例3中一种木材碳化方法中碳化设备的后视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：碳化箱1、隔热层2、出油管3、连接板4、轨道5、分油管6、油位调节盒7、滑块8、金属橡胶层9、隔板10、导流板11、气缸12、推板13、碳化室14、导热板15、导热腔16、推杆17、集油管18、进油管19、高温油泵20、油液加热器21、蒸汽发生器22、导气管23、活塞板24、储油板25、储油槽26、导向杆27、控制器28。

实施例1基本如附图1～2所示：一种碳化设备，包括碳化箱1、油液输送装置、导热装置、推送装置和蒸汽供给装置；碳化箱1内的空腔为碳化室14，碳化室14内设有感应式木材水分测定仪；碳化室14的相对两侧壁上均一体成型有两块竖直的连接板4，连接板4上设有轨道5，轨道5沿连接板4的长度方向设置；碳化箱1的内壁(即碳化室14的侧壁)设有隔热层2；

油液输送装置包括油液加热器21、高温油泵20、出油管3和进油管19；出油管3通过高温油泵20连通油液加热器21，即高温油泵20的进油端连通油液加热器21，高温油泵20的出油端连通出油管3；出油管3连通有三根分油管6；进油管19连通油液加热器21，进油管19连通有三根集油管18；集油管18和分油管6均位于碳化室14内；集油管18和分油管6均为柔性管，且在碳化室14内留有余量；

导热装置包括油位调节盒7和三块内部中空的导热板15，导热板15的中空部位为导热腔16，导热腔16与木板形状相似，且导热腔16的长和宽不小于木板的长和宽大，以此确保木板受热均衡；三块导热板15自上而下依次设置，最顶部和最底部的导热板15的相对面、以及位于中间的导热板15的上下两个面均固定连接有金属橡胶层9；导热板15的外壁上设有滑块8，滑块8滑动连接在轨道5上；导热板15的上表面和下表面均固定连接有导热板15的相对两侧分别设有进油口和出油口，进油口和出油口均位于导热板15的长度方向上，进油口连通导热板15的内底部，出油口连通导热板15的内顶部；油位调节盒7有三个，油位调节盒7内设有将其分隔成两部分的隔板10，隔板10的顶部与油位调节盒7的顶壁之间留有间隙，油位调节盒7连通分油管6油位调节盒7还连通有导流板11，导流板11和分油管6位于隔板10的两侧，导流板11连通导热板15，导流板11与油位调节盒7的连通处大小与进油口保持一致；集油管18连通导热板15的出油口；

推送装置包括推板13和安装在碳化箱1顶部的气缸12，气缸12的伸缩杆固定连接有推杆17，推杆17固定连接推板13，推板13位于碳化箱1内且位于导热板15的正上方；

蒸汽供给装置包括蒸汽发生器22和连通蒸汽发生器22的导气管23，导气管23的另一端连通碳化室14。

实施例2中的碳化设备基本如附图3～4所示，其与实施例1的区别仅在于：金属橡胶层9和导热板15之间固定连接有储油板25，储油板25面向导热板15的一面设有储油槽26，储油槽26内设有活塞板24，储油板25的侧壁上设有进油孔，进油孔可拆卸连接有堵塞；储油板25面向金属橡胶层9的一面均布有连通储油槽26的导向孔，导向孔内连接有与其配合使用的导向杆27；导向杆27的一端与活塞板24固定连接，导向杆27的另一端插入金属橡胶层9，导向杆27远离堵头的一端与金属橡胶层9固定连接，导向杆27内设有导油孔且导油孔连通储油槽26，导油孔内设有液压阀；

实施例3中的碳化设备基本如附图5所示，其与实施例2的区别仅在于：碳化设备还包括控制器28，控制器28与气缸12、感应式木材水分测定仪、蒸汽发生器22、高温油泵20和油液加热器21电连接；控制器28用于控制气缸12、蒸汽发生器22、高温油泵20和油液加热器21的通断电，用于控制气缸12的伸缩量，用于控制高温油泵20、蒸汽发生器22和油液加热器21的功率，用于接收感应式木材水分测定仪发送的信息，用于接收感应式木材水分测定仪发送的木板含水率信息；控制器28选用西门子s7-400plc控制器。

实施例4与实施例1的区别仅在于：碳化设备还包括控制器28，控制器28与气缸12、蒸汽发生器22、高温油泵20和油液加热器21电连接；控制器28用于控制气缸12、蒸汽发生器22、高温油泵20和油液加热器21的通断电，用于控制气缸12的伸缩量，用于控制高温油泵20、蒸汽发生器22和油液加热器21的功率，用于接收感应式木材水分测定仪发送的信息；控制器28选用西门子s7-400plc控制器。

实施例5与实施例4的区别仅在于：导热板15上没有连接金属橡胶层9。

本申请中，为了便于放置或拿取木板，可以在相对金属橡胶层9之间设有弹簧，通过弹簧的设置，便于支撑金属橡胶层9及其导热板15，进而便于放置或拿取木板。

实施例6，使用实施例3中的碳化设备对木板进行碳化处理的方法，包括以下步骤：

步骤一、参数设置：通过控制器28设置木板的碳化处理参数；

步骤二、木蜡油添加：通过进油孔将木蜡油向储油槽26内放置木蜡油，然后使用堵塞封堵进油孔；

步骤三、木板放置：将松木板放置到相邻两块导热板15上相对的金属橡胶层9之间；确保碳化室14处于无氧状态；

步骤四、制备干燥木：控制器28控制油液加热器21将油液加热至120℃，控制器28控制高温油泵20启动实现油液在出油管3、分油管6、油位调节盒7、调节板、集油管18和进油管19内的循环流动；控制器28就收感应式木材水分测定仪发送的木材含水率信息，直到120℃的油液加热木材至其含水率为5％，得到干燥木；

步骤五、制备浸油木：步骤四制得干燥木后，控制器28控制气缸12启动，气缸12的伸缩杆带动推杆17推动推板13将导热板15、金属橡胶层9以及金属橡胶层9间的松木板挤压到一起，确保松木板的上下表面均与金属橡胶层9接触；与此同时，控制器28控制油液加热器21将油液温度降至80℃；80℃的油液对干燥木加热30min得到浸油木；

步骤六、制备碳化木：得到浸油木后，控制器28启动蒸汽发生器22，确保碳化室14内的蒸汽饱和，蒸汽温度为210℃；然后控制器28控制油液加热器21将油液加热至210℃，210℃的油液对干燥木进行碳化处理2.5h得到碳化木。

步骤二中，木蜡油的放置量1l/10m2，其中l表示木蜡油的体积，m2表示松木板面向储油板25一面的面积。

实施例7与实施例6的不同之处仅在于，木板进行碳化处理过程中的参数不一致，具体为：

步骤一的参数设置设置有所不同；

步骤四制备干燥木时：控制器28控制油液加热器21将油液加热至110℃，110℃的油液加热木材至其含水率为4％，得到干燥木；

步骤五制备浸油木时：控制器28控制油液加热器21将油液温度降至60℃；60℃的油液对干燥木加热40min得到浸油木；

步骤六制备碳化木时：蒸汽温度为200℃；然后控制器28控制油液加热器21将油液加热至200℃，200℃的油液对干燥木进行碳化处理3h得到碳化木。

步骤二中，木蜡油的放置量1l/15m2，其中l表示木蜡油的体积，m2表示松木板面向储油板25一面的面积。

实施例8与实施例6的不同之处仅在于，木板进行碳化处理过程中的参数不一致，具体为：

步骤一的参数设置设置有所不同；

步骤四制备干燥木时：控制器28控制油液加热器21将油液加热至115℃，115℃的油液加热木材至其含水率为4.5％，得到干燥木；

步骤五制备浸油木时：控制器28控制油液加热器21将油液温度降至70℃；70℃的油液对干燥木加热35min得到浸油木；

步骤六制备碳化木时：蒸汽温度为205℃；然后控制器28控制油液加热器21将油液加热至205℃，205℃的油液对干燥木进行碳化处理2.8h得到碳化木。

步骤二中，木蜡油的放置量1l/12m2，其中l表示木蜡油的体积，m2表示松木板面向储油板25一面的面积。

实施例9与实施例6相比，木板进行碳化处理的方法一致，但是实施例9中的碳化设备与实施例3中的碳化设备相比，缺少油位调节盒7。

实施例10与实施例6相比，木板进行碳化处理的方法缺少步骤五。

实施例11与实施例6相比，木板进行碳化处理的方法缺少步骤五，并且实施例10中的碳化设备与实施例3中的碳化设备相比，缺少油位调节盒7。

根据gb/t13942.1对碳化木的耐腐蚀性进行测定；结果显著：实施例6～8得到的碳化木的耐腐蚀性均达到ii级接近i级，实施例9～10得到的碳化木的耐腐蚀性均达到ii级，实施例11得到的碳化木的耐腐蚀性均达到iii级。

通过gb/t1931对碳化木的含水率进行测定；实施例6～9得到的碳化木含水率为4.9％～5％；实施例10～11得到的碳化木含水率为7％；

通过gb/t1932对碳化木的干缩率进行测定；实施例6～8得到的碳化木体积干缩率为4.6％；实施例9得到的碳化木体积干缩率为6.2％；实施例10得到的碳化木体积干缩率为6.5％；实施例11得到的碳化木体积干缩率为6.9％。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。