专利名称：一种缩短木材干燥时间的预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种缩短木材干燥时间的预处理方法，属于木材工业中实体木材加工技术领域。
背景技术：
树木生长期间，木材内部保存有一定数量的水分，在木材加工中需要通过干燥过程将含水率降到所要求的范围。木材干燥是木材工业中的核心技术，是实体木材制品制作过程中关键的生产环节；常规木材干燥耗时长，少则几天、十几天，多则几十天，消耗大量能源，要占加工环节总能耗的50%-70%。在保证干燥质量的前提下，为缩短干燥时间而进行的研究工作显得十分必要而急迫。为缩短木材干燥的运行时间，国内外的研究成果集中在微波预处理和爆破预处理两个方面。使用微波技术对干燥前木材进行预处理，提高木材对水分的疏导能力，达到缩短 干燥时间的目的，长期以来都是国内外研究的热点问题，形成了很多研究成果。爆破技术也广泛地应用在木材干燥预处理的研究中。理论认为，在保持微爆破后木材外形和力学性能不受影响的条件下，当木材内部存在高压气体，外部环境压力瞬间恢复常压时，木材内外形成压差，木材内部的高压气体就形成高速气流，由内向外冲击。高速气流遇到被沉淀物阻塞的部位、闭塞的纹孔、孔隙极小的塞缘等部位时，就会疏通、击破、击碎阻碍物，从而使木材的渗透性能提高。所述的木材微波预处理和爆破预处理方法，都能达到相应的效果，但是微波预处理方法需要消耗大量能源，爆破预处理方法需要特殊的耐压设备，造成预处理过程的成本上升，在实际生产中难以推广，市场期待着方法简单、操作方便、较低成本的木材干燥预处理技术的出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的缩短木材干燥时间的预处理方法，本方法能提升木材水分的流动量和速度，缩短木材干燥的时间，且设备结构简单、操作方便，能节约能源，降低预处理过程的生产成本。本发明的技术方案是一种缩短木材干燥时间的预处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤( I)选取木材板材选取在设计尺寸范围内的待干燥处理的木材板材，板材的最大含水率可至被水饱和状态；(2)调整设备工艺参数设备是一组或依次排列的多组辊压机，每组辊压机由上下压辊构成，上下压辊转动方向相反，按设定的工艺参数调整每组辊压机上下压辊之间的距离和压辊转速，设定间距小于木材板材的厚度，使压辊对木材板材具有一定的压缩量；(3)木材板材预处理启动辊压机，将木材板材平置于上下两个压辊之间，依靠压辊表面的摩擦力或外力作用，使板材由辊压机的输入端经过一组辊压或多组连续辊压到达输出端，辊压次数是一次或反复多次；
(4)干燥处理对经过辊压预处理后的木材板材进行干燥处理，干燥方式包括大气自然干燥、常规蒸汽干燥、微波干燥或高频干燥。现代木材干燥理论的研究成果认为，木材干燥是木材内水分的排出过程，水分排出的前提是水分的移动，根据对木材超微观构造特征和木材分子细胞壁的壁层结构分析，水分的移动主要是通过细胞壁上的纹孔来实现的，水分以气态和液态相交替的方式通过纹孔由一个细胞腔到达与之相邻的其他细胞的细胞腔，最终到达木材的表面。木材细胞壁上的纹孔是指木材细胞壁加厚产生次生壁时，初生壁上未被增厚的部分，既次生壁上的凹陷。在活立木中，纹孔是相邻细胞间的水分和养分的通道。纹孔一般由纹孔环、纹孔腔、纹孔口、纹孔膜、纹孔室和纹孔道等部分组成；水分就是通过纹孔膜从一个细胞腔到达与之相邻的细胞腔，可见，纹孔膜是水分移动的关键部位；根据木材超微构造理论，纹孔膜由纹孔塞以及周围的塞缘组成，在塞缘上有许多间隙，尺寸在O. I—I μ m之间，小于这个尺寸的分子可以通过塞缘而渗透；水分是可以通过的，但流量和流速要受到塞缘致密结构的严重制约。
本发明的核心内容是通过特制设备中的压辊对木材板材施行横向压缩，使得木材内水分移动的主要部位纹孔膜因外力作用，发生微观形态的破裂，水分由木材深层细胞向表层细胞移动路径的数量增多、微孔尺寸增大，水分的流动量和速度得到提升，木材干燥的时间明显缩短。木材是一种由空腔细胞构成的天然的高分子复合材料，绝大部分密度在O. 40g/cm3至O. 75 g/cm3之间，具有黏弹性(弹性和黏性)特征；木材内的细胞绝大部分呈长条形、中空、纤维状，长宽比大，细胞的排列接近平行于树干高度方向。在常温常压条件下，木材分子受到垂直于纤维方向的机械压力，木材细胞被横向压扁，细胞腔变小或消失，对于单体细胞而言，基于纹孔膜特殊的形状(近似于圆形或椭圆形)和细胞壁上最薄部位的超微观构造特征，使其成为细胞壁上力学强度最小的区域；在一定的压缩率下，细胞壁的一侧被压向对面，形变和应力在纹孔膜处聚集，形成应力集中，当外力作用大于纹孔膜微纤丝间的内应力时，纹孔膜出现微观破裂；在木材离开压辊后，细胞因弹性又回复至原来的形状，但纹孔膜处形成的微观物理形变被保存下来。木材内除一部分细胞壁物质外，其余部分是被水分(水蒸气)、空气、无机物质和内含物占据的细胞腔和细胞间隙，而木材内的水分又分为自由水和吸着水，木材辊压压缩预处理的时间很短，瞬间即完成，宏观上木材的横向尺寸变小，微观则是木材内的细胞腔和细胞间隙被压扁，其中的一部分自由水和空气被挤出木材；预处理完成，外力消除时，被压扁的细胞腔和细胞间隙要回复到原来的形状和尺寸(近似于完全的弹性回复)，木材内的空隙出现负压，外界的空气又会借机进入木材内；预处理时水分的流出、空气的流出和流入，在木材干燥时，客观上对自由水和吸着水移出木材起到了促进作用。在压缩木材过程中，木材细胞壁上的纹孔膜(水分出入木材的主要通道)可能受到破坏，细胞壁的个别部位可能出现裂隙，这些微观构造变异都将显著地改善木材内水分的流动性。上述对本发明原理的说明，与其他的木材干燥预处理方法迥然有别。本发明对使用设备的说明一对上下配置有足够力学强度的钢质压辊，压辊直径为全尺寸，辊面为平面，需做耐酸耐碱等防护处理；一为主动辊，另一为从动辊，或皆为主动辊，但转向相反；两辊间距可调整，辊间距需小于木板厚度，对板材造成一定的压力，靠摩擦力或外力作用使木材板材由辊间通过。压辊长度大于木板宽度，辊间距的大小可根据待处理板材的厚度和压缩量来确定。根据需要亦可设置多对压辊，均在专利保护之列。本发明具有如下特点①辊压预处理时间极短，瞬时完成，效率高，可连续化生产；②对待预处理木材的含水率范围无选择性，适用于宽范围含水率条件；③根据木材细胞壁超微观结构特征和水分移动机理，科学地采用机械压辊对木材板材实行横向压缩，木材细胞瞬时被压扁，因应力集中，胞壁上的纹孔膜破裂，木材对水分的浸透性和透入度大为改善，木材干燥运行时间显著缩短；④木材干燥的辊压预处理可使用一组压辊一次或多次完成，也可使用多组压辊一次性完成，每一次辊压的压缩率可相同，也可不同；压辊的直径和转速都可根据需要随时变更，辊压工艺的调整方便、快捷；⑤作业环境安全，在常压下即可进行，省掉昂贵的耐压处理设备，能源消耗明显减少，成本显著降低。⑥在工序上，该发明方法可将辊压机与原木制材设备连接，经过制材后的板材可立即进行辊压预处理，不再需要额外的工段，在工艺和设备安排上极为方便；⑦该辊压预处理方法的理论基础是破坏木材细胞壁上的纹孔膜，因纹孔膜的破坏致木材内水分移动的速度和流量会显著改善这一事实 在以往的研究(微波法、爆破法)中已得到证实。对于尺寸2000 (长)XlOO (宽)X 30 (厚)mm的柞木板材，含水率由70%左右干燥到8% —10%，在常规蒸汽介质干燥窑中，需要21 — 22天；经过不同工艺的辊压预处理后，18—19天即可达到终了含水率，干燥时间缩短2天以上，生产上可节省5% —10%的时间。按照目前的材料、能源价格核算成本，干燥Im3柞木板材I天的能源消耗、设备折旧等费用为10元左右，一个100 m3的干燥窑，一个干燥周期可节省2000元以上，经济效益显著。本发明设备结构简单、操作方便，能缩短干燥环节的运行时间，与微波预处理方法相比能节约能源，与爆破预处理方法相比能降低设备成本，从而降低生产成本。
图I是木材干燥辊压预处理原理示意图。
具体实施例方式本发明是在木材干燥工序前实施的预先处理方法，该方法使用的加工设备根据发明人提出的技术指标和要求，委托制造。设备结构简单，生产操作方便、安全，可对宽范围含水率的实木板材直接进行预加工。本发明采用如下步骤完成，(I)选取木材板材本发明中使用的材料为实体木材的板材，树种类别不限，板材外形尺寸选取在设计尺寸范围内的，板材宽度尺寸需大于厚度尺寸，含水率以木材纤维饱和点以上为宜。(2)调整设备工艺参数设备是一组或依次排列的多组辊压机，每组辊压机由上下压辊构成，图I中，I是上辊，2是下辊，3是木材板材，上下压辊转动方向相反，按设定的工艺参数调整每组辊压机上下压辊之间的距离和压辊转速，工艺参数是根据板材的厚度、树种类别等因素设定，设定间距小于木材板材的厚度，使压辊对木材板材具有设计的压缩量；(3)木材板材预处理启动辊压机，将木材板材平置于上下两个压辊之间，依靠压辊表面的摩擦力或外力作用，使板材由辊压机的输入端经过一组辊压或多组连续辊压到达输出端；对于同一块木材板材，既可以使用多组压辊连续辊压，也可使用一组压辊一次或多次辊压；对于连续辊压和多次辊压，下一组辊压预处理，与上一组辊压时相比，压辊的间距可以相同，也可不同。(4)干燥处理对经过辊压预处理后的木材板材进行干燥处理，方式包括大气自然干燥、常规蒸汽干燥、微波干燥或高频干燥形式。以下是柞木板材辊压预处理及木材干燥的实例本实例考察在木材干燥的不同阶段，辊压预处理木材的含水率下降速度与素材(未经过辊压预处理板材)比较，来说明辊压预处理对缩短木材干燥时间的效果。材料昨木(Quercus mongoIica Fisch.)板材,来源于同一株原木,材性相近,无缺陷，含水率为60% 80%，制作成标准的径切板和弦切板，900 (长)X 100 (宽)X30 (厚)mm。设备辊压机，上下压辊皆为主动辊，转动速度30r/min，辊长350mm，压辊直径500mmo辊压预处理工艺对径切板进行弦向压缩，对弦切板进行径向压缩，压缩率为10%、20%和30%，不同压缩率下的压缩次数分别为1、4和9次。木材干燥基准
权利要求
1.一种缩短木材干燥时间的预处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 (1)选取木材板材选取在设计尺寸范围内的待干燥处理的木材板材，板材的最大含水率可至被水饱和状态； (2)调整设备工艺参数设备是一组或依次排列的多组辊压机，每组辊压机由上下压辊构成，上下压辊转动方向相反，按设定的工艺参数调整每组辊压机上下压辊之间的距离和压辊转速，设定间距小于木材板材的厚度，使压辊对木材板材具有一定的压缩量； (3)木材板材预处理启动辊压机，将木材板材平置于上下两个压辊之间，依靠压辊表面的摩擦力或外力作用，使板材由辊压机的输入端经过一组辊压或多组连续辊压到达输出端，辊压次数是一次或反复多次； (4)干燥处理对经过辊压预处理后的木材板材进行干燥处理，方式包括大气自然干燥、常规蒸汽干燥、微波干燥或高频干燥。
全文摘要
一种缩短木材干燥时间的预处理方法，该方法包括如下步骤1、选取待干燥处理的木材板材；2、调整设备设备是一组或依次排列的多组辊压机，按设定工艺参数调整每组辊压机上下压辊之间的距离和压辊速度，使压辊对木材板材具有设定的压缩量；3、木材板材预处理启动辊压机，将木材板材平置于上下两个压辊之间，依靠压辊表面的摩擦力或外力作用，使板材由辊压机的输入端经过一组辊压或多组连续辊压到达输出端；辊压次数是一次或反复多次；4、经辊压后的木材板材进行干燥处理。本发明用于木材干燥前的预处理，对含有一定水分的实体木材板材能缩短木材干燥的时间，节约能源，设备结构简单、操作方便，使用安全，能降低生产成本。
文档编号B27K5/00GK102873730SQ20121037031
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者孙耀星, 杜洪双, 元正龙, 庞久寅, 张孝涛 申请人:北华大学