本发明涉及木材加工技术领域，具体涉及一种木材干燥与低温热处理一体化工艺。
背景技术：
木质材料源自天然，因其纹理自然、色泽优美，深受人们喜爱。由于木材的生物属性及各向异性，木材在外界湿热条件变化时，极易发生干缩湿胀，是一种尺寸不稳定的材料，这种性质对木材的利用产生不利影响。我国天然林资源缺乏，人工林是我国重要的用材来源，但因生长迅速，木材应力大，尺寸不稳定性更为明显，且人工林材色普遍较浅，颜色单一，市场上人工林产品定位囿于中低档产品，产品附加值较低，木材性能亟待改善。
用以改善木材尺寸稳定性的方法主要有高温热处理、乙酰化、表面覆盖处理等。其中，乙酰化工艺复杂且环保处理难度过高，无法普及；表面覆盖仅改变木材表面性能，无法保证整体质量提升和稳定；高温热处理虽然环保性良好，且可有效改善木材尺寸稳定性，但高温热处理所采用的高温(一般为180℃-230℃)不仅造成木材颜色加深，视觉及装饰效果变差，也对木材成分及结构有所破坏，使木材强度下降。同时，因为热处理成本及材色等问题，目前热处理材多作为户外景观用材使用，尚未有针对类似家具及室内装修材料等要求美观、强度及尺寸稳定性兼顾产品合适的处理工艺。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，改善木材的尺寸稳定性，适度提高其耐候性，丰富木材颜色和提高观赏性，避免现行木材碳化工艺造成的强度损失及颜色过深问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的木材置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，每降低0.02-0.03mpa，维持该空气压力状态20-40min；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到45℃-55℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至65-75℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低4％-7％，则将处理室内温度升高4℃-7℃，并维持该温度状态30min以上，直至木材含水率降低至7％-10％时，将处理室内温度升至80℃-140℃；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，使处理室温度降至45℃-50℃。
本发明结合真空干燥和在80℃-140℃低温热处理的工艺，通过合理控制抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段的相关工艺参数，利用干燥过程中的热量和排出的水分进行对木材进行轻度碳化处理，可有效改善木材尺寸稳定性、适度提高耐候性、丰富木材颜色以提高观赏性，避免现行木材碳化工艺造成的强度损失及颜色过深问题。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(1)中，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.08mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(2)中，第一次加热升温到48℃-52℃。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(2)中，每次升温的速度控制为8-9℃/h。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(3)中，每次升温的速度控制为5-6℃/h。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(3)中，木材含水率降低至7％-10％时，将处理室内温度升至90℃-120℃。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(4)中，处理室内降温速度为8-15℃/h。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(4)中，处理室内降温速度为10-12℃/h。
在降温冷却阶段，处理室温度下降不能太快，应通过通风口的通风速度控制处理室内降温速度为8-15℃/h，最佳降温速度为10-12℃/h，避免木材因冷却过快产生开裂、变形。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
作为本发明所述的木材干燥与低温热处理一体化工艺的优选实施方式，所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％。待处理木材应预先自然晾干，使含水率下降到接近木材纤维饱和点(根据树种不同，木材纤维饱和点范围为26％-32％，通常以30％作为各个树种的含水率的平均值)，以缩短处理周期并降低能源消耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明结合真空干燥和低温热处理的工艺，并合理控制抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段的相关工艺参数，利用干燥过程中的热量和排出的水分进行对木材进行轻度碳化处理，可有效改善木材尺寸稳定性、适度提高耐候性、丰富木材颜色以提高观赏性，避免现行木材碳化工艺造成的强度损失及颜色过深问题。
通过本发明的一体化工艺处理后的木材，与未处理木材相比，其尺寸稳定性可提高5％～20％，硬度可提高10％～90％，抗弯强度提高5％～35％，色差变化范围在3nbs～30nbs。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的速生杨木置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.8mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，并维持该空气压力状态20-40min，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到48℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至70℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min，每次升温的速度控制为5℃/h；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低6％，则将处理室内温度升高6℃，并维持该温度状态2h，直至木材含水率降低至8％时，将处理室内温度升至110℃，并维持2h；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，以8℃/h的降温速度，使处理室温度降至50℃。
所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
本实施例中所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％，以缩短处理周期并降低能源消耗。
经测试，本实施例经过此工艺处理后的杨木，与未处理杨木相比，其尺寸稳定性提高15％，抗弯强度提高25％，硬度提高50％，与未处理杨木色差值为10nbs。
实施例2
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的速生桉木置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.8mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，并维持该空气压力状态20-40min，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到52℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至70℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min，每次升温的速度控制为6℃/h；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低4％，则将处理室内温度升高4℃，并维持该温度状态3h，直至木材含水率降低至8％时，将处理室内温度升至120℃，并维持3h；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，以8℃/h的降温速度，使处理室温度降至50℃。
所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
本实施例中所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％，以缩短处理周期并降低能源消耗。
经测试，本实施经过此工艺处理后的桉木，与未处理桉木相比，其尺寸稳定性提高20％，抗弯强度提高30％，硬度提高40％，与未处理桉木色差值为15nbs。
实施例3
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的速生桉木置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.8mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，并维持该空气压力状态20-40min，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到45℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至75℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min，每次升温的速度控制为8℃/h；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低5％，则将处理室内温度升高5℃，并维持该温度状态2h，直至木材含水率降低至7％时，将处理室内温度升至90℃，并维持2h；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，以10℃/h的降温速度，使处理室温度降至45℃。
所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
本实施例中所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％，以缩短处理周期并降低能源消耗。
经测试，本实施经过此工艺处理后的桉木，与未处理桉木相比，其尺寸稳定性提高15％，抗弯强度提高35％，硬度提高90％，与未处理桉木色差值为6nbs。
实施例4
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的速生桉木置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.8mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，并维持该空气压力状态20-40min，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到45℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至65℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min，每次升温的速度控制为8℃/h；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低7％，则将处理室内温度升高7℃，并维持该温度状态2h，直至木材含水率降低至7％时，将处理室内温度升至140℃，并维持2h；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，以12℃/h的降温速度，使处理室温度降至50℃。
所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
本实施例中所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％，以缩短处理周期并降低能源消耗。
经测试，本实施经过此工艺处理后的桉木，与未处理桉木相比，其尺寸稳定性提高5％，抗弯强度提高25％，硬度提高30％，与未处理桉木色差值为18nbs。
实施例5
一种木材干燥与低温热处理一体化工艺，包括抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段，其中，抽真空阶段和加热升温阶段交叉进行，并进行至少三次循环，在低温热处理过程中，使处理室内空气压力保持在0.04mpa以下，直到木材含水率达到10％以下，然后进入降温冷却阶段，具体包括以下步骤：
(1)抽真空：将预先自然晾干的速生桉木置于处理室，启动真空泵，使处理室内空气压力逐步降低，第一次抽真空使处理室的空气压力降至0.06-0.8mpa，随后的抽真空操作中，处理室的空气压力每次降低0.02-0.03mpa，并维持该空气压力状态20-40min，直到处理室的空气压力降至0.03-0.04mpa；
(2)加热升温：对处理室进行加热，第一次加热升温到55℃，随后每次加热使处理室内部温度上升7℃-10℃，直到处理室的温度升至70℃，且每次升温后维持该温度状态30-60min，每次升温的速度控制为9℃/h；
(3)低温热处理：根据处理室内木材的含水率的平均值，控制处理室内的升温速度，木材含水率每降低7％，则将处理室内温度升高7℃，并维持该温度状态2h，直至木材含水率降低至10％时，将处理室内温度升至80℃，并维持2h；
(4)降温冷却：关闭真空系统，打开设备通风口，以15℃/h的降温速度，使处理室温度降至50℃。
所述步骤(2)至步骤(4)中，处理室的内部风扇保持运转，并每隔20-30min转向一次，使处理室内部温度和湿度趋向均匀。
在加热升温阶段和低温热处理阶段，处理室应处于密封状态。
本实施例中所述木材在进行干燥和低温热处理一体化处理前预先自然晾干到含水率为30％，以缩短处理周期并降低能源消耗。
经测试，本实施经过此工艺处理后的桉木，与未处理桉木相比，其尺寸稳定性提高12％，抗弯强度提高15％，硬度提高30％，与未处理桉木色差值为3nbs。
通过本发明的一体化工艺处理后的木材较未处理材，根据用途及处理工艺不同，其尺寸稳定性可比未处理材提高5％～20％，硬度比传统碳化木提高10％～90％，抗弯强度提高5％～35％，色差变化范围在3nbs～30nbs。
综上所述，本发明所采用的木材干燥与低温热处理一体化工艺，通过合理控制抽真空阶段、加热升温阶段、低温热处理阶段和降温冷却阶段的相关工艺参数，利用干燥过程中的热量和排出的水分进行对木材进行轻度碳化处理，可有效改善木材尺寸稳定性、适度提高耐候性、丰富木材颜色以提高观赏性，避免现行木材碳化工艺造成的强度损失及颜色过深问题。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。