一种木材热处理装置及其热处理方法与流程

1.本发明涉及木材加工技术领域，具体为一种木材热处理装置及其热处理方法。


背景技术：

2.作为一种天然生成的有机体，木材存在着一些不良的固有特性，其中，木材的湿胀干缩以及由于各向尺寸变化不一致而引起的翘曲、开裂等种种变形是木材加工、利用中遇到的一个最棘手的问题。许多研究者一直在努力研究和积极探索使木材尺寸稳定化的方法，积累了经验，取得了一定的效果。人们公认水分的存在与变化是导致木材尺寸不稳定的根本原因。高温热处理后的木材以良好的生物耐久性、耐候性、尺寸稳定性及安全、环保等一系列突出的优点，正日益广泛地应用于地板、室内外装饰、木扶梯，公园设施、家具制造等诸多方面。
3.高温热处理使木材内部各个化学组分发生变化。木材中挥发性抽提物因高温而溢出，半纤维素作为对温度最敏感的组分最先发生热分解，而纤维素和木质素在热处理温度范围内并未发生严重降解，高温作用下发生相对滑移而通过新的分子间化学键结合形成新的木质纤维素结构，从而改变了木材的吸湿性、亲水性和尺寸稳定性等。


技术实现要素：

4.本发明提供一种木材热处理装置及其热处理方法，该处理装置及处理方法利用简单可靠的结构和原理实现木材热处理的集成化、高效化和可控化，不仅使热处理后的木材具有良好的生物耐久性、耐候性、尺寸稳定性，而且热处理装置和方法均安全、环保；相比现有热处理方式，经处理后的木材还具有较低的孔隙率。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种木材热处理装置，包括处理罐，所述处理罐包括圆筒形罐身、固定封堵罐身一端开口的固定盖体以及活动封堵罐身另一端开口的活动盖体；所述固定盖体和活动盖体内侧中部分别设置有第一木材固定机构和第二木材固定机构，所述第一木材固定机构和第二木材固定机构由两端夹持木材使其与罐身内圆周壁保持间距；所述罐身内绕木材均匀设置有多个密封弹性体；所述密封弹性体内填充有液体；所述密封弹性体内还设置有电极；一外部电路对所述电极施加高压强电场，形成液电效应，控制密封弹性体高速膨胀。
6.其中，所述罐身包括外筒和内筒；所述内筒围合出蒸汽腔；所述外筒与内筒之间围合出空腔；所外筒与内筒之间通过肋板连接；所述内筒向空腔延伸多个凸台；多个凸台绕内筒圆周均分布；一朝向内筒圆心的通孔贯穿所述凸台；一杆状活塞密封滑动套设在所述通孔上，所述杆状活塞一端伸入蒸汽腔，且端部固定有推块；所述杆状活塞另一端伸入空腔且与凸台之间设置有活塞复位机构；一进汽管和一出汽管由外部连通蒸汽腔；所述进汽管和出汽管上分别设置有电磁阀控制管路开闭；所述电极固定在推块前端面；所述密封弹性体固定在推块的前方，将推块前端面和电极一起包覆在内。
7.其中，所述活塞复位机构为连接杆状活塞与凸台的弹簧；所述推块靠近内筒的后
端面为向四周导流的弧面结构。
8.其中，所述第一木材固定机构包括绕固定盖体圆心均匀分布的多块第一弧形支撑板和对应第一弧形支撑板的第一弧形夹持板；所述第一弧形支撑板和第一弧形夹持板之间通过第一液压伸缩机构连接，多个所述第一液压伸缩机构驱动多块第一弧形夹持板共同夹持木材。
9.其中，所述第二木材固定机构包括与活动盖体圆心同心分布的第一支撑环和第二支撑环；所述第一支撑环与第二支撑环间距设置并围合出夹持腔；多块第二弧形支撑板可滑动的插入夹持腔中，所述第二弧形支撑板通过固定在夹持腔中的第二液压伸缩机构驱动向外伸缩；对应所述第二弧形支撑板设置有多块第二弧形夹持板；所述第二弧形支撑板与第二弧形夹持板之间通过第三液压伸缩机构连接；多个所述第三液压伸缩机构驱动多块第二弧形夹持板共同夹持木材。
10.其中，所述罐身和/或固定盖体和/或活动盖体内侧面设置有经过防水处理的电加热板；所述罐身、固定盖体和活动盖体内侧面均镀附或涂覆有红外线反射层。
11.其中，所述液体的沸点高于蒸汽腔中水蒸汽的温度。
12.其中，所述密封弹性体的材质为氟橡胶。
13.其中，所述木材热处理装置的热处理方法为：
14.步骤
①
：将木材放入密封的处理罐中，通过电加热板使处理罐中的温度逐渐达到120℃～150℃，保持温度，同时通过出汽管向外抽出湿气，至木材含水率降至1％以下；
15.步骤
②
：通过进汽管向处理罐中加压充入饱和水蒸气，同时通过电加热板使处理罐中的温度达到190℃～210℃，保温2h～4h；在这一过程中，外部电路同时向多个电极施加强电场，高压强电场通过液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体就迅速汽化、膨胀，从而使密封弹性体高速膨胀，由于电极和密封弹性体位于推块前端面，液电效应产生的膨胀使密封弹性体向木材方向高速膨胀的同时，也使推块和杆状活塞往反方向快速移动；高速向木材方向膨胀的密封弹性体快速挤压饱和水蒸气，使饱和水蒸气冲击木材；该过程通过控制与木材表面接触的饱和水蒸气的密度变化实现木材在小范围内温度的剧烈变化；
16.步骤
③
：缓慢降低处理罐中的温度，使温度降低至70℃～80℃后保温5h～8h,并调节处理罐内湿度，使木材最终含水率为3％～6％；
17.步骤
④
：缓慢降低处理罐中的温度至室温，然后移出木材。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果：
19.1、本发明利用简单可靠的结构和原理实现木材热处理的集成化、高效化，不仅使热处理后的木材具有良好的生物耐久性、耐候性、尺寸稳定性，而且热处理装置和方法均安全、环保；相比现有热处理方式，经处理后的木材还具有较低的孔隙率。
20.2、本发明利用液电效应将液体不可压缩的强大冲击力与水蒸气的柔性缓冲结合，不仅有效利用了水蒸气对木材的热传导以及防护氧化起火的作用，而且利用了水蒸气既传导了密封弹性体膨胀产生的冲击力，促进细胞壁组分降解、新物质生成及抽提物迁移与挥发等引发木材孔隙结构发生变化；同时也缓解了该冲击力，避免对木材形状尺寸产生较大变化；而且该过程造成了水蒸气在与木材接触时密度剧烈变化，从而造成传递温度在小范围内发生剧烈的变化，相当于产生了多次加热、降温、加热、降温的快速反复循环过程，在一
定程度上减缓了木材热处理过程中细胞壁组分需受热降解与木材孔隙度在热处理过程中易增大的矛盾；既能够实现细胞壁组分需受热降解、新物质生成及抽提物迁移与挥发等热处理目的，又能够在快速反复的小范围温度升降过程中有利孔隙度大小的维持。
21.3、本发明不仅简化了设备结构，集成度高，降低了制造和维护成本；可完整的实现木材的热处理过程；此外，利用了接触面积的水蒸气分子密度的变化实现小范围温度的快速升降，不仅结构更加简单，成本更加第，而且温度变化更快，效果更好。
22.4、本发明的液电效应产生的冲击力不仅使密封弹性体膨胀，也同时作用于推块，使推块向空腔一侧移动，在这过程中压缩活塞复位机构，待第一次冲击结束后，活塞复位机构使杆状活塞快速复位，从而再次向木材方向挤压，推块的设置不仅可以减缓液电效应产生的冲击力，起到自动平衡冲击力的作用，而且还能将单次强冲击转化为多次不同时的弱冲击，不仅能够有效的保护木材和处理罐，避免木材和处理罐受过大冲击力损害，还能够高效利用冲击能量，减少用电成本；同时减小处理罐的强度和制造要求，降低成本。
附图说明
23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
24.图1是本发明处理罐的径向剖视示意图；
25.图2是本发明固定盖体和第一木材固定机构的结构示意图；
26.图3是本发明第一木材固定机构夹持木材的示意图；
27.图4是本发明活动盖体和第二木材固定机构的结构示意图。
28.图中标号：1、罐身；10、密封弹性体；11、外筒；12、内筒；13、空腔；14、肋板；15、凸台；16、杆状活塞；17、活塞复位机构；18、蒸汽腔；19、推块；20、液体；2、固定盖体；3、活动盖体；4、第一木材固定机构；41、第一弧形支撑板；42、第一弧形夹持板；43、第一液压伸缩机构；5、第二木材固定机构；51、第一支撑环；52、第二支撑环；53、夹持腔；54、第二弧形支撑板；55、第二液压伸缩机构；56、第二弧形夹持板；57、第三液压伸缩机构；6、电极；7、进汽管；8、出汽管；9、木材。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例：如图1-4所示，本发明提供一种技术方案，一种木材热处理装置，包括处理罐，所述处理罐包括圆筒形罐身1、固定封堵罐身1一端开口的固定盖体2以及活动封堵罐身1另一端开口的活动盖体3；所述固定盖体2和活动盖体3内侧中部分别设置有第一木材固定机构4和第二木材固定机构5，所述第一木材固定机构4和第二木材固定机构5由两端夹持木材9使其与罐身1内圆周壁保持间距；所述罐身1内绕木材9均匀设置有多个密封弹性体10；所述密封弹性体10内填充有液体20；所述密封弹性体10内还设置有电极6；一外部电路对所述电极6施加高压强电场，形成液电效应，控制密封弹性体10高速膨胀。
31.进一步的，所述罐身1包括外筒11和内筒12；所述内筒12围合出蒸汽腔18；所述外筒11与内筒12之间围合出空腔13；所外筒11与内筒12之间通过肋板14连接；所述内筒11向
空腔13延伸多个凸台15；多个凸台15绕内筒11圆周均分布；一朝向内筒12圆心的通孔贯穿所述凸台15；一杆状活塞16密封滑动套设在所述通孔上，所述杆状活塞16一端伸入蒸汽腔18，且端部固定有推块19；所述杆状活塞16另一端伸入空腔13且与凸台15之间设置有活塞复位机构17；一进汽管7和一出汽管8由外部连通蒸汽腔18；所述进汽管7和出汽管8上分别设置有电磁阀控制管路开闭；所述电极6固定在推块19前端面；所述密封弹性体10固定在推块19的前方，将推块19前端面和电极6一起包覆在内。
32.进一步的，所述活塞复位机构17为连接杆状活塞16与凸台15的弹簧；所述推块19靠近内筒12的后端面为向四周导流的弧面结构。
33.进一步的，所述第一木材固定机构4包括绕固定盖体2圆心均匀分布的多块第一弧形支撑板41和对应第一弧形支撑板41的第一弧形夹持板42；所述第一弧形支撑板41和第一弧形夹持板42之间通过第一液压伸缩机构43连接，多个所述第一液压伸缩机构43驱动多块第一弧形夹持板42共同夹持木材9。
34.进一步的，所述第二木材固定机构5包括与活动盖体3圆心同心分布的第一支撑环51和第二支撑环52；所述第一支撑环51与第二支撑环52间距设置并围合出夹持腔53；多块第二弧形支撑板54可滑动的插入夹持腔53中，所述第二弧形支撑板54通过固定在夹持腔53中的第二液压伸缩机构55驱动向外伸缩；对应所述第二弧形支撑板54设置有多块第二弧形夹持板56；所述第二弧形支撑板54与第二弧形夹持板56之间通过第三液压伸缩机构57连接；多个所述第三液压伸缩机构57驱动多块第二弧形夹持板56共同夹持木材9。
35.进一步的，所述罐身1和/或固定盖体2和/或活动盖体3内侧面设置有经过防水处理的电加热板；所述罐身1、固定盖体2和活动盖体3内侧面均镀附或涂覆有红外线反射层。
36.进一步的，所述液体20的沸点高于蒸汽腔18中水蒸汽的温度。
37.进一步的，所述密封弹性体10的材质为氟橡胶。
38.进一步的，所述木材热处理装置的热处理方法为：
39.步骤
①
：将木材9放入密封的处理罐中，通过电加热板使处理罐中的温度逐渐达到120℃～150℃，保持温度，同时通过出汽管8向外抽出湿气，至木材含水率降至1％以下；
40.步骤
②
：通过进汽管7向处理罐中加压充入饱和水蒸气，同时通过电加热板使处理罐中的温度达到190℃～210℃，保温2h～4h；在这一过程中，外部电路同时向多个电极6施加强电场，高压强电场通过液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体就迅速汽化、膨胀，从而使密封弹性体10高速膨胀，由于电极6和密封弹性体10位于推块19前端面，液电效应产生的膨胀使密封弹性体10向木材9方向高速膨胀的同时，也使推块19和杆状活塞16往反方向快速移动；高速向木材9方向膨胀的密封弹性体10快速挤压饱和水蒸气，使饱和水蒸气冲击木材9；该过程通过控制与木材9表面接触的饱和水蒸气的密度变化实现木材9在小范围内温度的剧烈变化；
41.步骤
③
：缓慢降低处理罐中的温度，使温度降低至70℃～80℃后保温5h～8h,并调节处理罐内湿度，使木材最终含水率为3％～6％；
42.步骤
④
：缓慢降低处理罐中的温度至室温，然后移出木材9。
43.利用液电效应将液体不可压缩的强大冲击力与水蒸气的柔性缓冲结合，不仅有效利用了水蒸气对木材9的热传导以及防护氧化起火的作用，而且利用了水蒸气既传导了密封弹性体10膨胀产生的冲击力，促进细胞壁组分降解、新物质生成及抽提物迁移与挥发等
引发木材孔隙结构发生变化；同时也缓解了该冲击力，避免对木材形状尺寸产生较大变化；而且该过程造成了水蒸气在与木材9接触时密度剧烈变化，从而造成传递温度在小范围内发生剧烈的变化，相当于产生了多次加热、降温、加热、降温的快速反复循环过程，在一定程度上减缓了木材热处理过程中细胞壁组分需受热降解与木材孔隙度在热处理过程中易增大的矛盾；既能够实现细胞壁组分需受热降解、新物质生成及抽提物迁移与挥发等热处理目的，又能够在快速反复的小范围温度升降过程中有利孔隙度大小的维持。
44.该处理罐不仅简化了设备结构，集成度高，降低了制造和维护成本；可完整的实现木材的热处理过程；此外，利用了接触面积的水蒸气分子密度的变化实现小范围温度的快速升降，不仅结构更加简单，成本更加第，而且温度变化更快，效果更好。
45.液电效应产生的冲击力不仅使密封弹性体10膨胀，也同时作用于推块19，使推块19向空腔14一侧移动，在这过程中压缩活塞复位机构17，待第一次冲击结束后，活塞复位机构17使杆状活塞16快速复位，从而再次向木材9方向挤压，推块19的设置不仅可以减缓液电效应产生的冲击力，起到自动平衡冲击力的作用，而且还能将单次强冲击转化为多次不同时的弱冲击，不仅能够有效的保护木材9和处理罐，避免木材9和处理罐受过大冲击力损害，还能够高效利用冲击能量，减少用电成本；同时减小处理罐的强度和制造要求，降低成本。
46.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。