一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝，步驟如下：（1）速生人工林桉樹的預(yù)處理；（2）將鋸解后的木材高溫水煮；（3）堆垛；（4）對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥；（5）預(yù)熱；（6）水蒸氣保護中溫處理；（7）惰性氣體保護高溫處理；（8）降溫和調(diào)質(zhì)過程。本發(fā)明的工藝大大縮短了桉樹木材高溫熱處理過程中干燥時間，同時解決了常規(guī)窯干桉樹木材極易端裂、翹曲和皺縮等變形及出材率低的問題。出材率高，可達到60%-70%；使用本發(fā)明的水蒸汽和氮氣聯(lián)合處理方法，處理后的桉樹木材力學強度平均下降了28%；并且熱處理后顏色和炭化程度均勻；尺寸穩(wěn)定性大大提高，平衡含水率比未處理的降低了45%。
【專利說明】一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家天然林保護工程的實施，人工林速生材的開發(fā)利用已成為解決木材供需矛盾的重要途徑。高溫熱處理木材工藝的研究，是高效利用木材，提高木材附加值的物理加工手段。通過熱處理既能使木材具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐腐性、耐候性、環(huán)保性等優(yōu)點，又可改變普通木材的顏色以模仿珍貴木材，提高其使用范圍和附加值。該種木材熱處理工藝已越來越受到企業(yè)和木材科學研究人員的關(guān)注。自從上個世紀中葉，不同的木材熱處理改性工藝在法國、芬蘭、荷蘭和德國就已經(jīng)發(fā)展起來并產(chǎn)業(yè)化。我國高溫熱處理木材產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:(1)進口階段；(2)零星試制階段。他們試制的共同特點:
a.缺乏理論指導，摸索試驗、修改試制；b.熱處理設(shè)備多為原防腐罐改造；c.批量較小(多為幾個m3 )，形不成規(guī)模；d.熱處理不均勻，引起顏色和材性不均勻；(3)成為市場熱點，處于起步階段。2004年以來，高溫熱處理木材成為木材行業(yè)的熱點，引起同行的廣泛關(guān)注，不少原來生產(chǎn)防腐木的工廠兼或改生產(chǎn)高溫熱處理木材，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。主要處理的木材樹種為馬尾松、杉木和楊木及生產(chǎn)木地板的硬木；但是，對于速生人工林桉樹木材高溫熱處理的產(chǎn)品幾乎沒有，處理研究也極少。國內(nèi)現(xiàn)在已有的木材高溫熱處理技術(shù)主要參考芬蘭的VVT技術(shù)，其流程為:(I)木材準備(自然氣干或常規(guī)窯干，含水率控制在15%以下)—(2)木材堆垛一(3)預(yù)熱過程一(4)升溫過程一(5)保溫過程一降溫和調(diào)節(jié)過程。處理設(shè)備主要是:試驗室干燥箱改造、自制小型熱處理設(shè)備和小型真空高溫熱處理設(shè)備。以上工藝流程對于杉木、松木、楊木及木地板生產(chǎn)硬木比較適合。由于速生人工林桉樹木材在干燥中極易產(chǎn)生端裂、翹曲、皺縮和彎曲變形；因此，此工藝流程用于處理速生人工林桉樹木材存在以下缺點:(1)木材準備階段，自然干燥時間長；常規(guī)窯干，桉樹木材極易端裂、翹曲和皺縮，很難控制，干燥出材率低。(2)高溫處理后力學性能降低比較大。為了避免以上缺點，本發(fā)明提供了速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝，應(yīng)用本發(fā)明的工藝干燥時間短，不容易端裂、翹曲和皺縮；高溫處理后力學性能變化不大。
[0004]本發(fā)明提供一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝，步驟如下:
(1)速生人工林桉樹的預(yù)處理:砍伐和原木鋸解或砍伐、運輸和原木鋸解；
(2)將鋸解后的木材高溫水煮:水煮溫度為85°C— 95°C，時間為80-100min，優(yōu)選水煮溫度為90°C，時間為90min ；
(3)堆垛;
(4)對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥； (5 )預(yù)熱；
(6)水蒸氣保護中溫處理；
(7)惰性氣體保護高溫處理；
(8)降溫和調(diào)質(zhì)過程。
[0005]優(yōu)選地，步驟(I)中，在砍伐前，進行應(yīng)力釋放:在朝東方向，且距離地面L 3米的立木樹桿處，使用鉆頭鉆個孔，釋放部分生長應(yīng)力；之后，朝西方向砍樹。
[0006]優(yōu)選地，步驟(I)中，原木運輸過程進行封端處理:砍倒并按規(guī)定尺寸截斷后，立刻使用不透氣物體包住原木兩端。
[0007]優(yōu)選地，步驟(I)中，所述原木鋸解時，使用側(cè)邊鋸和多片鋸聯(lián)合鋸解設(shè)備，或者使用框式鋸進行原木鋸解。
[0008]進一步地，所述原木鋸解采用翻轉(zhuǎn)鋸解法，步驟如下:首先從小頭開始，然后以朝東方向樹干在上并且垂直；然后，按照逆時針順序使用側(cè)邊鋸或者帶鋸進行翻轉(zhuǎn)下鋸，鋸掉原木四邊；最后，使用帶鋸進行重復鋸解或者用多片鋸一次鋸解。
[0009]優(yōu)選地，步驟(4)中，所述對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥的步驟如下:開始時溫度控制在60 - 70°C，干燥I 一 2天，然后升溫到100°C，干燥I 一 2天，使其含水率達到15%，當板材的含水率達到15%時，進行噴蒸處理，溫度需保持在90°C以上，調(diào)濕處理3小時。
[0010]優(yōu)選地，步驟(5)中，預(yù)熱溫度為70 - 80°C，干燥時間為I — 3天。
[0011]優(yōu)選地，步驟(6)中，所述水蒸氣保護中溫處理是在預(yù)熱后，升溫至130°C時通入水蒸汽，繼續(xù)升溫至165°C — 240°C。
[0012]優(yōu)選地，步驟(7)中，當升溫至165°C — 240°C時，停止通入水蒸氣，通入惰性氣體，保溫。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)大大縮短了桉樹木材高溫熱處理過程中干燥時間，同時解決了常規(guī)窯干桉樹木材極易端裂、翹曲和皺縮等變形及出材率低的問題。桉樹木材自然氣干可以減少桉樹木材干燥過程中極易端裂、翹曲和皺縮等變形的缺陷，但是要使其含水率達到18%以下，至少需要3個月以上的時間。而使用本發(fā)明的高溫水煮和噴蒸調(diào)濕干燥技術(shù)只需要6 — 10天的時間，就可以使其含水量達到15%以下，而且同時可以避免桉樹木材在制備過程中的缺陷(即易端裂、翹曲和皺縮等變形問題)，出材率高，可達到60% - 70% ；
(2)本發(fā)明在高溫水煮和噴蒸調(diào)濕干燥兩步驟之間加入了堆垛步驟，有利于蒸汽循環(huán)流通及減少干燥過程中的變形；
(3)使用現(xiàn)有的處理技術(shù)，200°C以上溫度處理后的木材力學強度平均下降了38%以上，使用本發(fā)明的水蒸汽和氮氣聯(lián)合處理方法，處理后的桉樹木材力學強度平均下降了28% ；
(4)集砍伐、鋸解和高溫熱處理一體化。其效果在于:a、熱處理效率提高，熱處理材的預(yù)干時間由3個月，縮短為6 — 10天；出材率提高了 20 - 30% ;b、熱處理后顏色和炭化程度均勻；c、尺寸穩(wěn)定性大大提高，平衡含水率比未處理的降低了 45%。
【具體實施方式】
[0014]以下的實施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0015]實施例1
本發(fā)明的一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝步驟如下:
(I)速生人工林桉樹砍伐及運輸:首先，在速生人工林桉樹砍伐前，進行生長應(yīng)力釋放:在朝東方向，且距離地面1.3米的立木樹桿處，使用鉆頭鉆個孔，釋放部分生長應(yīng)力；砍樹方向應(yīng)在朝西方向砍，目的也是釋放部分生長應(yīng)力。其次，原木運輸過程進行封端處理--砍倒并按規(guī)定尺寸截斷后，立刻使用塑料袋包住原木兩端，控制因端部水分的散失引起的應(yīng)力釋放，目的是防止水分流失產(chǎn)生端裂。
[0016](2)原木鋸解:通過選擇適合的設(shè)備及制定正確的下鋸方法對原木進行鋸解來控制生長應(yīng)力釋放:使用側(cè)邊鋸和多片鋸聯(lián)合鋸解設(shè)備，或者框式鋸，這些鋸解設(shè)備可以使生長應(yīng)力平衡釋放，從而保持板材內(nèi)的應(yīng)力平衡，來減少板材的端裂和翹曲。
[0017]為了避免桉樹原木在鋸解過程中因應(yīng)力引起的鋸材缺陷，本發(fā)明使用靈活的翻轉(zhuǎn)鋸解法，其過程是:首先應(yīng)該從小頭開始，然后以朝東方向樹干在上并且垂直，這樣能夠保證以朝東方向為軸線的寬度；然后，按照逆時針順序使用側(cè)邊鋸或者帶鋸進行翻轉(zhuǎn)下鋸，鋸掉原木四邊；最后，使用帶鋸進行重復鋸解或者用多片鋸一次鋸解。這種下鋸法目的是減少弦切板，增加徑切板，減少因生長應(yīng)力釋放引起的翹曲和端裂，提高出材率及鋸材質(zhì)量。
[0018](3)將鋸解后的木材高溫水煮:水煮溫度為90°C，水煮時間是90min。木材經(jīng)高溫水煮，可以減少干燥應(yīng)力，從而避免干燥缺陷，及軟化作用增加其塑性。
[0019](4)堆垛:堆垛與傳統(tǒng)的木材干燥堆垛方法一樣，其要求是:支撐材堆的幾根橫梁，高度應(yīng)一致，保持在同一水平面上；材堆中，各層隔條在高度上應(yīng)自上而下地保持在一條垂直線上，并應(yīng)著落在材堆底部的支撐橫梁上，垛堆好后，還應(yīng)在堆垛頂上壓上重物；堆垛的好處是有利于蒸汽循環(huán)流通及減少干燥過程中的變形。
`[0020](5)噴蒸調(diào)濕干燥:為了避免生人工林桉樹木材的干燥缺陷和提高干燥效率，縮短木材制備時間，對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥:堆垛好的鋸材用鏟車運輸?shù)礁稍锔G里，然后進行蒸氣干燥，開始時溫度控制在65°C，干燥I天，然后升溫到100°C，干燥2天，使其含水率達到15%左右。當窯干板材的含水率達到15%時，打開噴蒸管，進行噴蒸處理，溫度需保持在90°C以上，調(diào)濕處理3小時。
[0021](6)預(yù)熱過程:調(diào)濕處理后，溫度控制在75°C干燥2天。
[0022](7)水蒸氣保護中溫處理；預(yù)熱好后，升溫，溫度升到130°C時通入水蒸汽，溫度一直升到所設(shè)定的溫度200°C。
[0023](8)氮氣保護高溫處理；溫度到達所設(shè)定的溫度(200°C)時，關(guān)閉水蒸汽，通入氮氣，保溫2 — 8h，(具體時間按10min/mm板的厚度來計算)。步驟(7)和(8)的目的是盡量減少高溫處理后的木材力學強度的降低，現(xiàn)有技術(shù)表面使用水蒸氣作為保護介質(zhì)力學強度降低厲害達50%，而應(yīng)用氮氣處理相對來說降低比較少。同時中溫使用水蒸汽處理能夠避免桉樹木材開裂皺縮，變形，因為其有調(diào)濕作用能夠使端裂和皺縮恢復作用，從而提高出材率。
[0024](9)降溫和調(diào)質(zhì)過程:達到保溫時間后，關(guān)閉氮氣，關(guān)閉電源和熱源，放置24h，使其溫度降到40°C，然后取出。
[0025]實施例2 本發(fā)明的一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝步驟如下:
(I)速生人工林桉樹砍伐及運輸:砍伐及運輸方法與實施例1中相同。
[0026](2)原木鋸解:原木鋸解方法與實施例1中相同。
[0027](3)將鋸解后的木材高溫水煮:水煮溫度為85°C，水煮時間是80min。木材經(jīng)高溫水煮，可以減少干燥應(yīng)力，從而避免干燥缺陷，及軟化作用增加其塑性。
[0028](4)堆垛:堆垛與傳統(tǒng)的木材干燥堆垛方法一樣，其要求是:支撐材堆的幾根橫梁，高度應(yīng)一致，保持在同一水平面上；材堆中，各層隔條在高度上應(yīng)自上而下地保持在一條垂直線上，并應(yīng)著落在材堆底部的支撐橫梁上，垛堆好后，還應(yīng)在堆垛頂上壓上重物；堆垛的好處是有利于蒸汽循環(huán)流通及減少干燥過程中的變形。
[0029](5)噴蒸調(diào)濕干燥:為了避免生人工林桉樹木材的干燥缺陷和提高干燥效率，縮短木材制備時間，對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥:堆垛好的鋸材用鏟車運輸?shù)礁稍锔G里，然后進行蒸氣干燥，開始時溫度控制在60°C，干燥2天，然后升溫到100°C，干燥I天，使其含水率達到15%左右。當窯干板材的含水率達到15%時，打開噴蒸管，進行噴蒸處理，溫度需保持在90°C以上，調(diào)濕處理3小時。
[0030](6)預(yù)熱過程:調(diào)濕處理后，溫度控制在70°C干燥3天。
[0031](7)水蒸氣保護中溫處理:預(yù)熱好后，升溫，溫度升到130°C時通入水蒸汽，溫度一直升到所設(shè)定的溫度:165°C。
[0032](8)氮氣保護高溫處理:溫度到達所設(shè)定的溫度(165°C)時，關(guān)閉水蒸汽，通入氮氣，保溫2 — 8h，(具體時間按10min/mm板的厚度來計算)。步驟(7)和(8)的目的是盡量減少高溫處理后的木材力學強度的降低，現(xiàn)有技術(shù)表面使用水蒸氣作為保護介質(zhì)力學強度降低厲害達50%，而應(yīng)用氮氣處理相對來說降低比較少。同時中溫使用水蒸汽處理能夠避免桉樹木材開裂皺縮，變形，因為其有調(diào)濕作用能夠使端裂和皺縮恢復作用，從而提高出材率。
[0033](9)降溫和調(diào)質(zhì)過程:達到保溫時間后，關(guān)閉氮氣，關(guān)閉電源和熱源，放置24h，使其溫度降到40°C，然后取出。
[0034]實施例3
本發(fā)明的一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝步驟如下:
(I)速生人工林桉樹砍伐及運輸:砍伐及運輸方法與實施例1中相同。
[0035](2)原木鋸解:原木鋸解方法與實施例1中相同。
[0036](3)將鋸解后的木材高溫水煮:水煮溫度為95°C，水煮時間是lOOmin。木材經(jīng)高溫水煮，可以減少干燥應(yīng)力，從而避免干燥缺陷，及軟化作用增加其塑性。
[0037](4)堆垛:堆垛與傳統(tǒng)的木材干燥堆垛方法一樣，其要求是:支撐材堆的幾根橫梁，高度應(yīng)一致，保持在同一水平面上；材堆中，各層隔條在高度上應(yīng)自上而下地保持在一條垂直線上，并應(yīng)著落在材堆底部的支撐橫梁上，垛堆好后，還應(yīng)在堆垛頂上壓上重物；堆垛的好處是有利于蒸汽循環(huán)流通及減少干燥過程中的變形。
[0038](5)噴蒸調(diào)濕干燥:為了避免生人工林桉樹木材的干燥缺陷和提高干燥效率，縮短木材制備時間，對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥:堆垛好的鋸材用鏟車運輸?shù)礁稍锔G里，然后進行蒸氣干燥，開始時溫度控制在70°C，干燥I天，然后升溫到100°C，干燥2天，使其含水率達到15%左右。當窯干板材的含水率達到15%時，打開噴蒸管，進行噴蒸處理，溫度需保持在90°C以上，調(diào)濕處理3小時。
[0039](6)預(yù)熱過程:調(diào)濕處理后，溫度控制在80°C干燥I天。
[0040](7)水蒸氣保護中溫處理:預(yù)熱好后，升溫，溫度升到130°C時通入水蒸汽，溫度一直升到所設(shè)定的溫度:240°C。
[0041](8)氮氣保護高溫處理:溫度到達所設(shè)定的溫度(240°C)時，關(guān)閉水蒸汽，通入氮氣，保溫2 — 8h，(具體時間按10min/mm板的厚度來計算)。步驟(7)和(8)的目的是盡量減少高溫處理后的木材力學強度的降低，現(xiàn)有技術(shù)表面使用水蒸氣作為保護介質(zhì)力學強度降低厲害達50%，而應(yīng)用氮氣處理相對來說降低比較少。同時中溫使用水蒸汽處理能夠避免桉樹木材開裂皺縮，變形，因為其有調(diào)濕作用能夠使端裂和皺縮恢復作用，從而提高出材率。
[0042](9)降溫和調(diào)質(zhì)過程:達到保溫時間后，關(guān)閉氮氣，關(guān)閉電源和熱源，放置24h，使其溫度降到40°C，然后取出。
[0043]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種速生人工林桉樹木材高溫熱處理工藝，步驟如下: (1)速生人工林桉樹的預(yù)處理:砍伐和原木鋸解或砍伐、運輸和原木鋸解； (2)將鋸解后的木材高溫水煮:水煮溫度為85°C— 95°C，時間為80-100min，優(yōu)選水煮溫度為90°C，時間為90min ； (3)堆垛; (4)對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥； (5 )預(yù)熱； (6)水蒸氣保護中溫處理； (7)惰性氣體保護高溫處理； (8)降溫和調(diào)質(zhì)過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(I)中，在砍伐前，進行應(yīng)力釋放:在朝東方向，且距離地面1.3米的立木樹桿處，使用鉆頭鉆個孔，釋放部分生長應(yīng)力；之后，朝西方向砍樹。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(I)中，原木運輸過程進行封端處理:砍倒并按規(guī)定尺寸截斷后，立刻使用不透氣物體包住原木兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(I)中，所述原木鋸解時，使用側(cè)邊鋸和多片鋸聯(lián)合鋸解設(shè)備，或者使用框式鋸進行原木鋸解。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于:所述原木鋸解采用翻轉(zhuǎn)鋸解法，步驟如下:首先從小頭開始，然后以朝東方向樹干在上并且垂直；然后，按照逆時針順序使用側(cè)邊鋸或者帶鋸進行翻轉(zhuǎn)下鋸，鋸掉原木四邊；最后，使用帶鋸進行重復鋸解或者用多片鋸一次鋸解。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(4)中，所述對堆垛后的木材進行噴蒸調(diào)濕干燥的步驟如下:開始時溫度控制在60 - 70°C，干燥I 一 2天，然后升溫到100°C，干燥I 一 2天，使其含水率達到15%，當板材的含水率達到15%時，進行噴蒸處理，溫度需保持在90°C以上，調(diào)濕處理3小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(5)中，預(yù)熱溫度為70- 80°C，干燥時間為I — 3天。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(6)中，所述水蒸氣保護中溫處理是在預(yù)熱后，升溫至130°C時通入水蒸汽，繼續(xù)升溫至165°C — 240°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(7)中，當升溫至165°C— 240°C時，停止通入水蒸氣，通入惰性氣體，保溫。
【文檔編號】B27K5/00GK103659973SQ201310604960
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】巫國富, 黃圣霞 申請人:廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學院