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碳化木热处理工艺原理

发布时间:2016-08-03   阅读:687次
 随着国家天然林保护工程的实施,人工林木材的开发利用已成为解决木材供需矛盾的重要途径。蒸汽法木材炭化热处理工艺的研究,是高效利用木材,提高木材附加值的物理加工手段。炭化木热处理既具有良好的尺寸稳定性、耐腐性、耐候性、环保性等优点,又可通过炭化热处理改变普通木材的颜色来模仿珍贵木材,提高其使用范围和附加值,已越来越受到企业和木材科学研究人员的关注。

  自从上个世纪中叶,不同的木材炭化热处理改性工艺在法国、芬兰、荷兰和德国就发展起来并产业化[1],而国内关于木材炭化热处理工艺的研究甚少。因此,借鉴国外木材炭化热处理方法和经验,适时开展我国木材炭化热处理改性研究尤为重要。
1 试验材料与方法1.1 试验材料试验所用的人工林杉木木材,采自浙江省临安市马溪木材市场,试验材规格:22mm×150 mm×350mm(厚度×宽度×长度),含水率为16%-30%。材料要求:挑选时要尽量注意选少节或无死节的试件,试件以径向板为佳。
1.2 设备MWD-50微机控制电子式木材万能试验机、101-1型电热鼓风干燥箱、日本ESPEC调温调湿箱、自制小型木材炭化热处理装置。
自制小型木材炭化热处理装置(原理图,见图1)由以下组成部分:(1)蒸汽发生器,主要提供炭化热处理过程中所需蒸汽;(2)电热恒温烘箱,堆放木料和提供热源;(3)温度显示仪,主要测定木材表、心层的温度,从而实现连续检测,便于控制升温速度;(4)轴流式风机,主要实现装置内介质快速循环;(5)隔板,防止木材与热源直接接触产生燃烧,对木材起支撑作用;(6)石棉网,防止木材离热源面温度过高,减小木材上下层的温差;(7)温度控制仪,测试介质温度,通过介质温度探头来控制电加热源;(8)散热扇,使电机处热量快速散失,防止电机因温度过高造成故障。
1.3 试验方法本试验的实验方法主要参考芬兰的VVT和木制品工业已经联合开发的工业化规模的炭化木材生产工艺、过热蒸汽法干燥木材标准、高温干燥标准[2],进行蒸汽法木材(杉木)炭化热处理工艺的调整,对炭化热处理的参数和升温速度等进行了实验优化。
炭化木的加工主要分为以下三个阶段:第一阶段:温度升高及高温干燥阶段。采用蒸汽加热,干燥窑的温度迅速升高到100℃上下,此后,温度逐渐上升到130℃,在这段时间中,进行的是高温干燥,并且木材内部的含水率几乎降到0。第二阶段:炭化热处理炭化阶段。高温干燥的进行,干燥窑内部的温度上升到185℃到215℃之间。当达到所要求的温度以后,根据最后炭化木不同的用途保持炭化热处理炭化温度2-3h。第三阶段:冷却与含水率调节阶段。最后一个阶段是通过喷蒸来降低温度,当温度降到80℃到90℃时,调节被处理木材的湿度,使其达到含水率4%-7%[2]。
2 结果与讨论经过大量的探索试验,得出适用于自制小型炭化热处理设备的杉木木材炭化热处理工艺,具体如下:

(1)木材准备:用含水率测定仪对各木材进行含水率测定,并记录。经测定含水率范围应小于15%的用塑料薄膜包裹防止吸湿,待用;而对于含水率大于15%的待处理木材,应先采用常规干燥方法进行干燥处理,使其含水率低于15%后再进行处理。
(2)木材堆垛:按常规干燥法堆垛,放入炭化热处理设备内,关闭干燥室的大门和进、排气口进行处理。


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