本發(fā)明屬于木材干燥加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種控制木材皺縮的聯(lián)合干燥方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)實(shí)施天然保護(hù)工程以來，國(guó)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)天然木材已經(jīng)越來越少，而伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)木材的需求量也越來越大，進(jìn)口材雖然能短暫緩解用材壓力，但是國(guó)有人工速生林木材的開發(fā)利用將會(huì)成為日后的必由之路。
人工速生林目前大部分用于低附加值的造紙及人造板工業(yè)，其作為實(shí)木的應(yīng)有價(jià)值沒有得到充分發(fā)揮。究其原因，是人工速生林有其自身的一些缺陷，其中影響其作為實(shí)木家具、地板及工藝品用材的最根本原因是這類木材在干燥過程容易產(chǎn)生變形、開裂，最為嚴(yán)重的問題是是干燥導(dǎo)致的“皺縮”，使木材變形及其嚴(yán)重，無法應(yīng)用到木家具、地板、工藝品及室內(nèi)外裝修上。此外，除人工速生林之外，還有一些其它天然木材也會(huì)發(fā)生干燥“皺縮”問題，嚴(yán)重影響這類優(yōu)質(zhì)木材的利用。
國(guó)內(nèi)外的針對(duì)木材“皺縮”問題也早有研究，但是到目前為止還沒有有效的防止木材干燥皺縮的方法。以往及目前的技術(shù)手段包括冷凍、真空、蒸汽預(yù)處理及常規(guī)干燥中后期氣蒸處理都只能緩解或降低皺縮，沒有從根本上解決木材皺縮問題，進(jìn)而無法應(yīng)用到易皺縮木材的干燥上，使這類木材在實(shí)木產(chǎn)品及高附加值產(chǎn)品的應(yīng)用上還無法實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明利用超臨界CO2及常規(guī)窯干聯(lián)合干燥方法來處理并干燥木材，實(shí)現(xiàn)干燥過程中有效控制木材皺縮的產(chǎn)生，其具體技術(shù)內(nèi)容如下：
一種控制木材皺縮的聯(lián)合干燥方法，其包括以下步驟：
S01，木材準(zhǔn)備與裝載
將易產(chǎn)生皺縮的木材加工成厚度15mm-30mm的板方材，按常規(guī)窯干方式整齊地裝載到窯干設(shè)備上，裝載完畢后關(guān)閉設(shè)備密封門；
S02，液態(tài)CO2升溫及木材預(yù)熱
打開CO2鋼瓶減壓閥，通過聯(lián)通管道注入至窯干設(shè)備內(nèi)，并通過控溫器對(duì)其進(jìn)行加熱監(jiān)控，以3-5℃每小時(shí)速度升溫；液態(tài)CO2開始逐漸膨脹，壓力首先達(dá)到臨界壓力7.39MPa，繼續(xù)升溫并通過釋放少量CO2來保持壓力不變，最終達(dá)到預(yù)先選定的臨界狀態(tài)，所述的臨界狀態(tài)為：溫度31.26-50℃，壓力7.39-25MPa；
S03，木材超臨界CO2干燥
維持臨界狀態(tài)，使木材空隙中的自由水水全部轉(zhuǎn)化為臨界液體；并于溫度、壓力大于臨界狀態(tài)時(shí)，即達(dá)到超臨界狀態(tài)時(shí)，氣、液兩界面消失，自由水變成超臨界流體，汽液相面消失導(dǎo)致表面張力不復(fù)存在，木材細(xì)胞中不存在毛細(xì)管附加壓力，令產(chǎn)生木材皺縮的條件被破壞；木材在超臨界流體作用下驅(qū)逐了細(xì)胞腔內(nèi)的自由水并保持了細(xì)胞的原有形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了木材干燥又確保細(xì)胞皺縮無法產(chǎn)生；
S04，泄壓降溫
待木材達(dá)到規(guī)定含水率時(shí)，即含水率小于或等于30％時(shí)，保持臨界溫度不變，通過泄壓閥緩慢釋CO2放至常壓；
S05，常規(guī)窯干
木材纖維飽和點(diǎn)以下沒有自由水，在此階段開啟加熱，使木材在現(xiàn)有的溫度上繼續(xù)升溫干燥，具體工藝為：含水率20％-30％時(shí)，溫度50-55℃，濕度60-65％；含水率15％-20％時(shí)，溫度55-60℃，濕度55-60％；含水率10％-15％時(shí)，溫度60-70℃，濕度50-55％；
S06，木材降溫卸載
停止加熱，開動(dòng)風(fēng)機(jī)保持設(shè)備內(nèi)空氣循環(huán)以降低木材溫度；
待木材降至40℃左右時(shí)，停止風(fēng)機(jī)，自然冷卻3至5小時(shí)使材溫降至室溫，卸載木材。
本發(fā)明的有益效果是：通過對(duì)木材進(jìn)行超臨界CO2干燥來消除木材因脫水和干燥而產(chǎn)生的皺縮問題，具體是將干燥分兩階段進(jìn)行，木材在高含水率纖維飽和點(diǎn)(FSP)以上進(jìn)行超臨界CO2干燥，在超臨界條件下，木材在脫水的過程中液態(tài)表面張力幾乎為零，消除了由于表面張力而導(dǎo)致的木材細(xì)胞皺縮；在含水率低于纖維飽和點(diǎn)(FSP)時(shí)，利用常規(guī)窯干來實(shí)現(xiàn)無皺縮快速干燥。由此實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：
1)對(duì)木材進(jìn)行超臨界處理，使木材內(nèi)部自由水在臨界溫度及壓力下全部轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界液體，在超臨界流體作用下驅(qū)逐了細(xì)胞腔內(nèi)的自由水，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了木材干燥。
2)木材內(nèi)部自由水在溫度大于臨界溫度及壓力時(shí)，氣液面消失，水的表面張力消失，沒有毛細(xì)管表面張力，使木材細(xì)胞產(chǎn)生皺縮的基本條件被破壞。
3)通過超臨界CO2干燥消除木材皺縮的基本條件后，在后續(xù)纖維飽和點(diǎn)(FSP)以下進(jìn)行常規(guī)窯干時(shí)同樣能避免干燥皺縮，實(shí)現(xiàn)整個(gè)干燥過程無皺縮發(fā)生。
4)創(chuàng)新地采用超臨界CO2與常規(guī)窯干一體化方案，降低整個(gè)干燥過程材料的裝運(yùn)、堆垛，節(jié)省時(shí)間、能源且提高了工藝與設(shè)備的效率。
5)第一階段的超臨界CO2干燥改善了木材的滲透性，為后續(xù)常規(guī)窯干及干燥后木材的防腐、阻燃等改性處理提供有益條件。
具體實(shí)施方式
如下對(duì)本申請(qǐng)方案作進(jìn)一步描述：
一種控制木材皺縮的聯(lián)合干燥方法，其包括以下步驟：
S01，木材準(zhǔn)備與裝載
將易產(chǎn)生皺縮的木材加工成厚度15mm-30mm的板方材，按常規(guī)窯干方式整齊地裝載到窯干設(shè)備上，裝載完畢后關(guān)閉設(shè)備密封門；
S02，液態(tài)CO2升溫及木材預(yù)熱
打開CO2鋼瓶減壓閥，通過聯(lián)通管道注入至窯干設(shè)備內(nèi)，并通過控溫器對(duì)其進(jìn)行加熱監(jiān)控，以3-5℃每小時(shí)速度升溫；液態(tài)CO2開始逐漸膨脹，壓力首先達(dá)到臨界壓力7.39MPa，繼續(xù)升溫并通過釋放少量CO2來保持壓力不變，最終達(dá)到預(yù)先選定的臨界狀態(tài)，所述的臨界狀態(tài)為：溫度31.26-50℃，壓力7.39-25MPa；
S03，木材超臨界CO2干燥
維持臨界狀態(tài)，使木材空隙中的自由水水全部轉(zhuǎn)化為臨界液體；并于溫度、壓力大于臨界狀態(tài)時(shí)，即達(dá)到超臨界狀態(tài)時(shí)，氣、液兩界面消失，自由水變成超臨界流體，汽液相面消失導(dǎo)致表面張力不復(fù)存在，木材細(xì)胞中不存在毛細(xì)管附加壓力，令產(chǎn)生木材皺縮的條件被破壞；木材在超臨界流體作用下驅(qū)逐了細(xì)胞腔內(nèi)的自由水并保持了細(xì)胞的原有形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了木材干燥又確保細(xì)胞皺縮無法產(chǎn)生；
S04，泄壓降溫
待木材達(dá)到規(guī)定含水率時(shí)，即含水率小于或等于30％時(shí)，保持臨界溫度不變，通過泄壓閥緩慢釋CO2放至常壓；
S05，常規(guī)窯干
木材纖維飽和點(diǎn)以下沒有自由水，在此階段開啟加熱，使木材在現(xiàn)有的溫度上繼續(xù)升溫干燥，具體工藝為：含水率20％-30％時(shí)，溫度50-55℃，濕度60-65％；含水率15％-20％時(shí)，溫度55-60℃，濕度55-60％；含水率10％-15％時(shí)，溫度60-70℃，濕度50-55％；
S06，木材降溫卸載
停止加熱，開動(dòng)風(fēng)機(jī)保持設(shè)備內(nèi)空氣循環(huán)以降低木材溫度；
待木材降至40℃左右時(shí)，停止風(fēng)機(jī)，自然冷卻3至5小時(shí)使材溫降至室溫，卸載木材。
本發(fā)明創(chuàng)新地采用超臨界CO2與常規(guī)窯干一體化方案，降低整個(gè)干燥過程材料的裝運(yùn)、堆垛，節(jié)省時(shí)間、能源且提高了工藝與設(shè)備的效率；由此方法可以得出實(shí)施上述操作的超臨界CO2-窯干設(shè)備，其包含與常規(guī)窯干設(shè)備相同的主體，并且主體的內(nèi)腔通過聯(lián)通管道連接CO2鋼瓶，還設(shè)有泄壓機(jī)構(gòu)用以釋放CO2以控制主體內(nèi)腔的氣壓；還包括濕度度探頭，用于對(duì)木材溫、濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；和風(fēng)機(jī)組件，用于對(duì)主體內(nèi)腔中的木材進(jìn)行吹風(fēng)降溫；CO2鋼瓶減壓閥、泄壓機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)組件均受控制設(shè)備的控制箱。將本發(fā)明方法應(yīng)用實(shí)施的超臨界CO2-窯干設(shè)備是一體化集成設(shè)備，減少企業(yè)投資及設(shè)備成本，并能滿足企業(yè)對(duì)皺縮木材工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
上述優(yōu)選實(shí)施方式應(yīng)視為本申請(qǐng)方案實(shí)施方式的舉例說明，凡與本申請(qǐng)方案雷同、近似或以此為基礎(chǔ)作出的技術(shù)推演、替換、改進(jìn)等，均應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。