多功能木质板材新型干燥工艺研究.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 机 械 与 木 工 设 备 .研究与设计多功能木质板材新型干燥工艺研究万 怡 贺福强 黄易周 陈发江(.贵州大学机械工程学院贵州 贵阳.贵州晶木建材有限公司贵州 贵阳)摘 要:针对多功能木质板材在干燥过程中存在的断裂开裂、翘曲变形等干燥缺陷现象通过多次干燥试验制定了新型干燥工艺参数并探究含水率变化规律和板材干燥特性 研究结果表明:新型干燥工艺参数有效提升了板材干燥质量缩短 干燥时间降低.次品率根据含水率变化情况可将干燥工艺分为三个阶段即预热阶段、干燥阶段、调整阶段板材干燥速率为先升速干燥再减速干燥多阶段干燥温度、增加干燥湿度控制有利于提高干燥质量关键词:干燥工艺木质板材含水率干燥曲线中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:.:收稿日期:基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合支撑 号)第一作者简介:万怡硕士研究生研究方向为多体动力学:.通讯作者:贺福强副教授博士研究方向为多体动力学、机器视觉:.随着人造板工业的快速发展我国已成为令人瞩目的人造板生产大国 人造板被广泛应用于建筑、装修、家具等各个领域 不同于其他建筑材料木质板材具有以下优势:生产成本低生产加工能耗较少清洁环保满足国家可持续性发展的要求结构性好便于施工 但板材存在燃点低、抗弯性弱等显著问题导致在使用过程中存在安全隐患 所以改善提高人造板的力学性能、结构稳定第 期万 怡等:多功能木质板材新型干燥工艺研究性非常重要 干燥一般作为人造板生产的最后一道工序是保证板材质量改善和提升其物理性能的必要环节国内 外 不 少 学 者 对 板 材 干 燥 展 开 研 究等研究桦木单板分别以、和 干燥后的粘接质量、弯曲强度、弯曲弹性模量、吸水率和厚度膨胀率 结果表明胶合板干燥温度对胶合板的粘结强度和物理力学性能有显著影响贴面干燥温度为 /、/和 /对 和 胶合板样品的弯曲强度和弹性模量均有负面影响等对多孔薄板干燥过程进行实验研究以确定干燥过程中随板含水量变化的水分传递系数 结果表明提供给系统能量的大部分损失可通过调整进风口和流量的配置显著提高干燥机的热力效率(从.提高到)可为多孔薄板干燥过程的热物理和高效干燥系统的设计提供了全面而重要的见解等研究干燥和热改性对拉迪塔松的物理和机械性能的影响规律结果表明木材或热处理后密度值高度分散且与其他参数不相关失重()和含水率()随处理强度的增加而成比例下降干燥处理后尺寸稳定性提高但各向异性顺序不变曹永建等通过不同温度、不同时间的高温干燥处理对尾叶桉、尾距桉和巨桉木材的抗全干体积干缩率和气干体积干缩率的影响研究桉树木材的抗干缩特性 结果表明在、的处理条件下尾叶桉、尾巨桉和巨桉木材的抗干缩性能分别提高了.、.和.周凡等采用百度试验法研究木材干燥特性利用小型木材干燥试验机分别对 和 厚锯材进行常规干燥试验研究锯材干燥工艺基准得到了适合 种厚度火力楠锯材的干燥基准李荣荣等采用 种不同干燥工艺处理枫香木材分析对比不同干燥工艺处理材与未处理材的微观结构变化规律结果表明:经常规、降温干燥处理后枫香木材纹孔膜发生破裂多发生在闭塞纹孔且破裂程度较低经水热预处理常规和降温干燥后被沉积物全部覆盖的纹孔膜发生较大程度破裂微波干燥处理后木材纹孔膜、部分细胞壁以及导管间胞间层均出现一定程度的破裂提高了木材内部水分迁移效率本文研究对象为贵州某建材公司生产的多功能木质板材具有 级防火、零甲醛、耐水防霉防虫等优点通过分析存在的干燥缺陷问题进行多次干燥试验根据含水率变化规律制定合理的干燥工艺参数并通过了实验验证 本研究为制定人造板材干燥工艺提供了基础理论和指导思想 材料与方法.材料与设备选取压制成形、砂光后的木质板材长宽高为 根据/测得初始含水率为 研究中所用设备仪器如表 所示表 试验仪器与设备设备或仪器名称型号干燥窑温湿度控制箱喷雾机/含水率检测仪.试验流程与设计试验流程如图 所示:分析现有木质板材干燥工艺是否存在干燥缺陷进行多次干燥试验制定板材新型干燥工艺参数满足技术要求分析干燥过程中含水率的变化规律探究其干燥特性总结较优工艺参数并通过试验对比改进前后板材干燥缺陷和次品率验证其可行性图 干燥工艺制定试验流程.数据采集与处理.含水率测定选取南门、西门位置处板材作为试验板如图 所示 测量试验板表面及中心含水率如图 所示并随时观察是否出现干燥缺陷为了避免其他因素林业机械与木工设备第 卷对试验结果造成影响试验过程中选择前期制备工艺相同的板材图 选取试验板图 含水率测定首先用含水率检测仪测试验板含水率再根据/测定含水率实际过程中存在测量偏差试验数据选择五次试验的平均值计算公式为:()其中 为测定仪测量的 次表面含水率平均值 为测定仪测量的 次中心含水率平均值 为试件测量的 次表面含水率平均值为试件测量的 次中心含水率平均值 为第 次测定仪测量的表面含水率 .以此类推含水率精确到.计算公式为:()其中 为 表 面 含 水 率 为 中 心 含水率.干基含水率测量将试验板放入干燥窑中烘到绝干含水率计算公式为:()其中 为整体含水率 为干燥前质量 为干燥后质量 干基含水率是指板材整体含水率与差值之比计算公式为:()其中 为板材整体含水率.干燥速率计算干燥速率是表示在一定时间内干基含水率降低的速度计算公式为:()其中 为干燥速率()工艺分析及技术要求.工艺分析当前板材干燥工艺属于连续干燥工艺参数为:干燥温度 干燥时间 干燥湿度无控制 恒定温度干燥后的板材质量差有开裂断裂、翘曲变形等缺陷如图 所示次品率较高为.干燥时间长设备能耗高图 板材干燥缺陷板材干燥的速度在很大程度上取决于内部水分迁移到表面的速率可以通过改变干燥工艺参数促进内部水分的迁移速度 调节干燥湿度可以人为降低环境和板材含水率梯度增加板材导湿性降低板材中心、表面含水率梯度抑制板材表面水分蒸发速率减少板材开裂可能性 因此在保证干第 期万 怡等:多功能木质板材新型干燥工艺研究燥质量和缩短干燥时间的情况下探究木质板材合理的干燥工艺可以考虑变化干燥温度和增加干燥湿度控制.技术要求木质板材含水率低于 时力学性能较好平整度较高 调整干燥方式参数为:控制干燥温度、干燥湿度、干燥时间 考虑到干燥工艺、生产成本、设备能耗等问题多功能木质板材的技术要求如表 所示表 板材干燥技术要求要求标准含水率()次品率()干燥时间/干燥质量国家干燥质量标准级 干燥工艺参数制定板材干燥过程分为三个阶段:预热阶段(整体含水率快速下降阶段)、干燥阶段(整体含水率平稳降低阶段)、调整阶段(局部含水率精确调整阶段).干燥第一阶段板材干燥前 处于整体含水率快速降低阶段此时的湿度范围为 温度为 热风在进入干燥窑前窑内和板材温度均为常温状态而板材内部含水率远高于窑内环境的含水率此时水蒸气分压较大板材内部水份迁移以水蒸气的波动为主图 是干燥第一阶段各处板材含水率变化图可知当热风进入干燥窑板材含水率随干燥时间延长而降低 在同一板材上热风进入窑内的一段时间内表面含水率降低速率较慢中心含水率降低速率快 这是因为在干燥前期热空气的吹入提升了窑内整体温度表面水分向环境蒸发板材形成一定的温度、含水率梯度中心内部水分快速向边缘和表面扩散排除 而随着时间的推移这两个梯度逐渐变小即干燥强度逐渐变小中心水扩散速率降低造成中心含水率出现先快速下降再缓慢降低甚至出现上升波动现象 而表面含水率基本先快后慢地下降特别是在第 窑内环境湿度降低了 表面含水率快速向干燥介质传递而降低说明环境含水率降低在一定程度上加快了板材表面含水率的蒸发图 第一阶段干燥曲线 经过第一阶段后板材含水率在 之间不等主要是由于窑内风速、温度的不均引起不同位置的板材在表面、中心含水率不一致 总的来说除了南门一处板材含水率无明显变化规律外其余板材表面、断面含水率相差不大观察到板材干燥质量良好无明显变形 此时板材表面和环境内含水率达到平衡状态热风也很难带走板材内部水份所以可以考虑下一阶段降低窑内湿度、提高热风温度人为创造环境与板材的含水率梯度促使板材水分流出.干燥第二阶段 为整体含水率平稳降低阶段湿度范围温度 干燥第二阶段可分为三个小阶段:()湿度范围 温度 约 本阶段板材含水率变化如图 所示南门一含水率仍旧先快速降低再基本不变和第一阶段类似这是由于南门一位置靠近出风口热风聚集在此处导致的可能存在涡流现象 其余含水率缓慢下降对板材进行检测发现第 后出现轻微变形 此时板材林业机械与木工设备第 卷含水率基本在 之间图 第二阶段前期干燥曲线 ()湿度范围 温度 约 图 是 板材含水率变化图可知含水率再一次下降到 左右未出现新的变形 此时提高湿度增加了板材表面含水率使内外水分梯度降低从而减少迁移减小变形量 升高温度有助于加快中心含水率的下降 可见温度的升高能够降低中心含水率湿度的升高能够提高板材质量图 第二阶段中期干燥曲线 ()保持湿度范围不变温度升高到 约 图 是本阶段干燥曲线 当温度在干燥.时提高到 由图可知内外含水率都呈下降趋势表面、中心含水率的变化趋势类似说明此时的工艺参数可以在避免变形的情况下减少水分经过检测发现板材没有增加新的变形量再次说明在 含水率的板材用此工艺参数烘干干燥效果较好 经过第二阶段烘干处理板材含水率从下降到 图 第二阶段后期干燥曲线第 期万 怡等:多功能木质板材新型干燥工艺研究.干燥第三阶段第三阶段湿度范围 温度 本阶段板材含水率变化见图 可知含水率随着温度进一步升高再次降低各处板材的表面水分加剧向空气蒸发含水率下降到 以下但中心含水率仍然在 各处板材含水率变化复杂没有规律这也是木质板材干燥的难点 第三阶段处理后的板材含水率为.图 第三阶段干燥曲线.板材干燥特性木质板材的干燥速率如图 所示曲线变化较复杂在各阶段中主要为减速干燥但在温度、湿度调整时存在明显的升速干燥期各阶段的干燥速率分别在.、.、.达到最大值./、./、./分别在各阶段结束时为./、./、./在第一阶段中干燥速率快速上升到最大值后开始降速干燥这是因为前期木质板材自由水含量高水分梯度大加快了水分迁移速率在第二阶段干燥速率存在三个峰值对应着三次温湿度的调整使干燥速率再次升高而后降低在第三阶段中干燥速率先升高再降低再升高这是由于增加干燥温度、降低干燥湿度从而使速率先升再降随着水分的迁移含水率变少在高温下速率再次加快图 板材干燥速率.工艺总结及验证制定木质板材新型干燥工艺参数为:.预热阶段:干燥时间 湿度范围 温度.干燥阶段:干燥时间 湿度范围 温度:()干燥时间 湿度范围 温度()干燥时间 湿度范围 温度()干燥时间 湿度范围 温度 .调整阶段:干燥时间 湿度范围 温度 经过干燥处理板材含水率从 降至.含水率分布较均匀 运用此工艺参数进行生产统计九个批次板材干燥质量平均次品率为.干燥时间缩短 次品率降低.干燥质量较好达到国家干燥质量标准级说明此参数满足技术要求科学可靠减少能耗 小结本文对现有木质板材干燥工艺进行分析进行多次干燥试验制定了适用于本木制板材的新型干燥工艺参数研究干燥过程中含水率的变化规律和干燥特性并通过对比改进前后的干燥质量和次品率验证干燥工艺可行性 结果表明:新型干燥工艺能够有效提高板材干燥质量缩短 干燥时间降低.次品率根据含水率变化情况可将干燥工艺分为三个阶段即预热阶段、干燥阶段、调整阶段板材干燥速率为先升速干燥再减速干燥多阶段干燥温度、增加干燥湿度控制有利于提高干燥质量(下转第 页)第 期徐志博等:花椒果实的目标识别与定位准确率达到 和 平均定位时间为.和.研究可为进一步应用于花椒园间多花椒串识别为花椒采摘机器人采摘作业的研究提供理论依据参考文献:.().().().齐锐丽.基于机器视觉花椒目标识别与定位技术研究.汉中:陕西理工大学.万芳新白明昌贺志洋等.自然场景下花椒果实的识别.中国农机化学报():.张永梅李菊霞.成熟花椒果实的自动识别技术研究.农业技术与装备():.杨萍郭志成.花椒采摘机器人视觉识别与定位求解.河北农业大学学报():.().():.()郑如新孙青云张可等.机器视觉技术在水果采摘机器人中的应用.南方农机():.丛志文王好臣高茂源等.基于双目视觉的番茄图像处理及采摘轨迹规划.机床与液压():.董戈.基于深度学习和图像处理的水果收获机器人抓取系统.农机化研究():.戴宁.基于图像处理的柚子采摘点识别方法研究.武汉:华中农业大学.杨平.基于深度学习的水果采摘定位算法的研究.哈尔滨:哈尔滨理工大学.(上接第 页)参考文献:肖俊华赖德明海凌超等.无机胶黏剂及其在人造板工业中的应用.中国人造板():.万怡贺福强陈发江等.基于响应面法的复合板材后处理工艺优化研究.新型建筑材料():.吴义强李新功左迎峰等.农林剩余物无机人造板研究进展.林业工程学报():.石晋菘.木材干燥窑介质流场仿真及进出风配比控制策略研究.哈尔滨:东北林业大学.()().:.():.曹永建李兴伟王剑菁等.高温干燥处理对桉树木材抗干缩性能的影响研究.广东林业科技 ():.周凡高鑫付宗营等.大径级火力楠木材干燥特性和干燥工艺研究.西北林学院学报 ():.李荣荣 王传贵 刘成倩.干燥工艺对枫香木材微观结构的影响研究.林产工业 ():.薛巨峰.木材干燥含水率测试及水分迁移特征的研究.哈尔滨:东北林业大学.陈太安罗茜孙庭聪等.厚滇青冈木材的间歇干燥工艺.木材工业():.