微波预处理提升木材强度的工艺

技术领域

本发明涉及木材加工的技术领域，具体为微波预处理提升木材强度的工艺。

背景技术

木材作为四大传统材料之一,具有其他材料不可比拟的优势，它既是一种绿色循环可再生的生物质材料，也是一种保障国民经济发展的重要资源。作为全球第二大木材消耗国和第一大木材进口国，近10年来中国木材消费总量增长了173%。2020年，我国木材需求量预计将超过8亿立方米，木材对外依存度超过60%，尤其是大径级优质天然林木材只能依靠进口，木材安全形势十分严峻。与天然林资源极度匮乏相反，我国人工林木材资源非常丰富。第九次全国森林资源清查结果显示，我国人工林面积7954万公顷，位居世界首位。发展杨树等速生人工林加工利用能有效缓解我国因天然林木材匮乏而造成的用材缺口,这对减少进口材依存度、保障木材供给安全以及保护国内天然林资源、改善生态环境有重要意义。

现有专利号CN104101178A提出一种木材干燥的预处理方法和木材干燥方法，将含水率大于40重量%的木材进行压缩，将预处理后的木材进行干燥，该木材干燥的预处理方法可以在较短的时间内将木材的含水率降低，并且经过压缩处理后的木材的强度损失较小，而该方法仅为快速将木材含水率降低，不能改善对木材的加工强度。

杨木是我国重要的速生丰产林和短周期工业用材林首选树种,具有适应性广、生长速度快等特点。但杨木作为速生树种其木材本身存在缺陷，如材质松软、硬度小、密度低、含水率高且分布不均，易产生干缩变形和易腐朽等，长期以来只能作为劣质材使用，产品附加值低。目前,我国人工林杨木的应用已经由最初的农村住宅建材、火柴、一次性木筷等性能要求和附加值低的产品扩展到胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板和实木拼板制造等领域，杨木的应用领域和产品附加值得到了拓展和提升，而目前杨木在实木高附加值利用领域的应用仍然没有取得突破性进展，杨木木材的强度没有得到有效的提升，因此亟需一种可以预处理提高杨木木材强度的技术。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了微波预处理提升木材强度的工艺，解决了的问题。

（二）技术方案

为实现上述目前杨木在实木高附加值利用领域的应用仍然没有取得突破性进展，杨木木材的强度没有得到有效的提升的目的，本发明提供如下技术方案：微波预处理提升木材强度的工艺，包括以下步骤：

微波预处理提升木材强度的工艺，包括以下步骤：

（a）试材：首先对杨木木材进行选取；；

（b）含水率测试：对选取后的木材进行含水量的测试；

（c）木材处理：经由核磁共振低温冻融技术，以-3℃作为自由水全部冻结而结合水尚未冻结的临界温度点，对木材进行饱水处理，测试木材饱水状态下的细胞壁孔隙结构；

（d）微波处理：利用微波对湿木材进行瞬时处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变和气体热压效应，在蒸汽膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迁移能力；

（e）木材性能测试：对微波处理后的木材首先进行表面硬度测试，并且木材的表面强度需要达到30Mpa以上，木材的静曲强度在45Mpa以上，木材的抗弯强度在50Mpa以上；

（f）木材成型确认：将测试后的木材进行统一整理，并将符合标准的木材的提取，以此完成对木材的加工。

优选的，所述核磁共振低温冻融技术，木材细胞腔中的水结冰，细胞腔直径增大，扩大了水分的传递途径，水分容易向外移动，加快木材干燥速度。

优选的，所述通过微波处理可以使木材中的水分快速汽化，迅速升高的蒸汽压力会破坏纹孔膜和射线薄壁细胞等薄弱组织，打通木材内部各级流体通道，有效提高了木材的流体渗透性，提高了木材的吸水性。

优选的，所述微波预处理可以提高木材的渗透性，加快木材内部水分的迁移速度，从而让蒸发面可以较长时间地保持在木材表面附近，减小了厚度上的含水率梯度，最终降低了于燥后的残余应力指标，为木材后期干燥、浸注处理提供了有利条件。

优选的，所述微波处理可以采用谐振腔来对木材进行微波处理。

优选的，所述对木材含水率测试可以采用烘干法，通过加热方式将样品中的水分蒸发完，根据加热前后的质量差来计算水分含量。

优选的，所述对木材含水率测试还可以采用电阻法，电阻法根据木材的电阻特性与含水率之间的关系进行，该方法测量方便、快速，可以测量的含水率范围为5％～30％。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了微波预处理提升木材强度的工艺，具备以下有益效果：

1、该微波预处理提升木材强度的工艺，通过微波预处理可以提高木材的渗透性，加快木材内部水分的迁移速度，从而让蒸发面可以较长时间地保持在木材表面附近，减小了厚度上的含水率梯度，最终降低了于燥后的残余应力指标，为木材后期干燥、浸注处理提供了有利条件，同时通过微波处理后的木材表面强度、静曲强度以及抗弯强度均得到了大幅的提升，因此有效的提高了杨木木材的前度与实用品质。

2、该微波预处理提升木材强度的工艺，通过微波处理可以使木材中的水分快速汽化，迅速升高的蒸汽压力会破坏纹孔膜和射线薄壁细胞等薄弱组织，打通木材内部各级流体通道，有效提高了木材的流体渗透性，提高了木材的吸水性。

3、该微波预处理提升木材强度的工艺，通过核磁共振低温冻融技术，木材细胞腔中的水结冰，细胞腔直径增大，扩大了水分的传递途径，水分容易向外移动，加快木材干燥速度。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明-部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

微波预处理提升木材强度的工艺，包括以下步骤：

（a）试材：首先对杨木木材进行选取；

（b）含水率测试：对选取后的木材进行含水量的测试；

（c）木材处理：经由核磁共振低温冻融技术，以-3℃作为自由水全部冻结而结合水尚未冻结的临界温度点，对木材进行饱水处理，测试木材饱水状态下的细胞壁孔隙结构，经由核磁共振低温冻融技术，木材细胞腔中的水结冰，细胞腔直径增大，扩大了水分的传递途径，水分容易向外移动，加快木材干燥速度；

（d）微波处理：利用微波对湿木材进行瞬时处理，微波处理可以采用谐振腔来对木材进行微波处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变和气体热压效应，在蒸汽膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迁移能力，通过微波处理可以使木材中的水分快速汽化，迅速升高的蒸汽压力会破坏纹孔膜和射线薄壁细胞等薄弱组织，打通木材内部各级流体通道，有效提高了木材的流体渗透性，提高了木材的吸水性，微波预处理可以提高木材的渗透性，加快木材内部水分的迁移速度，从而让蒸发面可以较长时间地保持在木材表面附近，减小了厚度上的含水率梯度，最终降低了于燥后的残余应力指标，为木材后期干燥、浸注处理提供了有利条件；

（e）木材性能测试：对微波处理后的木材首先进行表面硬度测试，并且木材的表面强度达到20Mpa以上，木材的静曲强度在35Mpa以上，木材的抗弯强度在40Mpa；

（f）木材成型确认：将测试后的木材进行统一整理，并将符合标准的木材的提取，以此完成对木材的加工。

实施例二

微波预处理提升木材强度的工艺，包括以下步骤：

（a）试材：首先对杨木木材进行选取；

（b）含水率测试：对选取后的木材进行含水量的测试，木材含水率测试采用烘干法，通过加热方式将样品中的水分蒸发完，根据加热前后的质量差来计算水分含量；

（c）木材处理：经由核磁共振低温冻融技术，以-3℃作为自由水全部冻结而结合水尚未冻结的临界温度点，对木材进行饱水处理，测试木材饱水状态下的细胞壁孔隙结构，经由核磁共振低温冻融技术，木材细胞腔中的水结冰，细胞腔直径增大，扩大了水分的传递途径，水分容易向外移动，加快木材干燥速度；

（d）微波处理：利用微波对湿木材进行瞬时处理，微波处理可以采用谐振腔来对木材进行微波处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变和气体热压效应，在蒸汽膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迁移能力，通过微波处理可以使木材中的水分快速汽化，迅速升高的蒸汽压力会破坏纹孔膜和射线薄壁细胞等薄弱组织，打通木材内部各级流体通道，有效提高了木材的流体渗透性，提高了木材的吸水性，微波预处理可以提高木材的渗透性，加快木材内部水分的迁移速度，从而让蒸发面可以较长时间地保持在木材表面附近，减小了厚度上的含水率梯度，最终降低了于燥后的残余应力指标，为木材后期干燥、浸注处理提供了有利条件；

（e）木材性能测试：对微波处理后的木材首先进行表面硬度测试，并且木材的表面强度达到30Mpa以上，木材的静曲强度在40Mpa以上，木材的抗弯强度在45Mpa；

（f）木材成型确认：将测试后的木材进行统一整理，并将符合标准的木材的提取，以此完成对木材的加工。

实施例三

微波预处理提升木材强度的工艺，包括以下步骤：

（a）试材：首先对杨木木材进行选取；

（b）含水率测试：对选取后的木材进行含水量的测试，对木材含水率测试还可以采用电阻法，电阻法根据木材的电阻特性与含水率之间的关系进行，该方法测量方便、快速，可以测量的含水率范围为5％～30％；

（c）木材处理：经由核磁共振低温冻融技术，以-3℃作为自由水全部冻结而结合水尚未冻结的临界温度点，对木材进行饱水处理，测试木材饱水状态下的细胞壁孔隙结构，经由核磁共振低温冻融技术，木材细胞腔中的水结冰，细胞腔直径增大，扩大了水分的传递途径，水分容易向外移动，加快木材干燥速度；

（d）微波处理：利用微波对湿木材进行瞬时处理，微波处理可以采用谐振腔来对木材进行微波处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变和气体热压效应，在蒸汽膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迁移能力，通过微波处理可以使木材中的水分快速汽化，迅速升高的蒸汽压力会破坏纹孔膜和射线薄壁细胞等薄弱组织，打通木材内部各级流体通道，有效提高了木材的流体渗透性，提高了木材的吸水性，微波预处理可以提高木材的渗透性，加快木材内部水分的迁移速度，从而让蒸发面可以较长时间地保持在木材表面附近，减小了厚度上的含水率梯度，最终降低了于燥后的残余应力指标，为木材后期干燥、浸注处理提供了有利条件；

（e）木材性能测试：对微波处理后的木材首先进行表面硬度测试，并且木材的表面强度达到30Mpa以上，木材的静曲强度在45Mpa以上，木材的抗弯强度在50Mpa；

（f）木材成型确认：将测试后的木材进行统一整理，并将符合标准的木材的提取，以此完成对木材的加工。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。