本發(fā)明涉及一種木材的滲透性控制方法，特別涉及一種利用微波熱處理控制木材滲透性的方法，屬于木材加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、木材微波處理作為一種新型木材處理技術(shù)，具有高效快速、加熱均勻、節(jié)能環(huán)保、適用性高等優(yōu)勢(shì)，為優(yōu)化木材性能，開(kāi)發(fā)新型木質(zhì)材料提供了重要?jiǎng)?chuàng)新方向，近年來(lái)，利用微波進(jìn)行木材處理的研究日益興盛。

2、專(zhuān)利cn202510020535.3公開(kāi)一種微波協(xié)同化學(xué)處理木材的裝置，通過(guò)微波協(xié)同化學(xué)方法處理木材，減少了木材的處理時(shí)間，可提高大幅面木材的滲透性和處理的均勻性以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。專(zhuān)利cn202411719620.0公開(kāi)了一種基于微波的實(shí)木地板坯料的熱處理方法，該方法采用間歇式加熱方式進(jìn)行地板坯料的加熱處理，能夠簡(jiǎn)化微波熱處理設(shè)備，有效調(diào)控木材內(nèi)部溫度。這些研究均通過(guò)微波加熱的方式對(duì)木材進(jìn)行了處理，但主要都將微波能作為熱源促進(jìn)水分蒸發(fā)，不刻意破壞木材原有結(jié)構(gòu)。

3、木材微波膨化技術(shù)作為木材微波處理技術(shù)中的一種特殊應(yīng)用，通過(guò)較高的微波能量引起木材內(nèi)部水分快速汽化，并在木材內(nèi)部快速生成蒸汽壓力，可定向破壞細(xì)胞壁薄弱區(qū)域，重塑孔隙網(wǎng)絡(luò)，提高木材滲透性，從而為木材改性提供良好條件，有效改良木材性能，賦予木材優(yōu)異的力學(xué)性能、高導(dǎo)熱性及阻燃性等特性。專(zhuān)利cn201810244281.3公開(kāi)了一種木材的膨化方法及其制備的膨化木材，通過(guò)對(duì)木材進(jìn)行微波輻射處理，使木材膨化并得到膨化木材。專(zhuān)利cn201610987921.0公開(kāi)了一種基于木材為介質(zhì)的微波饋口結(jié)構(gòu)，為木材微波膨化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了設(shè)備裝置。專(zhuān)利cn202010143281.1公開(kāi)了一種利用微波技術(shù)提高楊木單板滲透性的方法，其通過(guò)對(duì)微波預(yù)處理設(shè)備的諧振腔底部進(jìn)行預(yù)熱，采用微波預(yù)處理設(shè)備對(duì)木材試件進(jìn)行預(yù)測(cè)試處理至木材試件升溫速率基本穩(wěn)定，并在穩(wěn)定的微波處理溫度下對(duì)木材試件進(jìn)行微波處理，通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)部蒸汽壓，提升木材滲透性。專(zhuān)利cn202411168718.1公開(kāi)了一種高強(qiáng)度改性竹木材及其制備方法，通過(guò)對(duì)竹木材原料進(jìn)行微波預(yù)處理，得到微波處理材；再采用酸性阻燃催化劑溶液對(duì)微波處理材進(jìn)行浸漬處理，并干燥處理，得到阻燃改性材；最后采用糠醇硼砂溶液對(duì)阻燃改性材進(jìn)行浸漬處理，并干燥處理，得到高強(qiáng)度改性竹木材，克服現(xiàn)有技術(shù)中糠醇樹(shù)脂改性技術(shù)的改性效果較差并且成本較高的缺陷。這些專(zhuān)利為推進(jìn)木材微波膨化技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但由于影響微波膨化的因素較多，上述研究通常只在膨化過(guò)程中考慮某單一因素變量，且未形成系統(tǒng)化的微波膨化控制體系，無(wú)法對(duì)膨化過(guò)程及膨化效果進(jìn)行有效預(yù)測(cè)與調(diào)控。

4、基于此，本發(fā)明聚焦木材微波膨化技術(shù)，從構(gòu)建微波膨化處理?xiàng)l件與木材滲透性的關(guān)系出發(fā)，通過(guò)精準(zhǔn)控制微波處理時(shí)間、微波功率和木材含水率，優(yōu)化木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善木材滲透性能，并且提供具有普適性的控制模型，可依據(jù)所需木材使用場(chǎng)景及性能要求，有針對(duì)性地預(yù)測(cè)并調(diào)控處理過(guò)程，使木材達(dá)到合適的滲透性，有效降低木材改性成本，提高改性效率，為推進(jìn)木材微波處理工藝的完善起到了重要作用。

5、木材的傳統(tǒng)微波膨化處理雖然能夠改變木材滲透性，但由于缺乏具體控制方法，導(dǎo)致膨化過(guò)程中無(wú)法提前準(zhǔn)確預(yù)知微波膨化處理對(duì)木材性能的影響程度，同時(shí)，難以根據(jù)所需木材滲透性提升水平，準(zhǔn)確提供滿(mǎn)足該處理要求的具體處理工藝參數(shù)。因此，在當(dāng)前已有微波膨化處理方法中，尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)木材微波膨化處理效果的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與精準(zhǔn)調(diào)控。

6、采用本發(fā)明方法對(duì)木材微波膨化處理進(jìn)行精確控制，可針對(duì)不同生產(chǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景需求，有目的性地對(duì)微波膨化處理?xiàng)l件與工藝參數(shù)進(jìn)行選擇，從而有效預(yù)測(cè)與調(diào)控處理后的木材滲透性能。通過(guò)該技術(shù)方法的使用，可有效保證微波膨化處理質(zhì)量、提高處理效率，對(duì)提升木材微波膨化技術(shù)的應(yīng)用效果、拓展應(yīng)用場(chǎng)景具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有木材微波膨化處理中存在的無(wú)法提前準(zhǔn)確預(yù)知處理效果，準(zhǔn)確控制木材微波膨化處理后的木材滲透性，以及難以準(zhǔn)確提供滿(mǎn)足特定處理需求的具體工藝參數(shù)等技術(shù)問(wèn)題，提供一種精確控制木材滲透性的微波處理方法，采用本發(fā)明方法，對(duì)木材的微波膨化處理進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，使木材內(nèi)部水分快速汽化并形成高溫高壓蒸汽、破壞木材內(nèi)部薄弱結(jié)構(gòu)，從而打通流體滲透通道，精準(zhǔn)提升木材的滲透性，為木材改性劑等試劑向木材中的浸漬填充提供良好的先決條件。

2、木材的滲透性是衡量木材性能與干燥、浸漬效果的重要指標(biāo)，通過(guò)木材的滲透系數(shù)，可反映出木材的滲透性，為判斷木材材質(zhì)優(yōu)劣以及進(jìn)行后續(xù)功能性改良提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，高滲透性的木材具有更高效的均勻傳質(zhì)效果以及改性效率。

3、本發(fā)明基于微波膨化技術(shù)及所提出的微波膨化處理控制模型，可通過(guò)控制微波膨化處理功率、處理時(shí)間以及試材初含水率，實(shí)現(xiàn)木材滲透性的高效、精準(zhǔn)調(diào)控，以滿(mǎn)足在不同的加工與使用場(chǎng)景下對(duì)木材滲透性的不同需求，例如：在不同的浸漬過(guò)程中可能對(duì)木材的滲透性具有不同要求。例如，在浸漬水溶性低分子量樹(shù)脂或染液時(shí)，對(duì)木材的滲透性要求就比較低，但當(dāng)浸漬高分子量樹(shù)脂時(shí)就需要較高的滲透性。在浸漬金屬等材料時(shí)，甚至需要更高的滲透性水平。

4、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種精確控制木材滲透性的微波處理方法，包括對(duì)木材進(jìn)行微波膨化處理。

5、其中，所述木材為泡桐、楊木、柳木、桉木或松木。

6、特別是，所述木材的尺寸為(200-500)mm(長(zhǎng))×(50-200)mm(寬)×(10-50)mm(厚)。

7、特別是，所述微波膨化處理的微波功率大于5kw，優(yōu)選為5-20kw。

8、特別是，在微波膨化處理過(guò)程中，所使用的微波膨化處理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的微波功率大于5kw，優(yōu)選為5-20kw。

9、本發(fā)明另一方面提供一種精確控制木材滲透性的微波處理方法，包括如下進(jìn)行的步驟：

10、1)測(cè)定待處理木材的初始滲透系數(shù)k0，根據(jù)公式(2)確定微波處理后木材的滲透系數(shù)提升倍數(shù)k′，其中公式(2)為：

11、k＝k'*k0?(2)

12、公式(2)中：k為處理后的木材的滲透系數(shù)，10-11/m2；k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；k0為未處理木材的初始滲透系數(shù)，10-11/m2；

13、2)測(cè)定待處理木材的含水率mc；

14、3)調(diào)查木材微波處理的操作條件，即微波處理功率p和微波時(shí)間τ；

15、4)如果微波操作條件中任意1個(gè)操作條件確定(即由于生產(chǎn)條件限制其中任意一個(gè)不能調(diào)節(jié)，為固定值)的前提下，則根據(jù)微波處理后木材的滲透系數(shù)要求，按照公式(1)計(jì)算，篩選獲得微波處理剩下1個(gè)操作條件；

16、k’＝0.00156-0.0149mc+0.0340τ+0.1352p-0.0013(lnmc)2+0.0010τ0.5

17、+0.0021p0.5lnp

18、(1)

19、公式(1)中：k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；p為微波功率，kw；mc為待處理木材含水率，％；τ為微波處理的時(shí)間，s；

20、5)微波處理

21、按照步驟4)確定的微波處理工藝，對(duì)步驟2)測(cè)定了含水率的木材進(jìn)行微波處理。

22、其中，步驟1)中所述木材的滲透系數(shù)按照《木材干燥熱質(zhì)傳遞理論與數(shù)值分析》中的木材滲透性的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)定。

23、特別是，按照gb/t?1927.4-2021《無(wú)疵小試樣木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法第4部分：含水率測(cè)定》的方法測(cè)定待處理泡桐木材試件的含水率。

24、特別是，還包括對(duì)木材進(jìn)行微波處理之前，進(jìn)行含水率的平衡處理，即將測(cè)定了含水率的木材用保鮮膜包裹，在20-30℃的條件下，靜置放置24-72h，以減小木材內(nèi)部不同區(qū)域的含水率差異，提高含水率均勻性。

25、本發(fā)明又一方面提供一種精確控制木材滲透性的微波處理方法，包括如下進(jìn)行的步驟：

26、1)測(cè)定待處理木材的初始滲透系數(shù)k0，根據(jù)公式(2)確定微波處理后木材的滲透系數(shù)提升倍數(shù)k′，其中公式(2)為：

27、k＝k′*k0?(2)

28、公式(2)中：k為處理后的木材的滲透系數(shù)，10-11/m2；k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；k0為未處理木材的初始滲透系數(shù)，10-11/m2；

29、2)測(cè)定待處理木材的初始含水率mc0；

30、3)調(diào)查木材微波處理的操作條件，即微波處理功率p和微波時(shí)間τ；

31、4)如果微波處理操作條件的微波處理功率p和微波時(shí)間τ二者均確定(即由于生產(chǎn)條件限制二者均不能調(diào)節(jié)，為固定值)的前提下，則根據(jù)微波處理后木材的滲透系數(shù)要求，按照公式(1)計(jì)算，篩選獲得置于微波處理設(shè)備內(nèi)進(jìn)行微波處理的木材的含水率mc；

32、k’＝0.00156-0.0149mc+0.0340τ+0.1352p-0.0013(lnmc)2+0.0010τ0.5

33、+0.0021p0.5lnp

34、(1)

35、公式(1)中：k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；p為微波功率，kw；mc為待處理木材含水率，％；τ為微波處理的時(shí)間，s；

36、5)微波處理

37、5a)如果計(jì)算的含水率mc與木材的初始含水率mc0相同，則將木材直接置于微波膨化處理設(shè)備內(nèi)，并按照步驟4)確定的微波處理工藝，對(duì)木材進(jìn)行微波處理；

38、5b)如果計(jì)算的含水率mc與木材的初始含水率mc0不同，則對(duì)木材含水率進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，直至木材的含水率達(dá)到mc后，再按照步驟4)確定的微波處理工藝，對(duì)木材進(jìn)行微波處理，其中：

39、如果計(jì)算的含水率mc小于木材的初始含水率mc0，則對(duì)木材進(jìn)行干燥處理，使木材的含水率降低，直至與mc相同；

40、如果計(jì)算的含水率mc大于木材的初始含水率mc0，則對(duì)木材進(jìn)行加濕處理，使木材的含水率增加，直至與mc相同。

41、特別是，步驟1)中所述木材的滲透系數(shù)按照《木材干燥熱質(zhì)傳遞理論與數(shù)值分析》中的木材滲透性的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)定。

42、特別是，還包括對(duì)木材進(jìn)行微波處理之前，進(jìn)行含水率的平衡處理，即將步驟5b)中進(jìn)行了含水率調(diào)節(jié)處理后的木材用保鮮膜包裹，在20-30℃的條件下，靜置放置24-72h，以減小木材內(nèi)部不同區(qū)域的含水率差異，提高含水率均勻性。

43、特別是，還包括對(duì)進(jìn)行了含水率平衡處理后的木材進(jìn)行封端處理，即使用環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑涂覆木材的兩端，然后環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑固化，將木材兩端密封。

44、所述環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的環(huán)氧值0.48-0.54當(dāng)量/100g，粘度11000-14000mpa.s?；谀静暮?、微波功率、處理時(shí)間調(diào)控的木材微波膨化技術(shù)控制模型

45、k’＝0.00156-0.0149mc+0.0340τ+0.1352p-0.0013(lnmc)2+0.0010τ0.5

46、+0.0021p0.5lnp

47、(1)

48、公式(1)中：k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；p為微波功率，kw；mc為待處理木材含水率，％；τ為微波加熱處理的時(shí)間，s。

49、其中，按照公式(2)計(jì)算k′，

50、k＝k′*k0?(2)

51、公式(2)中：k為處理后的木材的滲透系數(shù)，10-11/m2；k′為木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)；k0為未處理木材的初始滲透系數(shù)，10-11/m2。

52、本發(fā)明的公式(1)中，描述了微波膨化處理過(guò)程中微波功率p、微波處理時(shí)間τ以及木材初含水率mc對(duì)滲透系數(shù)的提升倍數(shù)k′的影響規(guī)律。

53、通過(guò)帶入特定處理過(guò)程中的微波功率、微波處理時(shí)間以及木材初含水率，可求得滲透系數(shù)的提升倍數(shù)k′。

54、通過(guò)公式(2)k＝k′*k0，可計(jì)算得到處理后試材的滲透性數(shù)值，從而對(duì)微波處理效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。

55、例如：假設(shè)泡桐初始滲透系數(shù)k0為2.5×10-11/m2，在含水率為35％，微波功率為9.0kw，微波處理時(shí)間為35s的條件下，代入公式(1)計(jì)算得到木材滲透系數(shù)的提升倍數(shù)k′為2，則在該條件下微波處理后的滲透系數(shù)k＝k′*k0＝5.0×10-11/m2。)

56、同樣的，當(dāng)已知所需要達(dá)到的滲透性數(shù)值，即上式中的k，結(jié)合公式(2)k＝k′*k0，可求得k′，即我們通過(guò)特定的微波膨化處理?xiàng)l件所能實(shí)現(xiàn)的滲透系數(shù)提升倍數(shù)。進(jìn)而，根據(jù)公式1，可在結(jié)合實(shí)際處理場(chǎng)景及設(shè)備條件限制下，確定微波功率、微波處理時(shí)間以及木材初始含水率三個(gè)處理工藝參數(shù)中的兩個(gè)的前提下，求得第三個(gè)工藝參數(shù)的具體取值，從而據(jù)此對(duì)微波處理過(guò)程進(jìn)行控制，以保證經(jīng)微波膨化處理后木材的滲透性達(dá)到要求數(shù)值。

57、例如：假設(shè)泡桐初始滲透系數(shù)k0為2.5×10-11/m2，想要使得微波處理后的滲透系數(shù)k為5.0×10-11/m2。則根據(jù)公式(2)計(jì)算得到k′＝2，然后再結(jié)合實(shí)際微波處理工藝，根據(jù)公式(1)，計(jì)算得到微波膨化處理至要求滲透系數(shù)的木材所需要的微波膨化處理工藝參數(shù)(mc、p、τ)。

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

59、本發(fā)明方法不僅能夠有效提高木材的滲透性，而且更重要的是能夠基于微波膨化處理控制模型，實(shí)現(xiàn)微波膨化處理后木材滲透性的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和調(diào)控，根據(jù)所需木材滲透性要求，提供具體的微波膨化處理工藝參數(shù)，從而保證較高的微波膨化處理效率，節(jié)約木材資源。

60、在本發(fā)明的微波膨化處理控制模型中，根據(jù)木材滲透系數(shù)提升倍數(shù)與微波處理工藝(微波處理功率、處理時(shí)間)、待處理木材的含水率等參數(shù)的具體關(guān)系，針對(duì)所需的木材滲透性數(shù)值，精確獲知并確定模型中的操作參數(shù)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)處理效果即木材滲透系數(shù)的有效控制。

61、采用本發(fā)明方法不僅能精確控制木材的滲透性能，還可以有效提高微波膨化處理的效率，避免了反復(fù)試錯(cuò)導(dǎo)致的時(shí)間、能源消耗和木材資源浪費(fèi)，高效得到所需滲透性的木材；另一方面，精準(zhǔn)調(diào)控木材滲透性至與不同生產(chǎn)使用場(chǎng)景下所用改性劑相匹配的程度，即能夠保證具有特定分子量的改性劑能夠順利浸漬如木材，而且也能夠避免木材滲透性過(guò)渡提升導(dǎo)致的力學(xué)性能下降與能源浪費(fèi)。

62、本發(fā)明方法可以對(duì)木材微波膨化處理后的木材的滲透性即滲透吸收進(jìn)行精確的量化控制，通過(guò)調(diào)整微波處理工藝(微波處理功率、處理時(shí)間)，或待處理木材的含水率等，來(lái)調(diào)整微波膨化處理效果，調(diào)整并控制木材的滲透系數(shù)。

63、本發(fā)明方法可以按照微波處理后的木材的用戶(hù)的要求，精確生產(chǎn)用戶(hù)所需的木材產(chǎn)品，節(jié)約木材，節(jié)約資源，生產(chǎn)的木材的滲透系數(shù)與客戶(hù)要求的滲透系數(shù)的誤差在±5％以?xún)?nèi)。