微波技術(shù)在木材加工業(yè)中的應(yīng)用

微波技術(shù)在木材加工業(yè)中的應(yīng)用

微波加熱技術(shù)在木材加工領(lǐng)域的應(yīng)用可分為：膠合、干燥、可塑化、熱處理四類。前三類的應(yīng)用有著很長的歷史，而熱處理則是近幾年新開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域。

一、木制品膠合

木材的熱導(dǎo)率極低，對(duì)大規(guī)格膠合材而言，采用常規(guī)加熱方式的膠合效率很低。而電磁波加熱效率高，且開發(fā)了適用于電磁波加熱的黏合劑，因此，電磁波加熱技術(shù)在木材膠合領(lǐng)域發(fā)展較快，應(yīng)用最廣，例如：日本的微波加熱設(shè)備有50%以上用于膠合。由于高頻加熱時(shí)黏合劑的介電損失系數(shù)遠(yuǎn)比木材高，可通過只對(duì)黏合劑進(jìn)行加熱固化來實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。目前采用整體加熱方式膠合單板、用選擇加熱方式膠合復(fù)合（集成）板和用表面加熱方式膠合貼面板等技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于家具、建材生產(chǎn)中。

以復(fù)合板為例。復(fù)合板是將木板或小徑鋸材沿平行木紋方向膠合而成。為使結(jié)構(gòu)用集成材達(dá)到一定的承載強(qiáng)度，一般要先用熱固性黏合劑進(jìn)行膠合，再冷壓24h以上。如果采用溫度100℃的普通熱壓機(jī)熱壓，根據(jù)材料斷面尺寸不同，需幾十分鐘至數(shù)小時(shí)。而使用高頻選擇加熱方式，只需要2-5min就能夠達(dá)到良好的膠合效果，生產(chǎn)時(shí)間大大縮短。

二、木材干燥

家具用材、木地板、墻面裝飾木等在加工過程中，為保證木材的尺寸穩(wěn)定，必須進(jìn)行干燥處理。近年來，住宅用的柱材等結(jié)構(gòu)用材也開始要求進(jìn)行干澡。常規(guī)蒸汽干燥對(duì)小尺寸柱比較適宜，但如果木材斷面尺寸太大，不僅干燥時(shí)間長，而且容易出現(xiàn)開裂、彎曲等干燥缺陷，降低木材的品質(zhì)。為此，在高頻真空干燥的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出高頻-蒸汽聯(lián)合干燥技術(shù)、懸掛式微波干燥技術(shù)及微波加熱原木干燥系統(tǒng)。

（1）微波真空干燥。

將木材置于真空罐內(nèi)，在空度為5. 3~13. 3kPa的條件下，進(jìn)行微波加熱。這種方法降低了木材中水分的沸點(diǎn)，可在40~60℃的低溫下干燥木材，不僅能減少木材變色、變形及開裂，而且干燥速度大大加快。特別是用于裝飾用闊葉樹鋸材和大斷面鋸材的干燥時(shí)，比熱風(fēng)干燥時(shí)間縮短7~17倍。

（2）微波蒸汽聯(lián)合干燥。

將常規(guī)熱風(fēng)干燥與高頻加熱并用。在進(jìn)行70~90度中溫?zé)犸L(fēng)干燥時(shí)，對(duì)含水量較高的材心部分進(jìn)行高頻選擇性加熱，使其從低溫上升到100度，木材內(nèi)部因溫度梯度產(chǎn)生壓力差，促使水分向外析出，實(shí)現(xiàn)快速、均勻干燥。對(duì)帶有髓心、較難干燥的柳杉柱材，干燥所需時(shí)間只有常規(guī)熱風(fēng)的1/3左右，而且干燥后含水率均勻，變色、開裂等缺陷很少。

（3）懸掛式微波干燥。

干燥房頂部裝有一環(huán)形軌道，微波裝置安裝在側(cè)面。每根鋸材吊起后沿軌道移動(dòng)，同時(shí)自轉(zhuǎn)。在循環(huán)移動(dòng)過程中，接受微波照射進(jìn)行干燥。每轉(zhuǎn)一周自動(dòng)稱重一次，直到含水率達(dá)到要求時(shí)運(yùn)出。

（4）微波加熱圓木干燥系統(tǒng)。

由尺寸和質(zhì)量測定機(jī)、微波照射室和調(diào)濕室夠成。圓木尺寸和質(zhì)量檢測后，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入木材全干密度，計(jì)算出達(dá)到目標(biāo)含水率所需要的照射時(shí)間。原木在照射室經(jīng)微波加熱后，進(jìn)入調(diào)濕室進(jìn)行養(yǎng)生處理。整個(gè)過程由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，直至達(dá)到目標(biāo)含水率后運(yùn)出。

三、可塑化加工

木材可塑化加工是通過對(duì)木材進(jìn)行高溫加熱，實(shí)現(xiàn)木材的非破壞性彎曲和橫向壓縮。該技術(shù)19世紀(jì)30年代最先用于制造彎曲成型層積膠合板。50年代開發(fā)了將單板用熱水和蒸汽軟化處理后，嵌入鐵制模具，在加壓固定狀態(tài)下進(jìn)行干燥的可塑化加工技術(shù)，也是現(xiàn)今彎曲成型技術(shù)的基礎(chǔ)。近年來，研究出微波加熱，代替蒸汽、煮沸等加熱方式塑化處理木材的技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于椅子靠背、家具支腿、樂器、傘柄、轎車方向盤等的生產(chǎn)。高頻加熱可同時(shí)進(jìn)行單板的干燥與層積膠合，有效縮短了加熱時(shí)間，減少工序，大大降低塑化加工成本。

木材可塑化處理技術(shù)還被用于木材密實(shí)化加工。20世紀(jì)初，開始研究出毛櫸和樺木木材的的密實(shí)化加工；近年，為擴(kuò)大柳杉等軟質(zhì)木材的利用范圍，又進(jìn)行了大量柳杉木材層積材密實(shí)化、木材表面密實(shí)化等技術(shù)開發(fā)，以提高柳杉木材強(qiáng)度，改善其加工性能。在大斷面鋸材的密實(shí)化處理中，高頻加熱技術(shù)的應(yīng)用亦越來越廣泛。目前，密實(shí)化木材主要用于家具、地板、木窗、門框、木結(jié)構(gòu)建筑的門庭用材、甲板、扶手等部件的制造。

四、木材熱處理

基于改善居住環(huán)境和健康方面的考慮，建筑中現(xiàn)已限制使用含有機(jī)揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的材料。因此，在新型工程木材的開發(fā)中，不使用化學(xué)藥劑、合成樹脂的材料處理方法受到重視。高頻加熱處理技術(shù)可在不使用任何黏合劑和化學(xué)藥劑的情況下，實(shí)現(xiàn)密實(shí)化木材的永久固定以及刨花板的無膠膠合，是一項(xiàng)環(huán)境友好型材料處理技術(shù)。

此外，還可在不使用任何化學(xué)藥品的情況下，迅速殺滅木材中的蟲菌。在環(huán)保型木材防腐處理方面，也有著廣泛的應(yīng)用前景。

（1）壓縮木材的尺寸穩(wěn)定。木材在壓縮變形的狀態(tài)下，施行高頻加熱，使木材溫度迅速升至180~200度。此時(shí)，木材中的半纖維素和木質(zhì)素等主要成分將部分分解和再聚合，起到黏合劑的作用。由于木材內(nèi)部保持高溫、高壓、高含水率狀態(tài)，即與高溫、高壓蒸汽處理的原理及效果相同，因而能夠在短時(shí)間內(nèi)使變形永久固定。與蒸汽處理相比，不需要使用高壓容器，操作安全易行，而且克服了蒸汽處理從外部向木材中心傳熱效率低、大斷面鋸材制品處理難的缺點(diǎn)，在較短時(shí)間內(nèi)完成加工處理。

（2）無膠刨花板制造。現(xiàn)已開發(fā)出將建筑廢棄木材、樹木枝丫材等(包括洋麻等非木質(zhì)植物材料)制成刨花，在不使用任何膠黏劑的情況下，加工成刨花板新技術(shù)。加工過程是:首先對(duì)刨花進(jìn)行高溫、高壓蒸汽處理，使其中的半纖維素分解。之后，高頻加熱使其達(dá)到180~190℃，再經(jīng)過加壓成型，使刨花自身膠合成板。這種板的物理力學(xué)性能較低，使用范圍有限，主要用作雜草抑制用材、土壤固定用材、水泥模板等。但由于具有環(huán)保、安全、資源可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，也是今后木材學(xué)科研究的重要內(nèi)容之一。

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