竹材微波干燥

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1、竹材微波干燥B.E. Prasad Krishna K. Pandey摘要：本文主要通过对名叫Dendrocalamus stocksii的竹种进行微波干燥，进而得出结 论。在一个连续带式微波干燥机中，控制微波输出功率为4001600W,对竹材试样进行不同 时间段的干燥，确定水分的损失。把微波干燥速率与干燥窑干燥速率进行比较。结果显示： 通过使用连续式微波干燥机可以完成对D. stocksii竹种进行高质量地干燥。在微波干燥中， 干燥时间显著减少，从用传统的干燥窑干燥的几天减少到用微波干燥的几个小时。1引言竹子是一种生长非常快速的植物，拥有很高的强度，能被用作建筑材料。竹 子具有很高的含水率，

2、因此需要及时进行干燥处理以避免生物腐朽。由于竹材过 度收缩而对生物降解和变形具有敏感性，使得对其进行快速干燥成为必需。在木 材加工中，干燥是一个耗能耗时的过程，并要投入大量的资金。传统的干燥方法需要很长的干燥时间，以便获得高质量的材料免于降解。目 前，有许多不同种的木材干燥方法；最普通的干燥方法是气干和窑干。工业加工 中不太常用到的干燥方法有依据高频电磁场的微波干燥（MW），真空微波干燥或 者高频真空干燥。常规窑干方法中的主要问题是能耗高，干燥效率低。微波，作 为一种替代者，与传统窑干相比能显著减少干燥时间。（Antti 1995;Leiker and Adamska2004）。除了加速干燥外

3、，微波干燥增加了渗透性，促进了树种加防腐剂之后的耐火 处理，同时也缓解了木材干燥压力的增长。（Torgovnikov and Vinden2009;Vindenetal. 2010）。在本文中，用微波干燥机对Dendrocalamus stocksii竹种的干燥行为进行研 究。竹材微波干燥还没有研究。在连续带式微波干燥机中，对竹材进行干燥，不 同时间段控制微波的输出功率为4001600W,确定水分的损失。把微波干燥速率 与干燥窑干燥速率进行比较。2材料与方法D. stocksii （平均长度6米；平均直径25mm），采集自班加罗尔的卡纳塔克 邦林业部门。窑干：把100根竹竿堆成10排（长度为1

4、.5米），在40C除湿机中干 燥（百瑞空气工程有限公司，印度班加罗尔）。用6个参照试样来估计平均水分损 失/含水率。干燥过的试件在曝光后，进行视觉检查，挑选出有干燥缺陷的试件。用一个当地制造的连续带式微波干燥机进行微波加热。微波空腔是长方形的 （腔尺寸为193cmX32cm），在上面有一个排气扇。微波功率由两个用空气冷却的磁控管（频率2.4GHz，容量1.2kW）产生。把竹竿放在来回移动的传送带上，传 送速度为50mm/s。微波辐射垂直于竹材试件长度方向上产生。把六个重复的竹材 试件（试件尺寸为长1.5m，平均直径25mm ）暴露在微波干燥机中，在不同的时间 段，控制不同的微波输出功率分别为4

5、00、800、1600W,确定水分的损失。3结果与讨论确定平均水分损失（ML）： ML（%）=100（W-W）/ W ； W是试样曝光前的ifii初重，W是试样干燥后的重量。计算竹材试件的含水率（MC）: MC（%）100（W-W）fi o/ W； W是试件绝干的重量。oo() lusuoo alntoouu 一 ws- alntoowDrying time （days）图1 D. stocksii在40C下窑干，水分损失（a）和含水率（b）的曲线D. stocksii进行窑干后，水分损失和含水率的曲线如图1。通过窑干，把竹 材试件干燥，使含水率达到10%，所需的时间大约为16天。把竹材试件暴

6、露在微波输出功率为4001600W的微波腔中，该微波腔配备有 一个传送带。连续暴露在微波辐射中，尤其是在较高的微波输出功率下，导致竹 材过热和热分解。因此，把竹竿暴露在微波干燥机中持续20分钟，然后允许冷却 20分钟。继续这个循环，直到获得恒重。() s ppnlsos/ luccoQalnrio乏在微波干燥期间，D. stocksii的水分损失和含水率的曲线如图2。Drying time (min.)图2在微波输入功率为800W和1600W下，D. stocksii的水分损失（ML） 和含水率（MC）的曲线。（a）和（b）分别是1600W和800W下的水分损失，（c） 和（d）分别是800W

7、和1600W下的含水率。可见，在高含水率的最初阶段，水分损失速率是非常高的。当含水率很高的 时候，在干燥周期早期，水分蒸发很快。在微波输出功率为1600W时，含水率达 到大约10%所需的干燥时间是120分钟。研究发现，微波输入功率对于竹材干燥速率和干燥质量有一个显著的效果。 随着微波功率的增加，水分损失速率急速增加。利用水分损失和/或含水率（MC） 数据来决定干燥速率。含水率随时间而减少。通过把含水率数据代入一阶指数函 数（1），计算水分损失的速率常数（k），MC=A +A e-kt（1）0 1研究发现，在微波干燥期间，微波输出功率为400、800和1600W时，水分 损失速率常数的值分别为0

8、.0015、0.008和0.02min-1。比较图1和图2显示出，微波干燥的干燥时间大量减少。干燥时间从用窑干 的几天减少到用微波干燥的几分钟。对用微波干燥处理的竹材试件和用窑干干燥 的试件的干燥分解（分裂和开裂以及其他的分解）进行肉眼观察比较，可以得出， 微波干燥对干燥质量没有不利影响。在微波干燥中，竹材被暴露在具有高频微波 辐射的电磁场中。偶极分子，例如水分子，开始转变成和电磁场相同的频率。用 高频(微波频率为300MHz300GHz)搅动这些分子，使竹材的温度增加。竹材虽然非常有用，具有各种不同的终极用途，但是和木材比较起来还是有 涉及到防腐处理的重大问题。微波干燥技术能解决这个问题，正

9、如已经被发现的 木材一样(Torgovnikov and Vinden 2009; Vinden et al.2010)。4结论结果显示，通过使用输送带式微波干燥机，可以使D. st ocksii实现快速高 质量的干燥。为了不让竹材炭化和热分解，应该避免持续的微波暴露。随着微波 输入功率的增加，干燥速率迅速增加。用微波干燥的干燥时间从用窑干的几天大 幅减少到用微波干燥的几个小时。ReferencesAntti AL (1995) Microwave drying of pine and spruce. Holz RohWerkst 53:333338Leiker M, Adamska MA (

10、2004) Energy efficiency and drying rates during vacuum microwave drying of wood. Holz Roh-Werkst 62:203-208Torgovnikov G, Vinden P (2009) High-intensity microwave wood modification for increasing permeability. For Prod J 59(4):84-92Vinden P, Torgovnikov G, Hann J (2010) Microwave modification of Radiata pine railway sleepers for preservative treatment. EurJ Wood Prod.doi:10.1007/s00107-010-0428-8