一種木材表面的碳化裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種木材表面的加工和改性方法，尤其是涉及一種木材表面的碳化裝 置及方法，屬于木材表面處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 為了延長木材使用壽命，減緩森林資源消耗，保護生態環境，對木材表面進行改性 處理，克服木制品使用中存在的不耐久、易變形等缺點，增加表面紋理的凸凹視覺和觸覺 感，一直是木材加工領域的技術熱點。不久前出現將木材表面碳化的處理辦法，在增加木材 表面防腐、防蛀、防水等方面取得明顯的效果。
[0003] 表面炭化木一般是用氧焊槍燒烤，使木材表面具有一層很薄的炭化層，對木材性 能的改變可以類比木材的油漆，但可以突顯表面凹凸的木紋，產生立體效果。由于其營養成 分被破壞，使其具有較好的防腐防蟲功能，由于其半纖維素吸水官能團被重組，使產品具有 較好的物理性能，炭化防腐木是真正的綠色環保產品，盡管產品具有防腐防蟲性能，卻不含 任何有害物質，不但提高了木材的使用壽命，而且不會在生產和使用過程中以及使用后的 廢料處理對人體、動物和環境有任何的負面影響。
[0004] 雖然表面碳化木工藝已經應用于生產中，但是還有很多缺點如碳化中氧焊槍火焰 的內焰、外焰燃燒時氧氣含量不一樣，內焰、外焰的溫度和碳化條件是不一樣的，將會導致 碳化后木材表面碳化程度不均勻，有時會過度碳化，生產出來的產品質量不穩定；在碳化過 程中需要人手動操作氧焊槍，用肉眼看碳化的效果，能耗大，生產成本高、勞動惡劣、效率低 等。
【發明內容】
[0005] 為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種木材表面的碳化裝置及方 法，通過大大功率的激光做熱源，通過光學變換產生條型的光源瞬間急劇加熱木材表面，起 到快速碳化木材表面的效果，通過調整激光光源和被碳化木材的移動速度來調整木材表面 碳化的程度，克服現有的木材表面碳化處理表面質量不均勻；能耗大，勞動環境差、效率低 等問題。
[0006] 為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：
[0007] 一種木材表面的碳化裝置，其特征在于，包括激光發生器、凹柱面鏡、凸柱面鏡、全 反射棱鏡和木材輸送帶，激光發生器與凹柱面鏡之間形成激光發射路徑，凹柱面鏡和凸柱 面鏡之間形成激光第一反射路徑，且凸柱面鏡和全反射棱鏡之間形成第二反射路徑，而全 反射棱鏡和木材輸送帶之間則形成激光照射路徑。
[0008] 進一步，所述的激光發生器與木材輸送帶的移動速度對應設置，對應關系為： (40_80)W :lm/min〇
[0009] 一種利用上述的碳化裝置進行木材表面的碳化方法，其特征在于，包括以下步驟： 將待碳化的木材放在傳送帶上，開啟激光發生器，產生一束平行的激光光束，所述的激光光 束發射到凹柱面鏡上，凹柱面鏡對發射來的激光光束進行聚縮后反射到凸柱面鏡上，形成 近似于矩形的橢圓光斑，所述的凸柱面鏡將橢圓光斑再反射到全反射棱鏡上，而全反射棱 鏡將橢圓光斑照射到待碳化的木材表面，所述的傳送帶以固定的速度帶動木材移動，對木 材表面整體進行碳化處理，碳化處理后的木材經冷卻、去除碳粉處理后得到碳化成品。
[0010] 更進一步，在碳化的過程中，還包括向待碳化木材表面噴射氮氣進行防火保護的 步驟。
[0011] 本發明的有益之處在于：本發明所述的木材碳化裝置及方法與傳統的氧焊槍燒 烤方式相比，激光表面碳化具有容易實現連續化、碳化質量均勻、對需要碳化的部位精準碳 化、可以自動化生產、生產效率高，容易實現批量化生產的優勢，同時可以噴氮氣防止材料 表面過度氧化，增加處理方法的安全性。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明所述的木材表面的碳化裝置的結構示意圖。
[0013] 圖2為激光碳化木材表面粗糙度的數據曲線趨勢圖。
[0014] 圖中附圖標記的含義：
[0015] 1、激光光束 2、凹柱面鏡 3、凸柱面鏡
[0016] 4、全反射棱鏡 5、待碳化的木材。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0018] 圖1是本發明所述的木材表面的碳化裝置的結構示意圖。
[0019] 如圖1所示：木材表面的碳化裝置，包括激光發生器（圖中未示）、凹柱面鏡2、凸 柱面鏡3、全反射棱鏡4和木材輸送帶（圖中未示），激光發生器與凹柱面鏡2之間形成激 光發射路徑，凹柱面鏡2和凸柱面鏡3之間形成激光第一反射路徑，且凸柱面鏡3和全反射 棱鏡4之間形成第二反射路徑，而全反射棱鏡4和木材輸送帶之間則形成激光照射路徑。
[0020] 選取木材試樣的寬度為150mm、厚度為25mm、長度為800mm，且木材品種為樟子松、 杉木、水曲柳木板，將以上木材試樣放在傳送帶上，開啟激光發生器，產生一束平行的激光 光束1，所述的激光光束1發射到凹柱面鏡2上，凹柱面鏡2對發射來的激光光束進行聚縮 后反射到凸柱面鏡3上，形成近似于矩形的橢圓光斑，所述的凸柱面鏡3將橢圓光斑再反射 到全反射棱鏡4上，而全反射棱鏡4將橢圓光斑照射到待碳化的木材5表面，對木材表面整 體進行碳化處理，碳化處理后的木材經冷卻、去除碳粉處理后得到碳化成品，其中，去除碳 粉的具體方法為用砂帶輕輕砂去表面的碳化后的碳粉。而在上述實施例所述的木材表面的 碳化過程中，還可以噴氮氣起到防止意外著火。
[0021] 在碳化過程中，可以調整激光功率的大小和木材通過速度改變碳化的程度。在本 實施例中，所述的傳送帶以固定的速度5m/min帶動木材移動，激光的類型為二氧化碳激 光，最大功率為400W。當然，所述的激光發生器與木材輸送帶的移動速度為對應設置，對應 關系滿足：（40-80)W :lm/min即可。
[0022] 不同條件下三種木材的激光碳化表面粗糙度如表1所示：
[0023] 表1 :不同條件下三種木材的激光碳化表面粗糙度
[0024]
【主權項】
1. 一種木材表面的碳化裝置，其特征在于，包括激光發生器、凹柱面鏡、凸柱面鏡、全反 射棱鏡和木材輸送帶，激光發生器與凹柱面鏡之間形成激光發射路徑，凹柱面鏡和凸柱面 鏡之間形成激光第一反射路徑，且凸柱面鏡和全反射棱鏡之間形成第二反射路徑，而全反 射棱鏡和木材輸送帶之間則形成激光照射路徑。
2. 根據權利要求1所述的一種木材表面的碳化裝置，其特征在于，所述的激光發生器 的功率與木材輸送帶的移動速度對應設置，對應關系為：（40-80) W :lm/min。
3. -種利用權利要求1所述的碳化裝置進行木材表面的碳化方法，其特征在于包括 以下步驟：將待碳化的木材放在傳送帶上，開啟激光發生器，產生一束平行的激光光束，所 述的激光光束發射到凹柱面鏡上，凹柱面鏡對發射來的激光光束進行聚縮后反射到凸柱面 鏡上，形成近似于矩形的橢圓光斑，所述的凸柱面鏡將橢圓光斑再反射到全反射棱鏡上，而 全反射棱鏡將橢圓光斑照射到待碳化的木材表面，所述的傳送帶以固定的速度帶動木材移 動，對木材表面整體進行碳化處理，碳化處理后的木材經冷卻、去除碳粉處理后得到碳化成 品。
4. 根據權利要求3所述的一種木材表面的碳化方法，其特征在于，在碳化的過程中，還 包括向待碳化木材表面噴射氮氣進行防火保護的步驟。
【專利摘要】本發明公開了一種木材表面的碳化裝置及方法，利用激光發生器、凹柱面鏡、凸柱面鏡、全反射棱鏡和木材輸送帶對木材表面進行碳化處理，通過大大功率的激光做熱源，通過光學變換產生條型的光源瞬間急劇加熱木材表面，起到快速碳化木材表面的效果，通過調整激光光源和被碳化木材的移動速度來調整木材表面碳化的程度。本發明所述的木材碳化裝置及方法與傳統的氧焊槍燒烤方式相比，激光表面碳化具有容易實現連續化、碳化質量均勻、對需要碳化的部位精準碳化、可以自動化生產、生產效率高，容易實現批量化生產的優勢，同時可以噴氮氣防止材料表面過度氧化，增加處理方法的安全性。
【IPC分類】B27M1-06
【公開號】CN104875264
【申請號】CN201510261401
【發明人】徐兆軍, 劉 英, 丁濤, 王寶金, 緱斌麗, 楊雨圖
【申請人】南京林業大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月21日