木质包装热处理中心温度与可测环境参数的相关性研究

木质包装热处理中心温度与可测环境参数的相关性研究 福建农林大学 硕士学位论文 木质包装热处理中心温度与可测环境参数的相关性研究 姓名:李丽 申请学位级别:硕士 专业:农业昆虫与害虫防治 指导教师:吴珍泉;王跃进 20070401木质包装热处理中心温度与可测环境 参数的相关性研究 摘要 植保公约组织制定的术质包装热处理“术材中心温度达到后处理以上“,从 日前的研究结果看来,完全能够有效杀死术质包装携带的真菌、昆虫和线虫.这一处理指标的关 键是准确确定术材的中心温度,然而在实践中,直接测定术材的中心温度需要较高的技术,企业 白行测定不能保证除害效果。因此通过实验室内准确的检测,建立相应的规范,使其在应用中只 需监测热处理设施中的温湿度,从而实现术质包装热处理简便易行具有重要的意义. 通过不同厚度、含水率、加热温湿度和木材初始温度对术材中心升温影响的研究结果表明: 术材簪度、含水率雨初始温度与升温速率负相关。加热空气温度和湿度与升温速率正相关,其中 厚度对术材热传导速率的影响最大,表现为极显著相关;其次是加热空气温度和木材含水率;加 热空气的湿度易受外界条件的影响,和加热温度存在着交互关系,热的传导始终处于不稳定状态, 和升温速率的相关性较低。 另外,研究小材初温和材质对升温速率的影响结果表明:初始温度低,术段内外存在较大的 温度差,有利于热传导,升温速率增火;密度低的术材,细胞腔比例高、热扩散率大,升温速率 加快. 初步探索了影响因子的交互作用、木材表面温度与湿球温度的关系、术材热传导速率与表面 温度的荧系,从而建立了通过环境参数预测木材中心温度的初步模型,预测值和实际值之间的差 距较小.但由于试验还在进行中,方程有待进一步在实际处理条件下检验和验证。故在论文中没 有列山. 关键词;术质包装;热处理;除害处理;植物检疫;升温速率’ ?’. ,. , 日 . , , ’ ., 曲 . . ,, . ,, 】 、 : , ,, , ; : , ,., ? , , :,. ,. . . , , 。., ., ’ . ; ; ;; ; 独创性声明 本人声明,所呈交的学位毕业论文,是本人在指导教师的指导下独立完成的 研究成果,并且是自己撰写的。尽我所知,除了文中作了标注和致谢中已作了答谢的 地方外,论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做出贡献 的同志,都在论文中作了明确的说明并表示了谢意,如被查有侵犯他人知识产权的行 为,由本人承担应有的责任。 日期。啤占., 学位哗必论文作者亲笔签名:专毹 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位毕业论文的规定,即学校有 权送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:学校可以公布论文的全部或部分内 容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密,在 年后解密可适用本授权书. 不保密,本论文属于不保密。。/ 学位毕业论文作者亲笔签名:鹰菇 日期:弘。..哗, 日期:加哆么. ?牒糍:关本质包皴热址脞巾心泓监扣铡环境参数的拥荚讹研兜 月置 随着全球贸易的速发展,小质包装材料红全址界范被更加广泛地采川.天牛科、荧闺闩 蛾、松材线虫、舣钩异翅睦蠹笛多种危险性林本有害生物随术质包装材料在全球传播的风险不断 增人.为此.世界各国对进境术质包装实行严格的检痰措施。国际植物保护公约组织在 年颁布了国际植物检疫措施标准第号‘国际贸易中的术质包装材料管理准则》,其目的 是统一和规范各国热处理指标。同时也为了防止各国借水质包装的处理问题人为地设置贸易壁 垒.这一标准规定了两种术质包装材料的检疫除害方法:热处理盯年?演甲烷熏蒸皿?根 据美国农业部有害生物风险。热处理比溴甲烷照蒸杀虫效果更有效?。蒸汽处理和干热处理 均能有效控制真菌,比虫和线虫”,弥补了熏蒸处理不一定能完全杀灭松材线虫的空缺,另外由 于溴甲烷熏蒸处理存在熏蒸操作危险人、对人气臭氧层破坏大,且受天气变化影响,有残毒等诸 多弊端,冈此国际上更广泛接受经热处理的爪质包装。 国际标准中规定热处理必须使术材中心温度达到持续以上。但是该标准对执行的 具体步骤、环境设施条件、操作要求以及详细技术指标等没有进行明确规定,迄今也未见相关文 献进行详细报道,冈此世界各国的木质包装处理企业在执行该标准时难度大,往往不能确保处理 效果, 我国人多数术质包装企业所采川的方法是通过把感温探头埋入到检测板的中心点,然后对中 心温度进行监控。此法存在很多问题,首先由于企业热处理是多种不同材种、规格和含水率的术 材混台在一起处理。这给检测扳的挑选带米了很人的难度;其次由于捏放位置和气流循环等的影 响,检测扳的中心温度不能代表所有术材的中心温度;其次准确测定中心温度需要较高的技术, 精密的检测仪器。这些条:企业往往不具备,造成大的测量误差,这样由企业白行测定,随意性 太大,不能保证热处理效果。一旦处理不合格的木包装被进口国检验发现。将给货主造成重大经 济损火,同时进口国还会对我国相应口岸出口的货物加大抽查比例,延缓通关速度,从而导致成 本增加。影响出口贸易.为了避免此类事件的发生,我国各地分别加大了保险系数。如提高热处 理温度、延热处理时间等,使得一个热处理过程展蚝的需要多个小时,极火地增加了木包 装热处理成本;浪费了能源.在此情况下,急需建立我国山入境术质包装国家标准的等同可测环 境参数,以避免企业损火,维护国家利益。 通过该项目的实施,能够精确地将小质包装国际标准热处理指标转化为易于监测的热处理设 施环境中的温湿度指标,从而建立易于操作、经济有效的热处理规范,确保我国术质包装热处理 快速、经济和有效,从而迸一步保证我国出口货物通关顺利.不仅如此,通过该项目的研究,建 立新的热处理规范,可以大大减少不必要的能源浪费,缩短热处理时闻,社会经济效益巨大.术腼也犍热址岬心;;世。巾,渊、蟪筘敞的跫?玎究 .文献综述 .有害生物热处理指标 一般而言,人多数真苗生妖的温度界限在希 之间,死亡的起始温度在,而昆虫 和螨类以上鄞开始活动,在~时蔓复眠状态,死亡的起始温度在?“”. ..真菌的致死温度 检疫中最重要的真封病害是栎枯萎病 和榆枯萎 病 .这两种都是我国一类捡疫性真菌,其中栎枯萎病主要发生于美国,当 时为了防止它的传入,许多国家禁止从美国进口栎树原术和扳材。为了突破这个贸易壁垒, 对此病卣热处理有效温度进行了研究,结果表明.热空气处理下?和? 或热水处理卜.?和一均能完全杀灭病菌“”. 术腐真菌具有分解纤维素和木质素的酶,是造成术材腐朽最普遍而严重的因素,其破坏本材 的方式有种:气腐、褐腐、千腐和软腐 。其中主要的白腐和褐腐都属于担子菌亚门”. 和 在前人热处理杀灭南洋松上真菌试验的基础上?“,使用风干的花旗松研究热处 理对担子凶类的生存影响,采川..的木段.在.到.?的温度下处理 剑小时.结果表明,无论边材还是心材,当中心温度达剑.?后处理分钟,都能有效的 杀,术腐凶““”。赵桂华年在室内平板培养法研究了不同温度对一种白腐菌杨术彩绒革 益菌 菌丝生长的影响,结果表明。在上彩绒革盖省生长的最适温 度为~,最高为?.最低为。致死温度为?”“”. ..白蚁的致死温度 使热处理防治术白蚁历史已经很久。 年报道在.下处理能有效控 制铁路上的小白蚁?,同年认为温度达剑.~?就能杀死小槛白蚁? 然而和同期得山结论认为,只有厚度小于.的术段,当温 度达剑~时才能有效控制术白蚁?,此结论使热处理应用受到了很大的限制. 和 年研究术白蚁的致死温度,结果表明在下处理能有效控 制工”,但以亓的验证试验却得山需要在.?下处理才能有效控 制上的结论,人人的延长了处理时间。 和 年证实在. .的木段中.只要术材的中心温度达到. ?就能有效控制 证实了的结论.虽然.厚的薄扳中心;;【度达到 ?经过加热和?经过加热后能完全杀死麻头砂白蚁 但在. .的术段中当中心温度达到,致死率只有%~%,这表明昆虫的致死温度不仅和 温度有关系,还受热传导速率的影响?. 热传导速率对昆虫死亡存在影响由 年提出,相对缓慢的升温速率将增加合 本胍也能热址岬小心泓膻‘』.,测叫:境参敏的卅父忡州究 成抗体篮白的时间,从而导致高温耐受性。.此结论得到和 的证实“。,并且对真菌有效“”. 留研究?温速率硐空气泓皮对 的热耐受性的影响.结果发现住 ?的低温就能完全杀灭 但他们使的晟低升温速率为.?/皿”’,但在实际热处 理中。升温速率通常低于./,有时其至会剑.?/‘”., ..鞘翅目昆虫的致死温度 鞘翅目重要的检疫种类有小蠢科、跃蠢科和天牛科等,其中天牛科的重要种类有:松墨天牛 、云杉花墨天牛 、云杉小墨天牛彪、云 杉人墨天牛彪,光肩星天牛 和黄斑星天牛月. 等。特别是年发生“天牛危机”后,光肩星天牛和黄斑星天牛的除害处理方法更得到了世 界范围内的广泛重视“‘“. 臧秀强等年对不同温度条:下松褐天牛的死亡时间进行调查,结果表明,松褐天牛裸 体幼虫在?恒温条件下处理小时,天牛幼虫无一死亡。在?、、下分别处理、 、,天牛幼虫%死亡?。 胡耿良年将术堆中心温度超过?,热处理以上作为常见木质包装热处理的技术指 标,此指标为爪堆中心温度而坼小材中心温度.王守君:【使?过热高温蒸汽处理杨于象幼虫、落叶松八齿小蠹 /成虫及 云杉人黑天牛 幼虫。当术材中心温度达到一?亓被处理害 虫经?全部死亡,或者窑内经,术材中心温度达剑后,害虫全部死亡?。 等年研究了在厚的术段中胡锯天牛裸虫致 死温度,结果表明中心温度达剑?能完全杀死崩锯天牛,达到这个温度需要加热,并且随 着本段厚度的增加,达到致死温度的时间延.经试验测定厚的术段需要.,厚 的需要.小时。明锯天牛的致死温度低于其它天牛,如松墨天牛 . 和钻蛀矮松 的昆虫需要术段中心温度达到? 后在处理以上,才能完全杀死?“. 于跃进,詹国平等年通过热空气、术材和锯末等种不同传热介质对黄斑星天牛幼虫 在不同温度条:下的热处理试验发现,木材作为传热介质时,在情况下经过可完成杀 死犬牛幼虫;臼然感染黄斑星大牛、芳香小蠹蛾尔方死种和杨干透翅蛾,规格为 的小段,当加热使中心温度达到后,幼虫和蛹全部死亡”’. 暗褐断跟犬牛 .最近从欧洲传入到加拿火的哈利法克斯和新斯科 舍,逐步引起人们的重视,为此等人研究了暗褐断眼天牛不同虫态在云杉木段中的致死 温度试验设定了不同的处理温度、处理时间和术材含水率,结果表明,成虫在和 ?一,蛹?一幼虫.和一下能达到%的致死率。幼 虫在低含水率下存活率略微高一点.为此于第二年在含水率仅为%一%的术段内傲重复试 木赝包驶热处删中心泓』韭’町测环境参教的棚关性研究 验。得到了相同的结论.这个结果证明?下处理完全能够根除略褐断眼天牛”‘”.并 且暗褐断跟天牛往幼虫阶段抗热性最强,达斟? 亡韵处理温度和处理时阊都高于成虫承蛹。此耋; 论适台人多数比虫“‘”‘. 小蠢科币长蠢科重要检瘦中列包括美洲榆小蠢/朋伽,欧洲榆小蠢 ,欧洲人榆小蠢 、西部松大小蠢 、上松人小蠢口和取钩异翅小蠢 等,其中艰钩异翅小蠹经常在我国进口术材和木质包装检疫中截获,、 等对烈钩异翅小蠢进行了热处理技术研究,?~以及?一均能完全杀死竹子内的双 钩异翅长蠢。 另据研究表明,赤拟谷盗在‘下至少处理个小时才能杀死所有虫态。各个形态的赤拟谷 盗在?一处理不同的时间.抗热性最高的是蛹,其次是老熟幼虫.成虫、低龄幼虫晟后为卵, 要达剑%的致死率,卵、低龄幼虫,老熟幼虫、蛹和成虫分别需要、、、和分 钟?.此结论和的幼虫抗熟性最强不同“”. ..松材线虫的致死温度 随术质包装材料传播的线虫主要是松材线虫 .分部于我国 钓江苏、浙江、安徽、广东、深圳和山尔长岛,国外分布予日本、朝鲜、韩国和美国.主要危害 松树和杉树。从年代开始,国内外开展了其生物学、生态学、防治等多项技术研究,其中包 括溴甲烷熏蒸、热处理等的检艘除害处理技术研究,证明了热处理是最有效的处理方法.但松材 线虫的致,峻盛度一直存在羞缀火的争议,随着各国在避出口货物中频频的截获?一“,导致热处理 失败的原因受到了极人的关注。前人利不同的方法处理松材线虫病术,得出了一系列处理温度 和时间,具体如.卜.. 对于小片热处理.结果表明当术片温度达剑?后,松材线虫数量急剧降低。朋? 的干热处理术片能完全杀死松材线虫,在?的热水中浸泡处理也能完全杀死松 材线虫.但千热处理温度为??、卜?、,处理时问最长为,以及. 处理。均不能完全杀死松材线虫?。另据研究,使用干热处理当中心温度达到?时,处 理、、能完全杀死松材线虫,或者中心温度达到、,?时处理也能杀死 ?;热水浸泡处理,,、的热水浸泡秒;或者热水浸泡处理秒能完全杀死; 热蒸汽处理时间长于印秒也能完全杀死,这些数据表明,湿热处理比干热处理更为有效”“, 并且松材线虫的死亡率与热源种类、术材含水率、时间和温度有关?’. 微波,姗,热蒸汽处理的温度达剑?以上就能完全杀死松材线虫:并且脚微波 和热蒸汽联台处理,使?更短的时间就可以使中心温度达到,也表明两种热源之间有协 同作埘““?. 对于本段热处理, 中心温度返烈对能杀死松材线虫”“’;加拿久对 松术处理.?处理能完全杀死松材线虫“。美国南部研究中心、欧盟和加拿大研究人员 术厩包驶热处理中心泓度’扣,测环境参数的棚关研究 组成的研究小组试验证明.当术材中心温度达到以上,持续处理,能够有效杀灭松材 线虫及其传播媒介昆虫?.欧盟从年开始允许使明该方法进行处理““““”,热烘干窑的 温应比?高.一般能够达到以上.所以韩国允:进口热密烘干的术材. 微波币真空干燥处理小材以去除松材线虫的成功归结于木材含水率和温度的作用,但干燥前 中心温度达到以上效果更好”’。 对于原木 只热处理,中心温度达到可杀死松 墨天牛.可杀死松材线虫和真菌;这些结果说明,处理原木中的耐热有害生物同处理 术片、术材中的效果相同。但热处理后新鲜的 和 詹 原术不能减少天牛及其携带的松材线虫的侵入”。 美国、加拿人和欧盟根据联合试验的结果,指定了松材线虫干热处理的技术指标,即术材中 心温度达到?以上保持分钟. 我国关于松材线虫热处理的研究很少.而且人多数热处理温度和时间都高于国际通标准。 例如戚龙君笛 的日本进口术块含水率一蹋,在电热恒温箱内进行室 内试验。中心温度设定为?、和,烘箱温度设定高,当中心温度达到处理 未能完全杀死,处理.可%杀死,处理.都可以%杀死。在窑内进 的试验结果表明,、?.分离不到线虫”;来仿根等研究松材线虫病疫术热烘 处理,当温度达剑?后持续,锯板中还有松材线虫活体,必须持续才能%杀灭线虫 ? 王林圳、、、的恒温水浴锚对分离的松材线虫进行处理,?的死亡率基 本达剑%,完全达到%?’。李一农等年对 的木卡板中松材线虫 致死温度的试验表明,术卡扳不论在热处理库中怎样堆放,不论厚薄大小,含水率不同,热流方 向不同等种种因素,只要热处理测定的各点中心温度达到,。就能有效地杀灭术卡板 中的备类线虫”. 综合分析以上试验结果,可以看山无论湿热处理蒸汽或水溃还是干热处理,当术材中心 达剜一定温度后并保持一定时间,都能有效控制真菌、昆虫和线虫.并且其中大部分试验结果证 实术质包装除害处理国际标准中关于热处理的技术指标能够完全杀灭有害生物?’“,部分除害失 效的原田可能楚操作不得当、中心温度测定方法不准确等造成的. .热处理理论预测公式 严格的讲。术材中心温度必须川温度计直接测定,但这样做起来比较麻烦,还受环境、测量 仪器和撵作水平等诸多因素的影响,因此。在术材热处理实际工作中迫切需要精确的预测方程来 推算小材的中心温度. 木质包装热处理中心湓度’扣测环境参数的相关性研究 由于术材是各向异性的天然高分子有机物,分子组成与结构极其复杂,导致理论上研究它的 热传导系数凼雉极人,近一个世纪以来,国内外从事术材热处理研究的科研人员,基本上都是从 实验上进行研究。将实验所得的数据,或以表格形式、或以列袭幽形式、或根据试验结果进行数 据分析后提出各种经验方程式,这些经验方程式因不同的研究者而有不同的函数形式、不同的使 范嗣.其中被广泛应的有以下种经验方程式: .. 方程 予年?‘和年“”分别研究了在饱和蒸汽热处理下圆木和方木的热处理时 间,从而建立了推导方程并证实了方程的可靠性。但方程只适用于木材表面立即获得与 热处理环境相同的温度的情况下,当加热空气湿度不饱和时,术材表面由于水份蒸发,加热时间 将延长.此公式将不适?。 圆木术材中心温度: 丁瓦?善苎帮 正:木材表面温度必须是即时温度 以:一阶贝塞尔函数 :圆木直径 瓦:初始温度:时间 此方程年被和改进,零阶贝塞尔函数的次根即为, 年通过试验确定了以乙的个根的值,.、.、,.,..、 .,从而确定了相应以乙的值。 方术中心温度: 瓦一口扛白 也白口, ///,/口。/】 ////‰,,】 ///,/】 ///,//切 ////口。/】 ///一万/口,/】 .? :术材表面温度必须是即时温度 、:分别为横截面的个尺寸 口.:方向热扩散率 口,:方向热扩散率 五:初始温度:时间 利用方程时,我们需要知道一些术材的性质,如比重、含水率、温度.通过这些我们可以计 术质包装热处雕,心温度 叮测环境参数的耵戈,兜 算出比热,热传导率和热扩敬率. ?.于年证实本材纵向热传导速率是径向或弦向的.倍,但一般圆术和方术的长 度远远人予横切面,冈此纵向热传导可以被忽略. 丁.?’年研究了术材的热传导率亓证实在方术中沿射线方向和切线方向热扩散率 和热传导率没有差异即口。口,.从而在小材中心点/和/,方程可以得到进一步的 简化”. “和 年分别通过试验和方程求得规格为. .的白桦和红 松的热处理时间,结果表明,方程能有效的预测热处理时间,偏差小于%,但他们没有详细描 述方程中热扩散率的计算方法”’。 年进一步验证了方程的有效性,证实预测加热时问的准确度在%到 %之间,井使埘它建立了热处理时间表?’。 ..美国森林工作室的相关研究 美国森林工作室年研究了结冰原术在不同温度和湿度下的比热和径向的热传导率、热 扩散率.和其他研究者的结果进行了比较,同时少量的研究了切向和纵向的热传导””.并与 年研究了比重、密度和禽水率对升温速率的影响?. 分别对向杨种规格.红槭 种规格的原术段和木扳 使川,、的蒸汽加热,以及干球、湿球年的热空气加热.对实测时间和 推算时间进行比较,其中蒸汽处理差异在%左右居多,验证了方程在饱和蒸汽中预测 是非常有效的,但在干热处理中,试验实际测得时间远远大于预测时间,一旦干湿球温度差超过 .一.?,方程将不能使朋?.因此是不能此方程来预测术材干燥的时润的?. 以沼泽松 方木板为材料,研究湿球温度降低对术材升温的影响,主要侧 重研究热传导机理,结果表明在干湿球温差相同的情况下,随着时间的增加,表面温度逐渐升高; 在加热时间相同时,表面温度随干湿球温差的增加,规格的湿材含水率%左右、于 材%中成直线下降;规格的湿材儿乎成直线下降,表面温度与时间的关系是: 口’,其中为表面温度,、、、分别为展小方差。为时 间。试验中所有术材加热剑的时间随着干湿球温度差的减少而缩短,并根据中心温度随时间 变化趋势得出了一个数学推导方程,成功预测了术材厚度,干湿球温度差和木材初始温度对加热 时间的影响”“?。 采川.空间加热温度。研究了种术材美国黄松 和花旗松 ?、种规格的本板住种干湿球温差条件下达到所需时间的变化,分别用 年和年得出的推导公式对加热所需时间进行分析后,用多重回归方法得出一个推导公式, 在干湿球温差小于?时能很好的估计加热时间。结果表明加热时间随术板厚度、干湿球温差的 增加而增加,而且当木扳之间紧密接触时。加热时间也增加?.方程只能应埘在宽远远大于厚的 薄板中,对厚扳,做了进一步的研究。根据木材表面温度的变化采用二维方程来预测 术赝包装热处艘中心泓胜’扣涮环境参数的桐笑性研究 于年采 、、?种温度,%、%的相对湿度.对.、. 和.红松木板加热.测饿中心温度达剑的时问.结果表明在饱年?水蒸汽中加热时问最 短,而且可以热传导原理估算术材中心温度;相对湿度左右空气加热时间比水蒸汽加热时 间场.不能埘上述公式推算木板中心温度;当湿球温度低于?时,中心温度很难达到: 随着术材中心温度增加,加热时间成指数增加;随着木板厚度增加。加热时间成直线增加?. 年等两种空气湿度分别对红槭、糖枫、红橡术、椴术和白杨种树、个规 格进行热处理,术材含水率为%一%之间,测定处理达到?的处理时间,结果显示树种 问差异较小,不同厚度达到规定温度时间差异较大,所以试验中不同规格的术板不能一起处理。 同时研究了边长为的止方形术段和直径为的圆术之问热处理时间的关系。结果表明若存在 相同的干燥时间,两个尺寸的关系为.,但这个转化只有在到术和荭和喇相乱边材的比率相同 的时候才有苣义”“. .. 理论公式俄,年 沭材加热的热量传递时一种不稳定的传递,即处理过程中术材的温度常随时间和空间而变 化,,:且有效的处理温度,时间等冈索还与木材的厚度有关.当在饱和的湿空气、饱和的水蒸气、 热水中加热时/卜材与加热介质之间是无热阻的,但是我们实际实验条件是在不饱和介质中,由于 介质羽未材表面之阃有热阻,需要埘“毕渥准数”来求解. 术材在一定温度的不饱和介质中进行热处理时,术材中心点达到制定温度所需时间与术材的 材种、含水率、初温、厚度及介质温度和相对湿度等要素有关,在上述要素确定的情况下,该时 间可通过下列理论公式求得: 丁:壁 其中矗为傅立叶准数 为木材厚度的一半或半径 为导温系数 傅霉叶准数昂可根据无因次温度日的数值和毕渥准数历的数值从已知图中查得. 物体加热时,无因次温度数值由到的计算公式为:口卫,其中 ? 为不饱和介质温度,为物体初始温度,为木材中心点所要达到的温度。 而 毕渥准数 位×/五 其中口为放热系数,一般在窑内风速不大于./。口为一常数,数值上等于.;木材 的导热系数五可从木材干燥技术参数表或有关手册中查得,基本上决定于术材含水率、木材温 度、纤维方向与容量重,其单位为:千卡/米.小时. 因此上述公式可简化为. / 为导温系数,表示术材使其内部各点的温度趋于一致的能力.越大,术材内部各点达 小舨包城热处叫?心站业’扣测环境参数的村父忡研兜 剑同一温度的速度就越快 口一 . 术材导热系数五、术材的比热,术材的容挝重,可从有关手册中查得。术材的导温系数通 常为.~.米/时。 ..根据经验数据确定 同一厚度的术材,在相同介质温度条件下,最初温度由下降为后,其中心面达到要 求温度的加热时间变化不人。而不同厚度的术材在相同介质温度,相同晟低温度条件下,随着术 材厚度的增加,其中心面达剑相同要求温度的加热时间迅速增加。 考虑剑术质包装常采用杂术制作,同一块术托盘或不同术托盘中的板材可能因树种不同、含 水率不同、热流方向不同等种种因素而导致其中心面达到要求温度的加热时间快慢差别很大,为 了保证热处理山海效果,加热时间必须取最大值。因此,结合实际经验,并简化求算,术质包装 材料中心面得到要求温度的加热时间可根据以下数据确定?“。 ? ?/ 式中:为干燥介质温度;为术材中心面温度;为木材厚度;为材科加热 时间 或表示为: ??? ./ 式中:为温度差;为温度传递速率. 上述经验数据的意义为:在温热空气的加热条件下,若木材厚度在以内。设定介质温 度比要求的术材中心面温度高,那么,在介质温度达到设定温度后,按照术材厚度每./ 的时间延续处理,则可保证术材中心面达到比加热介质低?的温度.例如,术材厚度,热 处理室干燥介质达剑并保持,则后木材中心温度可达到以上. 如果材料为方才,则其个断面可同时受热,由于本材纵向热流方向系数常比径向或弦向的 人倍环孔阔叶树类的倍数略低,即纵向热传导比经向或弦向的快倍,那么,方材中心面达 到要求温度的加热时间可比单独由径向或弦向传导的快倍以上.因此,由前述理论公式求得或 由经验公式得出的术材中心面达到要求温度的加热时问,对于方材而言,可减少一半。若方材为 宽高,介质温度达到并保持,则方材中心面温度达到?的时问只须. / // /.. .我国木质包装热处理技术 我国的术质包装热处理工作开始于年月.为了防止危险性有害生物的传入,美国首先 要求对小质包装进行检疫除害处理,其后加拿大,巴西、欧盟等也提出类似要求,规定入境货物 的术质包装材料在装运前必须在输出国进行检疫除害处理,采用热处理或熏蒸处理方法,并由输 术质包袈热处理‘心潍韭’』町测环境参数的棚笑性叫宄 出国官方动植物检疫部门出具证舶,才允许货物入境. 当时.使热处理方法对术质包装进行杀虫,在我国进山境动植物检疫系统还未曾应用过, 因此.年月由陈其生等组成了术质包裴热处理研究小组,积极探讨热处理方法对术质包装 进行除害。年日日,即美国对我输美货物术质包装实施新检疫措旌之际,原汕头 动植物检瘦局对经热处理合格的第一、二、三批术质包装山具了《热处理证书’,所承载的出口 货物年月抵美顺利通关??. 同时为防止松材线虫的传入.我国政府也已于年月日起相继对来自美国、日本、韩国 货物的针叶树种的术质包装实行紧急检疫措施.要去这些术质包装必须在中心温度?下处理 分钟才可进境.入境后经我方检疫不合格的,必须重新进行热处理或销毁. 由丁对熙蒸处理能否完全杀灭松材线虫一直存在争议,欧盟更乐意接受经热处理的术质包 装,甚至有的欧盟国家进口商指定只接受经热处理的术质包装。同时。由于经熏蒸处理的术质包 装在集装箱内有残留、而经热处理的则没有,众多进口商和出口企业也更乐意接受经热处理的木 质包装。因此。从客观上极大地推动了我国山口货物术质包装热处理工作的发展和热处理技术的 开发与应用研究。 特别是年国际植保公约组织颁布了‘国际贸易中术质包装材料管理准则》后.我国口岸 已逐步采热处理。但国际标准没有明确规定热处理的环境指标.这给企业实际操作带来一定的 幽雕。‘‘波笛地热处理斤的术质包装已被进口国发现有害生物,因此而造成的贸易障磷,损火不 可估计.因此.建立可靠的术质包装热处理操作标准,势在必行”’.. .热处理中心温度检测方法 .木材中心点的确定 ..材料与方法 . 选取规格为. ,质地均匀的杨术术段,在距木段一端每隔处打深 度为.的孔,放入测温探头监测术材的中心温度变化,共监测个点,如图所示.加热空 气温度为?、湿度为%.重复三次. 尘堕垒鏊垫竺些:生型些型型堑堡丝墼竺塑苎丝翌.一一.一?? 圈本材中心点的确定 ..结果与分析 选取重复.为例作图如下: 从幽中可以看出距离端部、和处中心点升温速率快于其后个点,特别是, 升温速率显著高于其后各点,处的温度变化曲线完全堑合,不存在差异. 对各点温度变化的升温速率进行差异显著性分析,结果见表表明?三个重复的、 和处的温度变化筹异都极其显麓。而莆其后个点比较除了重复的和 处中心温度变化在%显著水平下差异显著外但在%显著水平下差异不显著,其余差异都不 显著. 通过分折得山结论,在距离端部中心点温度,只受径向或者弦向热传导的影响,不受 纵向热传导的影响.因此试验选取距端部处横截面的对角线交叉点作为术材的中心点此 术质包装热处理中心泓度’扣,测环境参数的相关性研究 点的温度完全能够代表术材的中心温度。 表各点温度差异显著性分析 .硅橡胶的密封性 ..材料与方法 采用直接堋放探头测定小材中心温度,需要良好的密封。只有保证空隙中没有热空气流通, 探头温度只受术材热传导的影响,探头所测的温度才能代表术材内部的温度. 选取质地均匀的 ×的杨术术段根,在距木段一端处打孔,孔深 略宽于两个探头的直径.安放两个探头:探头在处,探头在.处,使;绝热胶密封. 监测孔内不同深度温度变化,重复次。 ..结果与分析 对重复做,加热温度为,加热湿度为%:结果表明,环境温度能快速达到设定 温度并保持平衡:术段内部温度明显低于环境温度;术段.深处达到需要,而 深则需要. 术段内部温度.无论还是.都和环境温度相差极显著,如表,表明绝热胶的密封 性良好.没有直接热空气传导的影响,并且和.深的升温速率表现为极其相关性。随着 .深温度的增加.深的温度以一个稳定的系数相应增加,这表明术段内的温度传导是一 个连续的过程. 表木段?深,.深处温度和环境温度相关性分析 .孔隙是否需要填充 窘观上说,感温探头不能填充满孔,四周肯定留有孔隙.空气的导热率不同于术材,在一定 程度上影响了探头的温度。为此美国森林工作室在试验中使同种术材的术属填充孔隙,但他们 没有验证这种做法的有效性,并且在实际试验中,这种做法必定会延长开门的时间,使处理室内 的热量流火更多。增加升温时间.木质包装热处胛中心诂五《测王境参数的栩关忡研究 ..材料与方法 选取质地均匀的 杨术术段根,在距术段两端处分别埋放探头。一 边填充术屑亓川硅橡胶密封,另一边直接密封。记录温度的变化. ..结果与分析 在同一处理中,探头缝隙加锯末和不加锯末升温速率几乎相同。方差分析值明显大于., 差异极其不显著,冈此在试验中没有必要川锯末米密封孔隙。 表缝隙填充与不填充的方差分析 .杨木热处理参数和升温速率相关性研究 .试验材料和方法 ..试材的加工和参数的测定 试验选取杨小作为阔叶材代表,购买杨小时,选取材质新鲜而不腐朽,无树皮、无虫孔的木 段.加:成所需规格,剪去边刺.选取宽度和厚度接近的术段。装入塑料袋中让术材的含水率平 衡后备】. 试材含水率参数的测定方法: 测量术材含水率的方法有烘干法、电测法、干馏法,滴定法和湿度计法等。在术材加工领域, 通常采烘干法和电测法.其余方法因测量较麻烦,且不准确、不可靠.一般不用”‘“. 电测法测量木材含水率是最简便的测定法.但其精度较低,测量范围有限.试验选用哈尔滨 宇达电子技术有限公司生产的高周波数字水份仪,初步测定木材的含水率””. 烘干法按 /进行热处理试验前从距离术段端头处截取长的术块, 刮净毛刺和锯屑后,血:在精确度为.的天平上称其重量。记为.然后将术块放入烘箱内. 在的温度下进行烘干.在烘干过程中定期称量术块重量的变化。直至最后两次称量 的重域不变间隔,就是绝干重,记为,这样就可按下式计算出含水率 ‖:】;×% 试材密度参数的测定方法: 本质包黻热处理中心泓韭。”测环境参数的相关托研究 木材密度是术材性质的一项重要指标.随着术材含水率状况的不同。术材密度通常分为四种: 基本密度:一互羽差毳‰ 生材密度:互砑篆鬟‰ 气干密度:岛鬻 绗槭旷筹瓣 试验采基本密度,测定方法采圳国家标准.体积为试材饱和水份时的体积。采 排水法测定。 ..试验仪器 恒温恒湿箱 温度范围无湿度。温度波动?.?;湿度范围?%,波动?.% 。内腔为贝强化玻璃内门。双通道温湿度记录仪,不锈钢层架.可通过软件由 电脑同时控制多台箱体,提供/验证文什及/执行.具体温湿度控制范围如图。 田:恒温恒湿箱温湿度控制范围 一测温仪 可外接个温度探头.姑程:一~。;内存:组读数;测量速率:秒~ 小时可选,尤其适于测域高温和低温.读取数据时不影响测量并带功能. 柔性探头 热电偶.柔性.长,特氟龙绝缘,一~?.术质包袋热处胖中心潞度测环境参数的相关性研究 一电子天平 姑挫,可读性.,平均响应时问,重复性??. ’线性??.. 瑚计数天平 姑科,可读性。 一型高周波术材水份仪 测龋含水率范嗣:%~%;使环境:一~;精度:.%:高频穿透术材厚度: ;树种修正: 个树种转换开关比重法. 一电锯、高温风扇、烘箱、电钻等。 ..试验参数的选择及确定 在参考火量相关小材热处理文献的基础上,结合口岸木质包装热处理实际情况和实验室的试 验条件,根据试验最终要达到的目的雨嘤求来设计和开展试验。整个处理过程中主要考虑术材的 种类,水材含水率,术材规格、热空气温度、热空气湿度等个主要因素对热处理的影响。参数 规格具体确定表,共组试验,每组设个重复。 表杨木热处理各个参数设定值 % × 宕 ? ? 符 ? ? 吾; 嘶 ? ? 阳 伯 ? 伯 舌: ? 吕 ? 帅 .× ? 宕 阳 ? ; ? 鲫 ? 舯 ; 加 加 砷 饨 ? ? : ? : × ? 加 ? ; ? ? ? ; ? 加 伯 ? 伯 ? 吕: 舌 暑: : .×. ? 加 ? 两 ? ? 的 瞄? 伯 伯? 舌 苦 术质包姨热娃州巾心湖堑?,测环境参数的棚笑性研究 % ×拍 .× ? .×.? × %? .× ? ? 踮?? 帅 ×.×. 晡竺竺 竺查堕坐鲨垫竺兰::堂型些塑竺丝竺丝竺塑茎丝型塑 加 加 加 加 加 加 加 术材规格 加 加 加 含水率? 鬻沮热浸熟沮热置热温热湿热沮热湿热溢热湿 堡壅堑堡堕堑堡堡丝些堡堑堕壅堑 % × .. × 目 .×.踮 木胍乜裟热处理中心泓韭。扣测环境参数的十?关性研究 .试验步骤 ..调整含水率 术材平衡个月后从端部截取测定含水率和密度,如果含水率的值和试验设定值相近, 则直接放入储藏室,个星期后刚米试验,如果高于试验设定值很多,则需要干燥后再次平衡含 水率会使. 术材的干燥采川然风干法,如 所示?天翻动一次术材,根据干燥前己知含水率、 木段重量手干燥后术段重越来初步推算干燥后术材含水率。方法如’”‘‘“: 含水率后 木段重量后×含水率翦%/木段重量时一% 当预测小材含水率达到设定值后,放入塑料袋内密封个月左右后进行试验。 图自然风干法干燥木材 木赝包装热处理中心温胜。扣测环境参数的柳关性研究 ..钻孔与测定含水率 从板材的宽度方向打孔,孔径与温度探头的直径人致相同,孔深等于扳材厚度的一半.方材 要从比较宽的一面打孔,要做剑手稳身正,使孔与扳面保持平行.从另一端端部去除后在截 取术块测定含水率亓.将小段封入魍丰:袋放入储藏室. 爪材堆放要有问隔,如幽,使术材泓度帛处理室的温度能够达剑统一,并且术材内部温度 均衡. 围木材的储藏 ..热处理 热处理前测定爪段的的长、宽、高、孔深和重量,待恒温恒湿箱升到高于设定温度后, 开门装载根术段.摆放方式如幽,板材之间交叉堆叠,留有适当的间距.确保循环气流穿过. 术材表面都能乖咖热空气接触后,将感温探头插入孔内,最后坩硅橡胶密封.同时安放探头测量 小材的表面温度。 快速装载完毕后,关门设定恒温恒湿箱的加热温湿度。将箱内风扇调至全速转动并开启外加 风扇,开启电脑监溯和记录环境温湿度变化和小材中心温度变化,时间间隔为。 当所有奉材中心温度达列后雨继续加热分钟停止加热,取出根未段称重,比较热 处理前后小段含水率的变化。术质包装热处理中心让韭’』测环境参数的棚笑住研究 图扬木热处理方法 ..记录和保养 做好热处理过程的现场操作记录,导山仪器中记录的数据,以备分析。试验结束后对温度探 头和恒温恒湿箱进行消洗,定期对恒温恒湿箱进行干燥.对探头进行校准。 术质包装热处理中心温度‘町测斟境参数的相关性研究 .结果与分析 ..厚度对升温速率的影响 对各种含水率的杨术在不同温湿度升温速率进行差异显著性分析和多重比较,结果见表 表明:随着厚度的增加,升温速率显著降低。结果中也出现了差异不显著的情况,即在%显著 水平下,木段含水率为%,加热空气温湿度?%、?%和?%的情况下, .?.之间差异不显著;在%显并水平卜.,除了%显著水平下差异不显著的个梯度 外,还有卜面个梯度差异不显著见表.但是他们之阃还是遵循厚度增加升温速率下降的 规律。 正如综述中所述,术材的升温受多种因索的影响,但考虑厚度对升温的影响时,其他因素应 该完全一致。如果出现较大差异就会影响结果的准确性.所以,出现差异不显著的原因可能有 以 。个方面:两组木段的含水率不均匀,差异较大,升温速率受到影响:加热过程中 升温的温度和湿度有差异; 试验在不同时间进行导致术材的初始温度差异较大,由初始温 度的差异也影响升温速率。 采朋%含水率的数据做图,结果表明: 在相同的加热空气温湿度卜.,厚的木段温度传导速率.厚的木段温度传导速率 厚的术段温度传导速率. 孕的术段温度传导速率,即使加热空气温湿度不同。也儿乎表现 为厚度增加,温度传导速率卜.降的趋势,温湿度变化对升温速率的影响远远不如厚度. 不同温湿度组合的贝体数值见表?? . 尘堡璺鲨垫丝些:生塑些兰翌堑丝叁塾箜塑苎丝塑 裘厚度对剩温度率影响使用的温湿度组合 温湿度 沮度 湿度沮湿度 温度湿度 沮湿度 量度 湿度 组合 ? % 组合 ? % 组合 ? ,‘ ?踮 ?一 翌 .?三一一 表升温速率差异不显著的试验组合 .查垦宣查兰 垫垫里堡 垫垫望堡 查垦堡壅塑堡 % .. % .. %.一. % .一. 竺 :塑: ??型一一 表扬木在不同厚度梯度的升涅速率 含水率% 加热 加热 术段规格? ?? 墼鳖 兰 :兰 兰 :坐 % 伯 .? ..? . . . . ? . ..如 ...舌:...? ....? . ... 舌; .... ? ...加 .... 术质包装热处理中心温度’町测环境参数的栩关性研究. ./ .. .柏 ... . ..? ./../.. 暑: . .. ? . ...伯 . . .. ? . . .韶.舳 ? . ..鹅.? 如 . . ..? . . .. ? . ..蚰.加 . ..? .弱? ? . ..船 .? . . ..? ....勰昌: . .... .? ..? . ..? .? ? . . .鹅 .? 加 .鲒 .鹋 . .? 苦 . .? ..绷 ? . ...阳 . ...? . ... 轴 . . .. 加 .鹄 ...弼 苦 .? ...? . . ..踯 加 .. . . : 竺竺 :翌术质包装热处理中心温度’吖测环境参数的扣关性研究 另外.为了建立通过环境参数预测中心温度的模型.采回归的方法分析升温速率与厚度的 数学关系。经过几种方法比较,发现二项式进行回归和拟合效果较好结果见表,拟合的 相关系数在.到之间,平均为.。能够很好地预测两者之间的关系。该结果与 公式中的结果相似。 表杨木术材厚度与升温速率关系方程术质乜裴热处理中心温度扣』测环境参数的相关性研究 .?. . . .?. .. .一 . ..? . . . . .?.. 伯 . .?. . ? .?.. ? .?.. .驰 伯 .一..? . ? .?.. .? ? .一.. .驰 俯 ;.?.. . 暑; .?.. .明 ? .?.. . ? .?. .鹤 . 舌; .?.. .鲫“ ? .?.. . 翌 ::型::垒::竺 :竺本航包姨热处理?心滥焦‘?粥王、境参数的辑关件彤究 ..木段含水率对升温速率的影响 通过对不同含水率梯度对升温速率影响进行显著性分析和多重比较结果见表表明,随 着术材含水率的增加,升温速率山现逐渐降低的趋势。但不同含水率梯度比较的差异不显著 结 果见图、: 含水率%与%之间差异很小,在%显著水平下差异显著的组占总组合的.%, 在%显著水平下只.%.并且差异显并的主要是厚度的薄扳,、.厚的木段 差异显著的很少,在%显著水平下占.%,在%显著水平下占.%. 含水率%与%之间,在%显著水平下差异显并的组占总组合的.%,在%显 著水平下占.%;含水率%与%之间,在%显著水平下差异显著的组占总组合的. %.在%显著水平下占.%。 含水率%与%、%之问无论在%显著水平下。还是在%显著水平下,所有 的组合差异都极其显并,即使与%之间,在%显著水平一卜.,差异显著的组也占总组合的. %。 出现差异较火的主要原因是:试验中仅取一小段翻定含水率,不能保证能够完全代表 溯温点附近的含水率; 升温速率还受其他冈素的影响,包括厚度、升温温湿度等的影响。 由此也可以说明,在对影响升温速率的各个因索进行单因素分析的基础上,需要考虑多重因素的 影响,其至多因素之间的协同效应等.才能有效地建立较为准确的预渊中心温度受环境参数影响术质包裟热处理中心温度』町测环境参数的相关性柳究 的数学模聚. 以厚术段、加热温度为,加热湿度为%为例做幽.可以看出随着术段含水率的 的减小,升温速率明显增快,这是由.丁.含水率降低后,术材获得热量时表面水份蒸发减少,丧失 的热能减少,从而表面能快速的达剑更高的温度,加大木段内外温度差,从而加快升温速率。尘堕望鲨垫竺矍?:生塑些:型翌堑丝垒塾竺塑叁丝型壅 裹扬木在不同含水率梯度的升湿建率比较结果 一”。 加热爱廑 术凄厚 加嫠强 三查 塑堑 塑堑 墅堑堑 苎 羔 丝... ? ‘ . .? ..一 ? .鹋? ..眩..镐 ? . .. ... . ? . ./ ..荫暑: . .? ..孵 ? . . . . . .“ .韶加... ? .鹋. 轴 . . .. .鸸.驰 ... ? .明 ? . . .驰..?. ? . . .. ? . .? ..? . ? . ../ . .?嘶 加 . . .船.? : . ..鹋 ..? . .. ? . . 阳 . .? .?.鲫 .? ....叮 ? . .? . ..胡.? 加. . .一? ? . . ....? ? . . . 虻 ..? ? .? ...蚰.一? . ... ? . 轴 .册 ..明.? .兜一? 加 . .硒..蚰 .一? . ...“啪尘壁垒鍪垫竺些?:堑塑竺塑堑堡垄塾塑塑差堡翌壅 . . . .. . .?船 ... . ? . . 肥 .. .鹋..啡 ? . . . . . 肥 .鹋 . 舌 .绷 .? ? . .. .. .一 ? . .. .“ ...符? .. ? . .鹋加 . ? . . .. . ..哇 : .娼 .. . .. . .? ? . ? . ...? . . .. .踮一 . . ..弛嗡 阳 . . 帅 . . .. .日 . 宝 . ...?.: . 加 ./ . .? . .鹄 . 雎 .? .? . .明 ? . . .. .. 盯 ..?嘶 加 . .鹋 ..孵 .. ? . . ..明 .鹋? 吾; 加 . . 柚 . 坼 ..?晒 . . ? . .晡 .嘶加 / .明 . .“?.? 豫 .? ..勰.? 旨: . .? .. ..加热温度对升温速率的影响 对不同加热温度下杨术的热传导速率进行方差分析和多重比较。结果见表表明:术质包装热 处理中心温度扣,测环境参数的相关性研究 随着温度的增加,升温速率显著增加; 温度为?和加热的几个纽台比较,差异不显著.出现这种现象的原因主要是由 于升温过程中,加热空气达剑需要很妖的时间,往往达到或者时术材中心温度就已 经达到了;并且?下一般加热湿度会先达到设定值,导致的平均加热湿度高于, 从而导致着的升温速率差异不显著.其至有时?的升温速率高于?. 因此,加热温度是直接影响术质包装热处理的重要因子,通过提高木材周围的空气温度,使 得术材表面和空气进行热交换,从而形成内外温度差,直接影响着热传导.在实际热处理中,提 高热处理的温度,对于快速使术材中心温度达剑是非常重要的. 表加热空气温度对扬术升温速率的影响 瞒 . . . . .啪 . . . . .韶 .? 蓦 . . . . . .一? . 饼 . .韶 .稍 .田 .馋 . 懈 .? . .拈 .曲 .? 荸 . . . . .鳓 .一? % . . . . . 帆 . .? . . . 傩 . . . .? .? . 脯