CN100345669C - 利用声振动能量在木材内浸渍物质的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种利用声振动能量在木材中浸渍物质的方法。该浸渍方法沿纤维方向或正交纤维方向将特定功能的物质或特定颜色的涂料浸渍到经处理的半成品木材中。将浸渍液相对薄地涂覆在半成品木材的表面上，并且声振动发生器的振动发生表面位于浸渍液内部。此时，声振动发生器离半成品木材的表面预定间隔并施加超声波振动。由于使用了低容量的声振动发生器，所以本发明很经济，使用最少量的浸渍液，执行浸渍工艺，以到达半成品木材的较深部分，并且当半成品木材的表面为纤维方向或正交纤维方向时，由于以最佳角度施加声振动能量，所以可以使浸渍效率最高。

Description

利用声振动能量在木材内浸渍物质的方法

技术领域

本发明涉及一种利用声振动能量在木材内浸渍物质的方法，更具体地，涉及一种利用超声波能量来渗透用于保存和装饰木材的各种物质(耐火材料、用于强化木质的凝固液，特定颜色的涂料等)的浸渍方法。

背景技术

随着与声振动学相关的研究和开发的多元化，声振动学的技术领域已扩展到结合了物理和化学处理的浸渍技术。此外，正在积极地对声振动学进行研究，以将特定物质浸渍到诸如木材的材料中。

由于在良好的条件下将物质浸渍到木材中，所以声能量的使用是公知的将特定物质浸渍到木材中的最有效的技术。

俄罗斯专利No.2010701(1994年授予)公开了一种利用超声波能量将特定物质浸渍到木材中的技术。

该现有技术是把溶液充入到待处理的材料(即，木材)中，施加直流电源，同时对材料施加强超声波振动。

当木材的重量减小到6～12％时，将溶液压缩到木材内，同时改变超声波发生器的频率和振幅条件。

但是，由于上述方法包括许多步骤并且在检查多种特性的同时控制超声波的频率和振幅，所以上述方法在处理方面非常困难，并且需要很长的浸渍时间。

另一方面，俄罗斯专利No.677038(1991年授予)公开了一种利用声振动能量将特定物质浸渍到多孔材料(即，木材)中的技术。

在该现有技术中，将待处理的半成品放入到箱体(chamber)中，该箱体的内部安装有声振动发生器，并且在该箱体的内部设置有与该声振动发生器相对的盘。

将半成品木材设置在声振动发生器和盘之间，在箱体中充满浸渍液，然后对整个浸渍液施加声振动能量。

这种方法要求在渗透过程中精确地控制频率，并且需要用于保持频率一致的系统。此外，由于将浸渍液充入到箱体中，所以存在的另一个问题是需要大量的浸渍液。

发明内容

因此，本发明致力于一种用于在半成品木材中浸渍物质的改进技术，其基本上解决了现有技术的局限性和缺点而导致的一个或更多个问题。

具体地，本发明的目的在于提供一种利用声振动能量在木材中浸渍物质的方法，与通常的浸渍方法相比，该方法使得能够提供更加经济的浸渍工艺。

附图说明

根据以下结合附图的详细说明，本发明的其它目的和优点将变得更加明了，附图中：

图1是表示本发明优选实施例的立体图；以及

图2是表示本发明优选实施例的立体图。

<附图符号说明>

1：半成品木材                    2：声振动发生器

3：浸渍液层

具体实施方式

根据本发明的利用声振荡能量在木材中浸渍物质的方法具有以下特征。

即，使用声振动发生器对待浸渍到半成品木材中的特定浸渍溶液施加声振动能量，并且由声振动发生器产生的声振动能量位于涂覆在半成品木材表面上的浸渍液内。同时，声振动能量与半成品木材的表面分离预定的间隔。

可以在任何时候通过浸渍液供应器(feeder)分别涂覆半成品木材的表面上所涂覆的浸渍液，或者涂覆在所需部分上，该浸渍液供应器是通过声振动发生器的振动器的中心孔来进行安装的，或者安装在该振动器周围。

根据木材的纤维结构，声振动能量具有不同的传播效率，当将特定物质浸渍到半成品木材1中时，如果浸渍液的浸渍方向为如图1所示的“a”方向(以下称为“纤维方向”)，则声振动发生器2的声振动方向和半成品木材1的表面相互成直角，从而声振动方向和半成品木材1的纤维方向成0度角。

如图2所示，如果浸渍液的浸渍方向为“b”方以向(以下称为“正交纤维方向(rectangular fiber direction)”)，则声振动发生器2以相对于半成品木材1的直角成β角进行安装，并且声振动方向相对于半成品木材1的正交方向成为β角。

其中β为

在上述公式中，C₁是对浸渍液的超声波传播速度(纵波)，而C_w是对木材的超声波传播速度(表面波)。

根据浸渍处理过程中使用的浸渍液的谐振条件，来确定声振动发生器的振动频率和振幅。

在本发明中，为了使用声振动能量将浸渍液浸渍到半成品木材中，对涂覆在半成品木材1上的浸渍液层3辐射声振动能量。

根据浸渍液的凝聚力和粘度来确定浸渍液层3的最大厚度，优选地，浸渍液层3的厚度不超过5mm。但是，在根据本发明的浸渍方法中，对相对薄的层施加声振动能量。

如果在固体和液体的边界区域附近进行声振动，则由于对小体积的浸渍液薄层施加声振动，所以声振动发生器即使通过小能量也可以集中声振动，由此，本发明可以实现使用小容量的声振动发生器，因而比较经济。

此外，由于使用了少量的浸渍液，所以可以使浸渍液的消耗最少。

此外，当声振动通过薄的液体层并传播到半成品木材内时，可以将浸渍液深深地浸渍到半成品木材中。

声振动发生器被安装为使得在声振动发生表面和半成品木材之间具有预定间隔。这是因为当声振动发生表面直接接触半成品木材时会损伤半成品木材的表面。

作为本发明的发明人的测试结果，可以确认当在半成品木材的加工表面为纤维方向的截面的条件下，声振动方向与纤维方向相同时，浸渍液可以最有效地渗透到半成品木材中。这意味着，在由声振动发生器产生的声波的矢量分量与半成品木材的表面成直角的角度为0度的条件下安装声振动发生器。

此外，可以确认，当在沿正交纤维方向对半成品木材进行处理的情况下，沿沿木材半成品的表面生成水平和垂直声波时，可以将浸渍液有效地渗透到半成品木材中。

在声波发生器矢量和半成品木材的垂直线之间的角度为

的条件下，这是可能的。

并且，可以确认，在浸渍过程中使浸渍液谐振能够将浸渍液更有效地渗透到半成品木材中。这是因为当在通过谐振将半成品木材表面附近的浸渍液分离成小颗粒的同时，浸渍液与半成品木材的处理表面发生碰撞时，木材的处理表面会被侵蚀并且浸渍会扩展。即，利用谐振来撞击小颗粒，并由此通过物理化学的方式执行浸渍工艺。

如下执行将特定物质浸渍到半成品木材中的处理。

1、放置半成品木材。

2、将浸渍液层涂覆到半成品木材上(使半成品木材充满浸渍液，或使用具有孔的声振动发生器来传送流体)。

3、根据半成品木材的浸渍方向，以如下角度安装声振动发生器。

纤维方向：β＝0°

正交纤维方向：

(如果希望知道浸渍液种类和木材种类的超声波传播速度，请参见数据单或进行试验)。

3-1、安装声振动发生器以使声振动发生表面浸入到浸渍液中。

3-2、控制半成品木材和声振动发生表面之间的间隔。

4、操作声振动发生器。

5、将声振动辐射(inject)到半成品木材的整个处理表面上。

6、重复第2到第5步骤多次，以将浸渍液渗透到所需的深度。如果使用浸渍液供应器，则适当地控制浸渍液的供应量，以使其渗透到所需深度。

以下将说明本发明的优选实施例。

(实施例1)

进行用于将耐火物质浸渍到白桦样品中的测试，该白桦样品的密度为0.46g/cm³，湿度为8％，体积为150×45×7mm。

该150×45mm的木材样品的表面具有正交纤维方向。在该半成品木材的表面上涂覆安替比林(antipyrine)(耐火材料)，以形成1mm的层。

为了进行浸渍工艺，使用具有1cm²振动发生表面的型号为PMC-15A-18的标准电声换能器作为声振动发生器。

安装该声振动发生器，使得振动发生表面位于安替比林层内部，并与半成品木材的表面分离0.5mm的间隔。

此外，使声振动发生器倾斜，以使得由声振动发生器的振动发生面产生的振动的速度矢量和半成品木材表面的垂直线成β度角。通过公式计算该β角为16度。

声振动发生器将超声波振动施加到待浸渍的浸渍液的内部。声振动频率为18kHz，而振动发生表面的振幅为1mm。

在执行浸渍工艺的同时，在半成品木材的正面上移动声振动发生器。

执行浸渍工艺5分钟，并且在把半成品木材翻过来之后，以上述相同的方式对相反侧执行浸渍工艺。同样，对半成品木材的相反表面浸渍5分钟。

根据与半成品木材的表面单元相关的半成品木材的重量增加来评估浸渍结果，并且该重量增加为4.0×10^-2g/cm²。

为了将根据本发明第一实施例的浸渍结果与传统的浸渍方法进行比较，将与第一实施例相同条件的半成品木材在浸渍液中浸渍40分钟。在浸渍工艺之后，与半成品木材的表面单元相关的重量增加为2.8×10^-2g/cm²。所以可以确认，与本发明的第一实施例相比，传统浸渍方法的浸渍程度要低30％。

(实施例2)

使用与第一实施例相同的木材样本以与实施例相同的过程来执行浸渍工艺。

声振动发生器的振动频率与第一实施例的相同，但是振动发生表面的振幅为3mm。

甚至通过肉眼也可以看到浸渍液浸渍到声振动发生器的振动发生表面中，并且产生了声音的谐振。

分别对半成品木材的前后表面浸渍1分钟。在浸渍工艺之后，与半成品木材的表面单元相关的重量增加为4.6×10^-2g/cm²。因此可以确认，由于在短时间内半成品木材的重量大大增加，所以与第一实施例相比，第二实施例的浸渍程度增加了15％或更多。

为了将根据本发明第二实施例的浸渍结果与传统的浸渍方法比较，在充满相同浸渍液的浸渍容器中对与第二实施例相同的半成品木材进行浸渍，并施加超声波振动。

声振动发生器的振动频率和振动发生表面的振幅与第二实施例相同。在该振动条件下，浸渍液内部产生了谐振。

执行浸渍工艺5分钟，并且与半成品木材的表面单元相关的重量增加为3.7×10^-2g/cm²。所以可以确认，与第二实施例相比，传统浸渍方法的浸渍程度低了20％。

(实施例3)

使用半成品白桦(半径为85mm，密度为0.46g/cm³，湿度为8％)的样本来执行浸渍工艺，该半成品白桦沿纤维方向切断，并具有20mm的厚度。

如在第一实施例中一样，在半成品木材的截面上涂覆安替比林，以形成2mm厚度的浸渍液层。为了执行浸渍工艺，使用了如第一实施例的声振动发生器。

安装声振动发生器，以使振动发生表面与半成品木材分离0.5mm的间隔，并且使声振动发生器倾斜，以使得由声振动发生器的振动发生表面产生的振动速度矢量与半成品木材的表面的垂直线成0度。

与在第二实施例中一样，确定声振动发生器的振动频率和振动发生表面的振幅。当操作声振动发生器时，在浸渍夜中产生谐振。

在执行浸渍工艺的同时，在半成品木材的正面上移动声振动发生器。

执行浸渍工艺5分钟。

通过与半成品木材的表面单元相关的半成品木材的重量增加来评估浸渍结果。该重量增加为12.0×10^-2g/cm²。

为了将根据本发明第三实施例的浸渍结果与传统的浸渍方法进行比较，在充满相同浸渍液的浸渍容器中，对与第三实施例相同的半成品木材进行浸渍，并施加超声波振动。声振动发生器的振动频率和振荡发生表面的振幅与第三实施例的相同。

在上述振动条件下，在浸渍液内部产生了谐振。

执行浸渍工艺5分钟，并且与半成品木材的表面单元相关的重量增加为8.0×10^-2g/cm²。所以可以确认，与本发明的第三实施例相比，传统浸渍方法的浸渍程度低了33％。

工业适用性

如上所述，根据本发明的利用声振动能量在木材中浸渍物质的方法是沿纤维方向或者正交纤维方向将特定功能的物质(耐火材料，用于加强木质的凝固液等)或者特定颜色的涂料浸渍到进行了加工的半成品木材中。

在半成品木材的表面上涂覆相对薄的浸渍液，并且使声振动发生器的振动发生表面位于浸渍液内部。此时，声振动发生器与半成品木材的表面分离预定的间隔，并施加超声波振动，以将浸渍液浸渍到半成品木材中。

根据本发明，由于浸渍液位于固体和液体的边界区域附近，所以声振动发生器可以使用小能量来集中声振动。因此，由于使用了低容量的声振动发生器，所以本发明很经济，并且由于声振动能量在穿过薄的浸渍液层后传播到半成品木材内部，所以可以使用最少量的浸渍液来执行浸渍工艺，并执行浸渍工艺，以到达半成品木材的较深部分。

此外，当半成品木材的表面为纤维方向或正交纤维方向时，由于以最佳角度施加声振动能量，所以可以使浸渍工艺的效率最高。

Claims (5)

1、一种利用声振动能量在木材中浸渍物质的方法，该方法包括以下步骤：

在半成品木材的表面上涂覆浸渍液，以形成一层；以及

通过将用于产生声振动能量的声振动发生器的振动发生表面设置在浸渍液内部，并与半成品木材相距预定间隔安装该声振动发生器，来浸渍特定物质。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，在所述半成品木材的浸渍表面为沿纤维方向的截面的情况下，由所述声振动发生器产生的振动的速度矢量与所述半成品木材的表面的垂直线成0度角。

3、根据权利要求1所述的方法，其中，在沿木材纤维，即正交纤维方向形成所述半成品木材的浸渍表面的情况下，由所述声振动发生器产生的振动的速度矢量与半成品木材的垂直线之间的β度角由以下公式确定：

其中，C₁是对浸渍液的超声波传播速度，即纵波，而C_w是对木材的超声波传播速度，即表面波。

4、根据权利要求1所述的方法，其中根据用于浸渍的所述浸渍液的声谐振来设定所述声振动发生器的振动频率和所述振动发生表面的振幅。

5、根据权利要求1所述的方法，其中通过浸渍液供应器在任何时候将浸渍液涂覆在半成品木材的表面的所需区域上，通过所述声振动发生器的振动器的中心孔来安装所述浸渍液供应器，或者将所述浸渍液供应器安装在该振动器周围。

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