CN101733805B - 压缩炭化杨木板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及速生木材板材的生产方法，尤其是对速生材杨木板改性的生产方法，属于板材制备技术领域。本发明的有益效果如下：用本发明的方法制得的压缩炭化杨木内应力小，板的尺寸稳定性好，从而保证了压缩炭化木的质量。本发明克服了速生材杨木板材密度小、硬度小、强度低、易腐蚀以及不能直接使用等缺陷，通过对杨木板材进行压缩密实化处理，提高板材的密度，并对压缩后的杨木板材在加压的条件下进行炭化处理，消除板材内部的压缩应力，防止板材回弹，提高其尺寸稳定性、密度和强度，所制得的杨木板可以直接作为板材使用。压缩炭化杨木板材可以部分或者全部代替优质珍贵木材使用，缓解不断减少的珍贵木材资源与日益增长的木材需求这一矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及速生木材板材的生产方法，尤其是对速生材杨木板改性的生产方法，属于板材制备技术领域。
背景技术
杨木是我国主要的人工林树种之一，据统计，目前我国杨树人工林营造面积为6.66×106hm2以上，超过世界各国杨树人工林面积1.40×106hm2的总和。杨树分布范围广、品种多、适应性强、生长周期短，一般在十年左右可成材。但杨木密度低，强度差，属于速生木材，影响了它的应用范围，阻碍了我国杨木加工业的发展。因此，如何高效率的利用丰富的杨树速生材资源是人工林木材加工利用的重要课题。
当前，国际上流行的对速生木材进行强化改性处理方法有：树脂浸注法和压缩密实法。树脂浸注法是指将可聚合的高分子单体或某些预聚物改性剂(如低分子PF、MF)引入到木材内部，然后在加热和其它辐射的作用下使改性剂在木材原位发生反应而固化的过程，但是这样不仅破坏了木材本身天然的优良属性，而且化学处理成本高，操作工艺复杂，存在游离甲醛等有害化学物质，严重污染环境。压缩密实法是通过横向压缩或表面密实化处理，以提高速生材的密度来改善速生材的物理力学性能。但是压缩木材在干燥的状态下比较稳定，在水分和热的作用下，由于板内部存在的内应力会使其发生厚度回弹，如何保证压缩木在使用过程中不发生厚度回弹，保证压缩处理后的板材的尺寸稳定性是目前国内外急需解决的难题。
炭化技术是木材加工领域的新兴技术之一，将板材置于炭化窑或炭化装置中，炭化窑或炭化装置从室温升到炭化温度160℃-240℃约需160h。木板在炭化过程中蒸发其中的水分和挥发性物质，制成炭化木。因采用炭化手段减少木材组分中吸水羟基的含量，降低木材的吸湿性和内应力，从而增加木材的尺寸稳定性。在炭化木的生产过程中不添加任何化学药剂，污染问题少、处理工艺简单，使用过程中不会对环境和人体造成任何损害，具有良好的生物耐久性、耐候性、尺寸稳定性及安全、环保等一系列突出的优点。
据申请人了解：申请日为2008年1月8日，申请号为200810059214.0，名称为《木材热压炭化强化方法》的一篇中国专利申请，公开了一种在热压机中对木材同时进行压缩和炭化处理的方法，提高木材稳定性和防腐性，其主要步骤是干燥-刨光-热压炭化-冷却-成品。该申请的方法仅适用于压缩率低、易成型且不易反弹的非速生材的加工。
如果将上述方法用于速生材杨木板的热压炭化，压缩率难以控制，处理过程中板的内应力无法消除，会出现开裂现象，成品板遇水后回弹率很高，产品尺寸稳定性差，不能正常使用。
速生材杨木板的特性是木质纤维疏松，密度很低且水分含量大，其可压缩性较高，若对其施行低压缩率压缩，得到的杨木板根本没法使用，但若对其施行高压缩率压缩，杨木板容易开裂，压缩后回弹率高，杨木板容易变形，致使产品质量达不到要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的压缩杨木板在使用过程中出现厚度回弹、密度和强度降低的缺陷，提出一种压缩炭化杨木板的生产方法，以得到内应力小、具有好的尺寸稳定性和耐久性的杨木板。
本发明的目的由以下技术方案实现：压缩炭化杨木板的生产方法，包括以下步骤：
a.杨木材料的准备，将杨木锯剖成400-2400mm长、100-460mm宽的原料板，刨削加工原料板，按 确定刨削后原料板的厚度，其中，η表示原料板的压缩率，h1表示刨削后原料板的厚度，h2表示成品板的厚度，控制原料板的含水率不超过15％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为90-110℃的热压机内压缩，用尺寸为h2的厚度规控制原料板的厚度，压力控制在2-7MPa，压缩时间为30-90min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为80-108℃的干燥机中干燥40-90min，消除原料板在热压过程中产生的内应力；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为120-220℃的热压机内，用尺寸为h2的厚度规控制压缩原料板的厚度，在1-3.5MPa压力下炭化2-8h，得到所需成品杨木板。
上述原料板的压缩率η范围为30-60％；
考虑到实际生产中，为了扩大压缩炭化杨木板的应用领域，提高生产效率，在上述步骤的基础上增加步骤e.将成品杨木板用锯机锯成厚度两等份或三等份的成品杨木板。
在以上技术方案中，将刨削加工后的速生材杨木板材放入热压机中，利用热压机的温度对杨木进行软化处理，同时利用外力作用对板材进行压缩，使之在施加较小的外力作用下将杨木压缩到所需的尺寸。经热压机压缩后的杨木存在较大的内应力，如该内应力不消除，压缩木在使用过程会出现回弹使板的厚度增加，密度和强度降低，板的尺寸稳定性差，使应用受到了限制，所以说降低压缩木的回弹是压缩木要解决的关键技术。为了保证产品的质量，本发明在压缩步骤后进行干燥步骤，然后再进行炭化步骤对木材定型，用热压机使压缩木在加压的条件下进行炭化，可防止压缩木在炭化过程中出现的回弹、变形和撕裂等现象，无需湿处理就可得成品。
本发明的有益效果如下：用本发明的方法制得的压缩炭化杨木内应力小，板的尺寸稳定性好，从而保证了压缩炭化木的质量。本发明克服了速生材杨木板材密度小、硬度小、强度低、易腐蚀以及不能直接使用等缺陷，通过对杨木板材进行压缩密实化处理，提高板材的密度，并对压缩后的杨木板材在加压的条件下进行炭化处理，消除板材内部的压缩应力，防止板材回弹，提高其尺寸稳定性、密度和强度，所制得的杨木板可以直接作为板材使用。压缩炭化杨木板材可以部分或者全部代替优质珍贵木材使用，缓解不断减少的珍贵木材资源与日益增长的木材需求这一矛盾。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例一
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成400mm长、180mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，刨削板材的厚度根据杨木的压缩率而定，本实施例中原料板的压缩率为30％，压缩后成品板的厚度要求为5mm，所以原料板的刨削厚度为7.2mm，控制原料板的含水率为15％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为90℃的热压机内压缩，用厚度规控制压缩原料板的厚度为5mm，压力2.5MPa，压缩45min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为98℃的干燥机中干燥90min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为180℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为5mm，在1.5MPa压力下炭化4.5h，得到压缩率为30％的成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.59g/cm3
硬度 1360N
静曲强度 73.36MPa
弹性模量 3985.7Mpa
实施例二
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成450mm长、170mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，刨削板材的厚度根据杨木的压缩率而定，本实施例中原料板的压缩率为40％，压缩后成品板的厚度要求为5mm，所以原料板的刨削厚度为8.4mm，控制原料板的含水率为14％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为95℃的热压机内压缩，用厚度规控制压缩原料板的厚度为5mm，压力2.8MPa，压缩50min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为100℃的干燥机中干燥85min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为200℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为5mm，在2.3MPa压力下炭化3.5h，得到压缩率为40％的成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.70g/cm3
硬度 1760N
静曲强度 89.3MPa
弹性模量 5279Mpa
实施例三
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成600mm长、120mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，刨削板材的厚度根据杨木的压缩率而定，本实施例中原料板的压缩率为50％，压缩后成品板的厚度要求为5mm，所以原料板的刨削厚度为10mm，控制原料板的含水率为13％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为100℃的热压机内压缩，用厚度规控制压缩原料板的厚度为5mm，压力3.0MPa，压缩55min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为103℃的干燥机中干燥80min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为200℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为5mm，在2.6MPa压力下炭化3h，得到压缩率为50％的成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.79g/cm3
硬度 2084N
静曲强度 117.7MPa
弹性模量 8304Mpa
实施例四
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成500mm长、100mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，本实施例中原料板的压缩率为60％，压缩后成品板的厚度要求为5mm，所以将原料板刨削加工为厚度12.5mm的板材，控制原料板的含水率为12％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为103℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为5mm，压力4.2MPa，压缩60min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为106℃的干燥机中干燥75min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为220℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为5mm，在2.8MPa压力下炭化2.5h，得到压缩率为60％的成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.83g/cm3
硬度 2827N
静曲强度 146.5MPa
弹性模量 9750Mpa
实施例五
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成600mm长、150mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，刨削板材的厚度根据杨木的压缩率而定，本实施例中原料板的压缩率为30％，压缩后成品板的厚度要求为10mm，所以将杨木板刨削加工为厚度14.3mm的板材，控制原料板的含水率为11％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为105℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为10mm，压力3.6MPa，压缩60min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为90℃的干燥机中干燥70min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为170℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为10mm，在2.5MPa压力下炭化5h，得到压缩率为30％的成品杨木板。
e.割锯木材，将成品杨木板用锯机锯成厚度两等份的两块成品杨木板。所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.59g/cm3
硬度 1470N
静曲强度 71.3MPa
弹性模量 3675MPa
实施例六
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成550mm长、200mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，刨削板材的厚度根据杨木的压缩率而定，本实施例中原料板的压缩率为40％，压缩后成品板的厚度要求为10mm，所以将杨木板刨削加工为厚度16.7mm的板材，控制原料板的含水率为10％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为107℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为10mm，压力3.7MPa，压缩65min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为107℃的干燥机中干燥70min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为190℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为10mm，在2.7MPa压力下炭化4h，得到压缩率为40％的成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.71g/cm3
硬度 1820N
静曲强度 87.9MPa
弹性模量 4975MPa
实施例七
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成500mm长、180mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，本实施例中原料板的压缩率为60％，压缩后成品板的厚度要求为10mm，所以将原料板刨削加工成厚度为25mm的板材，控制原料板含水率为8％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为110℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为10mm，压力4.5MPa，压缩70min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为108℃的干燥机中干燥55min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为210℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为10mm，在2.8MPa压力下炭化3h，得到压缩率为60％的杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.82g/cm3
硬度 2820N
静曲强度 137.5MPa
弹性模量 8230Mpa
实施例八
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成450mm长、175mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，本实施例中原料板的压缩率为30％，压缩后成品板的厚度要求为15mm，所以将原料板的刨削厚度为21.4mm，控制原料板含水率为9％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为110℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为15mm，压力3.8MPa，压缩80min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为80℃的干燥机中干燥60min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为160℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为15mm，在2.7MPa压力下炭化5.5h，得到压缩率为30％的杨木板。
e.割锯木材，将成品杨木板用锯机锯成厚度三等份的三块成品杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.59g/cm3
硬度 1489N
静曲强度 75.2MPa
弹性模量 4130Mpa
实施例九
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成480mm长、165mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，本实施例中原料板的压缩率为40％，压缩后成品板的厚度要求为15mm，所以将原料板的刨削厚度为25mm，控制原料板含水率为8％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为103℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为15mm，压力4.4MPa，压缩85min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为100℃的干燥机中干燥55min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为220℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为15mm，在3.0MPa压力下炭化2h，得到压缩率为40％的杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.69g/cm3
硬度 1632N
静曲强度 80.7MPa
弹性模量 4877Mpa
实施例十
a.杨木材料的准备，用锯机将杨木锯剖成400mm长、150mm宽的原料板，用压刨机进行刨削加工，本实施例中原料板的压缩率为50％，压缩后成品板的厚度要求为15mm，所以将原料板的刨削厚度为30mm，控制原料板含水率为8％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为108℃的热压机内压缩，在热压机内用厚度规控制压缩原料板的厚度为15mm，压力4.7MPa，压缩90min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为90℃的干燥机中干燥40min；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为150℃的热压机内，并用厚度规控制板材的厚度为15mm，在3.5MPa压力下炭化6h，得到压缩率为50％的杨木板。
所得压缩炭化杨木板的性能指标如下：
绝干密度 0.79g/cm3
硬度 2095N
静曲强度 103.5MPa
弹性模量 7450Mpa
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.压缩炭化杨木板的生产方法，包括以下步骤：
a.杨木材料的准备，将杨木锯剖成400-2400mm长、100-460mm宽的原料板，刨削加工原料板，按
确定刨削后原料板的厚度，其中，η
表示原料板的压缩率，h1表示刨削后原料板的厚度，h2表示成品板的厚度；
控制原料板的含水率不超过15％；
b.压缩木材，将上述刨削后的原料板置于温度为90-110℃的热压机内压缩，用尺寸为h2的厚度规控制原料板的厚度，压力控制在2-7MPa，压缩时间为30-90min；
c.干燥木材，将上述压缩后的原料板置于温度为80-108℃的干燥机中干燥40-90min，消除原料板在热压过程中产生的内应力；
d.炭化木材，将上述干燥后的压缩原料板置于温度为120-220℃的热压机内，用尺寸为h2的厚度规控制压缩原料板的厚度，在1-3.5MPa压力下炭化2-8h，得到成品杨木板。
2.根据权利要求1所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：还包括步骤
e.将步骤d得到的成品杨木板用锯机锯成厚度两等份或三等份的成品杨木板。
3.根据权利要求1所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：所述原料板的压缩率范围为30-60％。
4.根据权利要求1或3所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，原料板的压缩率为30％，成品板的厚度为5mm，刨削加工成厚度为7.2mm原料板，控制原料板的含水率为15％；所述步骤b中，压缩温度90℃，压力2.5MPa，时间45min；所述步骤c中，干燥温度98℃，时间90min；所述步骤d中，炭化温度180℃，压力1.5MPa，时间4.5h。
5.根据权利要求1或3所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，原料板的压缩率为40％，成品板的厚度为5mm，刨削加工成厚度为8.4mm原料板，控制原料板的含水率为14％；所述步骤b中，压缩温度95℃，压力2.8MPa，时间50min；所述步骤c中，干燥温度100℃，时间85min；所述步骤d中，炭化温度200℃，压力2.3MPa，时间3.5h。
6.根据权利要求1或3所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，原料板的压缩率为50％，成品板的厚度为5mm，刨削加工成厚度为10mm原料板，控制原料板的含水率为13％；所述步骤b中，压缩温度100℃，压力3.0MPa，时间55min；所述步骤c中，干燥温度103℃，时间80min；所述步骤d中，炭化温度200℃，压力2.6MPa，时间3h。
7.根据权利要求1或3所述压缩炭化杨木板的生产方法，其特征在于：所述步骤a中，原料板的压缩率为60％，成品板的厚度为5mm，刨削加工成厚度为12.5mm原料板，控制原料板的含水率为12％；所述步骤b中，压缩温度103℃，压力4.2MPa，时间60min；所述步骤c中，干燥温度106℃，时间75min；所述步骤d中，炭化温度220℃，压力2.8MPa，时间2.5h。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: XUZHOU ZHONGYUAN WOOD CO., LTD. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2012320000761 Denomination of invention: Method for manufacturing compressed carbonized poplar board Granted publication date: 20110727 License type: Exclusive License Open date: 20100616 Record date: 20120612 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110727 Termination date: 20191118 |