CN102172941B - 提高木材力学强度的处理方法 - Google Patents

Abstract

提高木材力学强度的处理方法，包括如下步骤：(1)、选取木材干板或湿板；(2)、调整辊压机间距；(3)、向处理槽中注入木材强化药剂，药剂的液面与上压辊轴线平齐；(4)、辊压浸注药剂1-5次；(6)、将木材板材放于电热干燥箱内，进行干燥和树脂的聚合处理。本发明能明显提高木材的力学强度，提高生产效率，且设备常压运行，结构简单，操作方便，作业环境安全，成本低。

Description

提高木材力学强度的处理方法

技术领域

本发明是一种新型的提高木材力学强度的处理方法，属于木材工业中木材改性技术领域。

背景技术

由于对林木资源的过度采伐和森林植被面积的大幅减少，导致地球灾害频繁发生，人类生存环境恶化。国家森林经营政策的调整和天然林保护工程的实施，致速生树种的种植量和生长量迅速增加，以大青杨等为代表的速生林木材的蓄积量和采伐量连年递增。速生林木材的特点：生长迅速，成材周期短；缺点：较原始次生林木材相比，力学强度明显降低，耐菌耐虫能力减弱，致木材的使用场所和环境受到限制。对速生木材进行增强处理，提高木材力学强度的指标，是木材加工领域重要的研究内容，是节约木材、保护森林资源、改善人类生存环境的重要途径之一。

传统的提高木材力学强度的处理方法，是将被处理的木材置于高压处理罐内，依靠压力将强化药剂注入到木材中去。传统方法的缺点是使用的高压处理罐设备比同类常压设备结构复杂、操作繁琐，价格高，木材干燥处理时间长，生产效率低；浸注到木材内的药剂分布不均匀, 影响强化木材的性能指标，因此急需研制新型的提高木材力学强度的处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高木材力学强度的处理方法，使用该方法能明显提高木材的力学强度，且设备结构简单，操作方便，生产效率大幅提高，生产成本明显降低，同时，提高了作业环境的安全性。

本发明的技术方案是：一种提高木材力学强度的处理方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

⑴、选取木材板材：选取在设计尺寸范围内的木材干板或湿板，湿板的最大含水率为被水饱和状态；

⑵、调整设备：在处理槽中装有辊压机，调整辊压机的上压辊与下压辊的间距为设定间距；

⑶、填加木材强化药剂：将粘度为10秒-18秒/涂4杯，浓度53%-55%质量分数的酚醛树脂或脲醛树脂或三聚氰胺树脂原胶配制成30%-40%质量分数的水溶液，将水溶液注入处理槽中，使药剂的液面与上压辊轴线平齐；

⑷、辊压浸注药剂：将待处理的木材板材置于辊压机输入端，启动辊压机，板材从辊压机的两个压辊之间通过，到达辊压机输出端；

⑸、重复步骤⑷，1-5次；

⑹、干燥和树脂的聚合处理：辊压后的木材板材立于空置的容器内，待表面不再有树脂渗出时，将木材板材放于电热干燥箱内，箱内温度100-150℃，干燥至含水率为8-10%的强化木材板材。

本发明的核心内容是通过特制设备中压辊的压缩使木板压缩方向的尺寸变小，在离开压辊的瞬间，由于板材压缩方向尺寸的回弹在木材内形成的真空将强化药剂吸入到木材内，并可通过后续的多次辊压将强化药剂推向木材的深层。

木材是一种由空腔细胞构成的天然的高分子复合材料，绝大部分密度在0.35g/cm³至0.80 g/cm³之间，具有粘弹性特征；木材内的细胞绝大部分呈长条形、纤维状，长宽比大，细胞的排列接近平行于树干高度方向。在常温常压条件下，木材分子受到垂直于纤维方向的机械压力，木材细胞被横向压扁，细胞腔变小或消失；在外力消除的瞬间，由于细胞回弹而形成真空状态，木材强化处理药剂被吸进木材表层的一定厚度内，形成一定的浸注深度和浸注量，通过后期处理，达到增大木材力学强度的目的；该方法使用的浸注强化药剂以水溶性为主，常温下被处理木材板材在压缩—注液的处理过程中封闭在药液中进行，与空气完全隔离。

木材内除一部分细胞壁物质外，其余部分是被水分（水蒸气）、空气、无机物质和内含物占据的细胞腔和细胞间隙，而木材内的水分又分为自由水和吸着水，木材压缩处理的瞬间，宏观上木材的横向尺寸变小，微观则是木材内的细胞腔和细胞间隙被压扁，其中的一部分自由水和空气被挤出木材，外力消除时，被压扁的细胞腔和细胞间隙要恢复到原来的形状和尺寸（不是完全的弹性回复），木材内的空隙出现负压，大气将把强化药剂压挤到细胞腔和细胞间隙中。在压缩木材过程中，木材细胞壁上的纹孔（液体出入木材的主要通道）可能受到破坏，细胞壁的个别部位可能出现裂隙，这些都将显著地改善木材对强化药剂的贯透性和吸附性能。

上述对本发明原理的说明，与其他的提高木材力学强度的处理方法迥然有别。

本发明使用的辊压机，一为主动辊，另一为从动辊；两辊间距可调整，辊间距应小于木板厚度，对板材造成一定的压力，而靠摩擦力使木材板材由辊间通过。

本发明具有如下优点：①巧妙地利用“吸入”作用，处理时间极短，效率高，可连续化生产；②从湿材、生材直接进行加工，省去木材预干燥过程，节省大量能源；③在机械压力作用下，木材细胞被瞬时压扁，胞壁纹孔被压溃，木材浸透性大为改善，强化药剂浸注均匀，木材的干燥性能也得到显著改善；④后期的再次辊压处理不仅能排除多余强化药剂，循环使用，降低成本，且能将表层药剂压入深层；⑤在常压下即可进行，作业环境安全，省掉昂贵的高压处理罐设备和加压、抽真空设备，能量消耗少，成本显著降低。

具体实施方式

本发明中使用的材料包括木材板材和强化药剂两类。木材板材的树种以密度较小、材质较疏松、力学强度较低的速生林木材为对象，板材厚度5mm～60mm，宽度50mm～200mm，长度不限；当木板含水率在10%～30%范围内时，压缩率的取值范围为5%～15%；当木板含水率在30%～被水饱和（饱和含水率因树种而异）范围内时，压缩率的取值范围为5%～50%。

本发明的强化药剂是酚醛树脂或脲醛树脂或三聚氰胺树脂，是能够溶于水的小分子树脂，又称甲阶树脂，粘度为10秒-18秒/涂4杯，浓度53%-55%质量分数。

实施例一 大青杨板材浸注酚醛树脂

取大青杨木材，加工成标准的径切板和弦切板，尺寸300mm（长）×120mm（宽）×20mm（厚），含水率为86%～133%。

酚醛树脂（PF），原胶粘度为10秒-18秒/涂4杯、浓度55%质量分数，调整为浓度30%和40%质量分数的水溶液，注入处理槽中，上液面与上压辊轴线平齐。

辊压机，压辊直径250mm，上辊为主动辊，转速为20r/min，下辊为从动辊。

辊压工艺：压缩率定为10%和30%两种，压缩次数分为1次、3次和5次。

沿长度方向，将木板置于两个压辊之间，随着压辊的转动，木板在一定的压缩量下，由压辊的带动从辊压机的一端到达另一端，完成一定压缩率下的一次辊压，根据制定的工艺条件，迅速进行3次或5次辊压。辊压后的木板立于空置的容器内，待木板表面不再有树脂渗出时，将木板放于电热干燥箱内，进行木板的干燥和树脂的聚合处理，干燥温度120±5℃，时间为42小时左右，干燥至含水率为8-10%。

为验证本发明的有益效果，按照国家有关标准（GB/T 1928－1991、GB/T 1936.1－1991、GB/T 1936.2－1991和GB/T 1941－1991）测定了未处理板材和处理后板材的力学强度值，并进行了抗弯强度、抗弯弹性模量和硬度试验结果的对照比较。结果见表1。

表1浸注酚醛树脂的大青杨木板力学强度变化表

实施例二 大青杨板材浸注脲醛树脂

取大青杨木材，加工成标准的径切板和弦切板，尺寸300mm（长）×120mm（宽）×20mm（厚），含水率为113%～173%。

脲醛树脂（UF），原胶粘度10秒-18秒/涂4杯，浓度53%质量分数，浓度调整为30%和40%质量分数的水溶液，注入处理槽中，上液面与上压辊轴线平齐。

辊压机，压辊直径250mm，上辊为主动辊，转速为16r/min，下辊为从动辊。

辊压工艺：压缩率定为10%和30%两种，压缩次数分为1次、3次和5次。

沿长度方向，将木板置于两个压辊之间，随着压辊的转动，木板在一定的压缩量下，由压辊的带动从辊压机的一端到达另一端，完成一定压缩率下的一次辊压，根据制定的工艺条件，迅速进行3次或5次辊压。辊压后的木板立于空置的容器内，待木板表面不再有树脂渗出时，将木板放于电热干燥箱内，进行木板的干燥和树脂的聚合处理，干燥至木板的含水率为8-10%。

为验证本发明的有益效果，按照国家有关标准（GB/T 1928－1991、GB/T 1936.1－1991、GB/T 1936.2－1991和GB/T 1941－1991）测定了未处理板材和处理后板材的力学强度值，并进行了抗弯强度、抗弯弹性模量和硬度试验结果的对照比较。结果见表2。

表2浸注脲醛树脂的大青杨木板力学强度变化表

板材浸注三聚氰胺树脂的处理方法与浸注酚醛树脂或脲醛树脂的处理方法相同。

结论：上述试验研究结果表明，通过在强化药剂液面下对木材进行的辊压处理，确实能将小分子树脂浸注到木材中去，小分子树脂在木材内聚合后，明显提高了抗弯强度、抗弯弹性模量和硬度等力学指标，证明本发明中叙述的方法是可行且有效的。

辊压浸注处理是对木材施行进给方向与纹理方向相一致的动态横向压缩。液面下，配置一对可调整间距和转速的压辊，木材在进给过程中，经过上、下压辊的挤压，厚度方向尺寸变小，木材空隙内的空气和水分被排除木材之外，随着压辊的转动，受压部位要离开压辊，在离开压辊的瞬间，木材这种多孔性材料要进行厚度方向变形的回复，由于整个操作过程是在处理药剂的液面下进行，在木材内部要形成一定的真空，靠这种真空作用将处理药剂吸入木材；经辊压处理后，木材的渗透性得到显著改善，也将对处理药剂的浸注起到促进作用。

本发明与传统的生产模式相比，设备结构简单，工艺路线不复杂，生产成本低，属于低碳生产方式，具有突出的生态环境效益与社会经济效益。

Claims (1)

1.一种提高木材力学强度的处理方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

⑴、选取木材板材：选取在设计尺寸范围内的木材干板或湿板，湿板的最大含水率为被水饱和状态；

⑵、调整设备：在处理槽中装有辊压机，调整辊压机的上压辊与下压辊的间距为设定间距；

⑶、填加木材强化药剂：将粘度为10秒-18秒/涂4杯，浓度53%-55%质量分数的酚醛树脂或脲醛树脂或三聚氰胺树脂原胶配制成30%-40%质量分数的水溶液，将水溶液注入处理槽中，使药剂的液面与上压辊轴线平齐；

⑷、辊压浸注药剂：将待处理的木材板材置于辊压机输入端，启动辊压机，板材从辊压机的两个压辊之间通过，到达辊压机输出端；

⑸、重复步骤 ⑷ ，1-5次；

⑹、干燥和树脂的聚合处理：辊压后的木材板材立于空置的容器内，待表面不再有树脂渗出时，将木材板材放于电热干燥箱内，箱内温度100-150℃，干燥至含水率为8-10%的强化木材板材。