CN102922580B - 一种炭化热处理改良实木地板制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及木材功能性改良方法，尤其涉及一种炭化热处理改良实木地板制造方法，属于木材功能性改良及木制品加工技术领域。本发明技术方案包括以下步骤：（1）实木地板坯料制作步骤；（2）干燥步骤；（3）炭化热处理改良步骤；（4）实木地板制造步骤。本发明技术方案在解决现有技术问题的同时，提供了一种专为速生材而设计的实木地板生产方法。现有技术相比，具有生产工艺简单，生产周期短，能耗低，生产成本低等优点，所得到的速生材实木地板技术指标达到国家标准质量要求。
Description
技术领域
本发明涉及木材功能性改良方法，尤其涉及一种炭化热处理改良实木地板制造方法，属于木材功能性改良及木制品加工技术领域。
背景技术
一直以来，由于实木地板所拥有的纹理自然美观、脚感舒适等保持着天然木材最优秀微环境特性，从而使得实木地板一直成为人们家庭装修、铺地材料的首选。但是现有的实木地板采用的是硬阔叶材树种，这些树种具有生长速度慢、成材周期长缺点，一般六、七十年方可成材。导致木材的生长速度满足不了人们日夜增长的对木材资源的需要，从而使得现有的实木地板价格在不断上涨，硬阔叶材森林资源在不断减少，这不利于我国乃至全球林业产业的可持续发展。为解决木材的供应量，我国乃至全球都在大力发展速生丰产林，以部分替代硬阔叶材，缓解木材供需矛盾。速生材具有生长速度快、成材周期短10~15年便可成材，在一定程度上确实缓解了我国木材供需矛盾，所加工得到的实木复合地板，也解决了人们过分对实木地板的需求。但是所得到的实木复合地板表层仍然采用的是珍贵硬阔叶材树种经多次锯制得到的木皮，使得木材出材率低，产品价格昂贵，而且基材采用的速生材没有经过木材功能性改良处理，使得基材容易发生霉变腐朽，缩短了产品使用寿命，更为严重的是存在着甲醛释放量这一棘手环保问题无法解决，给人们的生活健康带来了危险。而且速生材的稳定性差、材质软、易发霉易腐朽，使其只能应用于纤维板、刨花板、细木工板这些低附加值的木制半成品。因此，对速生材的高附加值利用研究成为行业科研人员研究的热点。
中国专利文献CN1868704A公开了“一种木材炭化处理方法”发明专利，其制造方法包括a.将木材整齐码垛并在木材堆顶部按1t/m2的标准加压钢板框浇混凝土压块，然后装入木材炭化设备中；b.在木材炭化设备中采用阶梯式连续升温方法，将温度按每4～6小时提高3～7℃的速度升温至120～140℃；c.采用阶梯式连续升温方法，按每1～3小时提高8～12℃的速度升温至160～240℃,并在最高温度下保持3～6小时，炭化处理过程结束；d.待炭化结束后，停止加热，采用喷雾化水方法让木材缓慢降温到100℃，然后通入100℃的饱和蒸汽对木材进行调湿回潮处理，处理时间为6～8小时，将木材的含水率回调到4~6%；e.木材在自然条件下冷却到温度高于室温15～30℃出窑。上述方案炭化处理方案存在着生产周期长，能耗高，产量低。
中国专利文献CN101069972A公开了“一种热处理炭化木材的生产方法”发明专利，其步骤包括：（1）准备阶段：将含水率≤12%的待处理木材，按常规干燥法堆垛放入木材炭化窑内，并关闭木材炭化窑的大门和进、排气口：（2）预热阶段：将窑内介质温度在1～3h内升到50～80℃；（3）升温阶段：将窑内介质温度以10～18℃/h的速度升温到95～105℃；接着以3～8℃/h的速度升温到120~130℃对素材进行高温干燥，并且木材内部的含水率几乎降到0；再以12～20℃/h的速度升温到185~220℃之间；在此升温阶段中采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理；（4）保温阶段：当窑内介质温度达到所要求的温度以后，保持窑内温度在185~220℃之间，保持炭化温度2～8h；（5）降温阶段：关闭热源，采用间歇式喷蒸法降温，使窑内介质温度以12～18℃/h的速度降温到120～140℃；接着采用进排气口间歇开合和间歇式喷蒸法进行降温，使窑内介质温度以4～8℃/h的速度降温到70～85℃，采用间歇式喷蒸法进行喷蒸处理，维持1～4h，使木材含水率达到4～9%；再自然降至室温出窑。上述方案仍然存在着生产时间长，能耗高，产量低这样的缺点。
中国专利文献CN1868708A公开了“炭化木地板生产方法”发明专利，其生产方法包括：制作出矩形的木地板坯料，将坯料经过干燥、炭化处理、养生、四面刨光、砂光、企口、封边、涂装、成品包装，得到炭化木地板。其中的炭化处理步骤包括：a.将木材整齐码垛并在木材堆顶部按1t/m2的标准加压钢板框浇混凝土压块，然后装入木材炭化设备中；b.在木材炭化设备中采用阶梯式连续升温方法，将温度按每4～6小时提高3～7℃的速度升温至120～140℃；c.采用阶梯式连续升温方法，按每1～3小时提高8～12℃的速度升温至160～240℃,并在最高温度下保持3～6小时，炭化处理过程结束；d.待炭化结束后，停止加热，采用喷雾化水方法让木材缓慢降温到100℃，然后通入100℃的饱和蒸汽对木材进行调湿回潮处理，处理时间为6～8小时，将木材的含水率回调到4~6%；e.木材在自然条件下冷却到温度高于室温15～30℃出窑。上述方案仍然存在着生产时间长，能耗高，产量低这样的缺点。经炭化处理后的木材仍然像普通木材一样保持着干缩湿胀的特性，上述方案木材的含水率过低，会使生产得到的地板因在后续过程中吸湿膨胀而变形，出现质量事故。而且上述方案能产业化推广的产品只能是基于部分硬阔叶材，如栎木、水曲柳等，浙江世友木要业有限公司根据上述发明技术方案，已实现了硬阔叶材炭化木地板的技术和产品推广。
然后，目前还没有以速生材为材料的炭化热处理改良实木地板。这是因为速生材生长速度快、成材周期短，材质软，容易发生变形、开裂和变色缺陷，从而使其很难应用于实木地板高附加值利用。即使按照上述的炭化热处理工艺，虽能提高其尺寸稳定性、耐腐耐候性、改善其纹理色泽，但是按照同样的炭化热处理工艺处理速生材和硬阔叶材，速生材的尺寸稳定性比硬阔叶材要略差；速生材的表面硬度降低得更明显，而硬阔叶材的表面硬度略有降低或不变或略有升高。这就导致了速生材不能直接应用于实木地板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更优良的实木地板生产方法，具体是一种炭化热处理改良实木地板制造方法，在解决现有技术的上述问题的同时，提供了一种专为速生材而设计的实木地板生产方法。本发明技术方案与现有技术相比，具有生产工艺简单，生产周期短，能耗低，生产成本低等优点，所得到的速生材实木地板达到国家标准质量要求。
本发明提供了一种炭化热处理改良实木地板制造方法，它包括以下步骤：
（1）实木地板坯料制作步骤：选取马尾松、杨木或辐射松并将其锯制成19～24mm锯材；
（2）干燥步骤：对锯材进行干燥使其含水率≤6%；
（3）炭化热处理改良步骤：在热处理窑里快速加热加湿直接升温到185～210℃的条件对木材进行炭化热处理改良；
（4）实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。
作为优选，所述的实木地板坯料制作步骤：是选取马尾松、杨木或辐射松并将其锯制成19～24mm锯材。更为优选地，所选取的速生材径级大于20cm以上的原木上锯取，以保证原材料的密度达到要求，而且还要所选用的速生材具有较好的渗透性或均匀的材质。
作为优选，所述的干燥步骤：是把2片木材叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6%。
作为优选，所述炭化热处理改良步骤：是把干燥窑干燥好的木材直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到185～210℃对木材进行热处理改良2～4h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度120~125℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。
作为进一步优选，所述热处理改良步骤：是在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。
作为优选，所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到7~11%。
作为优选，所述实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。
作为进一步优选，所述涂装是采用添加有0.2~3.0%的SiO2纳米增强材料或添加有0.2~3.0%的AL2O3纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。SiO2纳米增强材料或AL2O3纳米增强材料可从市场上购买，是在UV底漆生产时便采用机械共混法导入米增强材料。
作为优选，本技术方案采用的是南京海泰纳米材料有限公司生产的纳米材料SiO2，其性能指标为：纳米SiO2含量99.9%，平均粒径20nm，比表面积440m2/g。本技术方案采用的是杭州万景新材料有限公司生产的纳米材料AL2O3，其性能指标为：含量99.99%，粒径10～20nm，比表面积180～250m2/g，晶型为：γ型。
根据上述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的实木地板，采用的是速生材，实木地板的漆膜硬度≥2H，其耐腐等级达二级以上（重量损失≤24%），此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45%以上。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1．采用叠加方式进行干燥和炭化热处理改良，即可以防止干燥和炭化热处理过程隔条压痕缺陷对地板质量的影响和降低出材率，同时也可以防止干燥和炭化热处理过程隔条压痕引起的变色对地板表面质量的影响，而又不影响干燥和炭化热处理质量；
2．本技术方案的炭化热处理改良步骤，是专门为速生材实木地板坯料而开发设计的，具有生产工艺简单，生产周期短，生产效率高，生产成本低，可实现连续化、大规模产业化生产的高效节能炭化热处理改良工艺，与现有技术有质的差别和质的突破，如按本技术方案处理硬阔叶材地板坯料，会使处理得到的硬阔叶材地板坯料出现表裂、内裂、端裂和弯曲变形缺陷；
3．采用纳米材料改性UV涂料打底漆，可以使地板的表面硬度得到一定的提高，也提高了漆膜附着力，又不会影响炭化热处理后木材所拥有的纹理显现色泽饱满优秀的木材微环境视觉特性，而且还能保持速生材实木地板的纹理呈现出柚木、榆木、栎木等珍贵树种纹理色泽。
具体实施方式
实施例1
（1）实木地板坯料制作步骤：选取径级大于20cm以上的马尾松并将其锯制成24mm锯材。
（2）干燥步骤：把2片马尾松木材叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6%。
（3）炭化热处理改良步骤：是把干燥窑干燥好的木材直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到210℃对木材进行热处理改良4h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度125℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。注意在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。
所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到11%，因为在炭化热处理窑里进行含水率恢复能耗高，不经济。
（4）实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良马尾松木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得马尾松实木地板。所述涂装是采用添加有3.0%的SiO2纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。SiO2纳米增强材料或AL2O3纳米增强材料可从市场上购买，是在UV底漆生产时便采用机械共混法导入米增强材料。本实施例采用的是南京海泰纳米材料有限公司生产的纳米材料SiO2，其性能指标为：纳米SiO2含量99.9%，平均粒径20nm，比表面积440m2/g。
根据上述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的马尾松实木地板，漆膜硬度3H，其耐腐等级达二级以上（重量损失≤24%），此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45%以上。
而采用普遍UV漆涂装上述马尾松地板，漆膜硬度HB级，没能达到国家标准合格品要求。
实施例2
（1）实木地板坯料制作步骤：选取径级大于20cm以上的杨木并将其锯制成19mm锯材。
（2）干燥步骤：把2片杨木地板坯料叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6%。
（3）炭化热处理改良步骤：是把干燥窑干燥好的杨木地板坯料直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到185℃对木材进行热处理改良2h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度120℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。注意在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。
所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到7%。
（4）实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。所述涂装是采用添加有0.2%的AL2O3纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。AL2O3纳米增强材料可从市场上购买，在UV底漆生产时便采用机械共混法导入米增强材料。本实施例是采用的是是杭州万景新材料有限公司生产的纳米材料AL2O3，其性能指标为：含量99.99%，粒径10～20nm，比表面积180～250m2/g，晶型为：γ型。
根据上述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的杨木实木地板，漆膜硬度2H，其耐腐等级达二级以上（重量损失≤24%），此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45%以上。
而采用普遍UV漆涂装上述杨木地板，漆膜硬度B级，没能达到国家标准合格品要求。
实施例3
（1）实木地板坯料制作步骤：选取径级大于20cm以上的辐射松并将其锯制成22mm锯材。
（2）干燥步骤：是把2片辐射松地板坯料叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6%。
（3）炭化热处理改良步骤：是把干燥窑干燥好的木材直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到200℃对木材进行热处理改良3h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度120~125℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。注意在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到9%。
（4）实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。所述涂装是采用添加有1.5%的SiO2纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。SiO2纳米增强材料，是在UV底漆生产时便采用机械共混法导入米增强材料。本实施例采用的是南京海泰纳米材料有限公司生产的纳米材料SiO2，其性能指标为：纳米SiO2含量99.9%，平均粒径20nm，比表面积440m2/g。
根据上述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的辐射松实木地板，漆膜硬度3H，其耐腐等级达二级以上（重量损失≤24%），此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45%以上。
而采用普遍UV漆涂装上述辐射松地板，漆膜硬度2B级，没能达到国家标准合格品要求。
实施例4
（1）实木地板坯料制作步骤：选取径级大于20cm以上的樟子松并将其锯制成20mm锯材。
（2）干燥步骤：把2片木材叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在坚直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6%。
（3）炭化热处理改良步骤：把干燥窑干燥好的木材直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到195℃对木材进行热处理改良2～4h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度120~125℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。注意在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。
所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到10%。
（4）实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。所述涂装是采用添加有0.2AL2O3纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。AL2O3纳米增强材料可从市场上购买，是在UV底漆生产时便采用机械共混法导入米增强材料。本实施例采用的是杭州万景新材料有限公司生产的纳米材料AL2O3，其性能指标为：含量99.99%，粒径10～20nm，比表面积180～250m2/g，晶型为：γ型。
根据上述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的樟子松实木地板，实木地板的漆膜硬度2H，其耐腐等级达二级以上（重量损失≤24%），此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45%以上。
而采用普遍UV漆涂装上述樟子松地板，漆膜硬度B级，没能达到国家标准合格品要求。
Claims (7)
1.一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)实木地板坯料制作步骤：选取马尾松、杨木或辐射松并将其锯制成厚度19～24mm锯材；
(2)干燥步骤：把2片木材叠加在一起为一叠整体，对木材进行干燥使其含水率≤6％；
(3)炭化热处理改良步骤：把干燥窑干燥好的木材保持叠加状态直接用叉车送进炭化热处理窑里，在热处理窑里快速加热加湿直接升温到185～210℃的条件对木材进行炭化热处理改良；
(4)实木地板制造步骤：将得到的炭化热处理改良木材，进行机械加工、开榫开槽、涂装而得实木地板。
2.根据权利要求1所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于，所述干燥步骤：是把2片木材叠加在一起为一叠整体，采用规格统一的托盘和铝合金隔条，堆垛时隔条距木材端面在3cm以内，隔条间距在15～25cm，隔条整齐在竖直方向上成一条直线，在堆垛好木材堆上压压块，置于干燥窑中进行常规干燥，使木材的含水率≤6％。
3.根据权利要求1所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于，所述炭化热处理改良步骤：是把干燥窑干燥好的木材直接用叉车送进炭化热处理窑里，关闭热处理窑门，同时开启加热和加湿阀门，快速加热加湿直接升温到185～210℃对木材进行热处理改良2～4h，结束后关闭加热采用喷射雾化水方法让木材快速降温至热处理设备内温度120～125℃时，结束喷雾化水和停止加湿，自然降温到窑内40～60℃时即可出窑。
4.根据权利要求1或3所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于，所述炭化热处理改良步骤：是在快速加热加湿升温过程中湿球温度小于100℃时要保持干球温度大于湿球温度25～35℃，直至湿球温度≥100℃，保持窑里充满蒸汽。
5.根据权利要求1所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于，所述热处理改良步骤后还包含水率恢复步骤：把炭化热处理得到的木材移到干燥窑里进行含水率恢复，使其含水率恢复到7～11％。
6.根据权利要求1所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法，其特征在于，所述涂装是采用添加有0.2～3.0％的SiO2纳米增强材料或添加有0.2～3.0％的AL2O3纳米增强材料的UV涂料用作底漆，先涂装地板底面打底加硬，后面在其上面涂装UV面漆而得到的实木地板。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种炭化热处理改良实木地板制造方法所制得的实木地板，其特征在于，所得到的实木地板采用的是速生材，实木地板的漆膜硬度≥2H，其耐腐等级达二级以上，此外与其素材所加工得到的实木地板相比，尺寸稳定性提高45％以上。
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