CN103481348B

CN103481348B - 一种整体强化实木型材及其制造方法

Info

Publication number: CN103481348B
Application number: CN201310396921.XA
Authority: CN
Inventors: 涂登云; 苏晓华; 廖立; 郭琼
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: Jianwei Furniture Decoration Co., Ltd., Jiangmen City
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103481348A

Abstract

本发明属于木材功能性改良和木材加工技术领域，具体公开一种整体强化实木型材及其制造方法。所述方法为在低含水率（1～3%）条件下，采用一次加热软化成型技术对木材进行低压缩率整体压缩处理，得到剖面密度均匀的整体压缩材。本方法可有效减少木材内部因蒸汽压过高而产生的爆破和鼓泡现象，大大缩短了保温时间，提高了工作效率。通过本发明所述方法得到的整体压缩木材型材尺寸稳定性好，环保健康，可用于制造实木地板、实木家具以及作为室内装修材料。

Description

一种整体强化实木型材及其制造方法

技术领域

本发明属于木材功能性改良和木材加工技术领域，具体涉及一种整体强化实木型材及其制造方法。

背景技术

木材与钢筋、水泥已经成为建筑三大基础原材料，木材正以其不可取代的功能贯穿于人类生活的各个方面。木材以其易于加工、强重比高、热绝缘和电绝缘性好，并具有天然美丽的纹理、光泽和颜色等优点，成为家具和装饰材料中的首选材料。而我国又是严重缺林国家，近几年来，随着国家限伐、禁伐天然林保护措施的陆续出台，木材资源日趋紧张，木材供需矛盾不断加剧。为此解决木材供需和环境保护已经成为世界研究的共同课题。各国政府不断加大资金投入，一方面加大人工林种植面积，另一方面加大对人工林速生木材加工利用技术研究。通过人工林速生木材代替天然林木材，缓解木材紧缺与环境保护的矛盾。人工林木材主要包括杨木、杉木、马尾松、落叶松、泡桐等树种，它具有生长速度快、产量高、采伐周期短等特点，由于其生长速度快、材质较差、密度及整体强度低等缺陷限制了其应用范围。很难应用于附加值高的实木地板、家具等领域。目前，速生材多应用于人造板、造纸等低附加值产品，速生材价值低，影响林农种植积极性，不利于生态林业建设。

目前，对速生林木材进行增强处理的方法有化学药剂浸渍法和压缩法。

化学药剂渍法是使用化学药剂，如酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂或其他复合的化学溶剂来浸渍板材，然后再经过一定的压缩及干燥过程得到成品，得到的产品能在一定程度上提高原速生木材的抗弯强度和尺寸稳定性。但生产的浸渍压缩木设备、工序复杂，生产成本高，干燥周期长，而且浸渍的化学药剂容易挥发对环境和人体造成危害。

另一种途径是对木材进行热压处理从而提高木材的强度。热压处理是指在通过调节木材内部温度和水分分布对木材进行软化处理，并对软化后的木材进行机械压缩。热压处理主要包括软化、压缩、定型等步骤。近些年，压缩处理所使用的坯料含水率多为5～20%，因为与低含水率坯料相比，高的含水率在较低的压缩温度下即可对木材产生较好的软化效果。然而在木材软化过程中，使用高含水率的坯料往往会产生爆破和鼓泡现象。为了避免爆破和鼓泡的产生，现有技术往往通过延长保温时间来降低缺陷的产生。发明专利“木材热压炭化强化方法”（公告号200810059214.0）是在160～260℃温度、含水率3～17%的条件下保温120～240分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。这种方法时间长，生产效率低，成本较高。发明专利“表面强化实木型材、地板及其制造方法”（公开号200910099265.0），是在210～250℃温度、含水率7～16%的条件下保温20～60分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。但这种方法得到的表面增强木材，所需要时间长，生产效率低，成本较高，而且在长期高温下，木材易烧焦，影响木材美观。发明专利“一种实木地板”（公开号200910101611.4）是在190～250℃温度条件下保温20～60分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。这种方法得到的表面增强木材，所需要时间长，生产效率低，成本较高，而且在长期高温下，木材易烧焦，影响木材美观。现有技术的上述方案，为了避免在使用高含水率的坯料时容易产生爆破和鼓泡现象，在压缩过程后不得不通过延长保温时间来克服，但是延长保温时间，往往使工作效率大大降低。同时，压缩后的型材内部水分分布不均，容易使木材产生变形和开裂，从而不利于产业化的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中木材增强处理技术中存在的缺陷，提供一种整体强化实木型材及其制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种整体压缩木材型材，所述压缩木材型材的密度为0.43～0.73g/cm³，厚度上断面密度差异小于25% 。

一种整体压缩木材型材的制备方法，包括如下步骤：

S1.木材干燥：将制作压缩木的木材含水率干燥至1～3%；

S2.预热：控制热压板温度160～210℃，预热180～600秒；

S3.压缩：控制热压温度160～210℃，木材受压60～120kg/cm²，压缩率20～30%。

S4.保压：控制热压温度160～210℃，保压180～600秒。

S5.高温定型：把压缩木在干球温度180～200℃的常压过热介质中处理2～4小时。

作为本发明的一种优选方案，步骤S1所述用于制作压缩木的木材为杨木、泡桐等早晚材区分不明显的低密度材，其密度为0.35～0.58g/cm3。优选的木材含水率干燥至2～3%。

优选地，步骤S2所述控制热压板温度175～185℃，预热300～500秒。

优选地，步骤S4所述控制热压温度175～185℃，保压300～500秒。

优选地，步骤S5所述把压缩木在干球温度185～195℃的常压过热介质中处理3小时。

传统的观点：木材在一定的含水率条件下具有较好的塑性，在压缩条件下，从高含水率干燥至低含水率是一个木材塑化固定过程。所以采用含水率高的材料进行压缩，然后通过较长的保压时间，在排出木材内水分的同时，使压缩得到固定，并在此过程中，当木材内含水率干燥至较低时就不易产生鼓包。在较高的含水率条件是无法采用高温软化及高温压缩的，在高含水率条件下（大于15%），热压温度一般不超过120度，否则在压缩过程中就会产生爆破。在含水率5~15%的阶段，虽然可以采用较高的温度至160度以上，但必须延长热压时间，否则在泄压时会产生鼓包。

另外，高含水率木材很难在软化过程中使木材内部的温度场和水份场分布均匀，所以得到的压缩材厚度上密度分布很难一致。容易出现表层密度极大，或是中间密度极大的现象。为了克服这种问题，通过的手段是采用提高压缩材的压密率（通过超过40%），来制备整体压缩木。这种方法，存在木材损失大，利用率低的问题。

为了克服上述技术困难，本发明采用低含水率（1~3%），可以快速使木材厚度上获得一致的温度场分布及水份场分布。在温度场和水份场分布一致的条件，就容易得到厚度上密度分布一致的低压密率木材。由于含水率低后，木材塑性差，为实现这种快速软化，本发明采用热压、高温的软化方法（既采用热压接解的热传方法，高温160～210℃，使木内部快速实现高温软化及温度场分布一至），以实现压缩过程。本发明的预热阶段有两个目标，一是使木材快软化，二是使木材内得到一致的温度分布。在软化的同时获得均匀的温度分布，才能制造压缩率低的厚度密度分布一致的压缩木。由于含水率低，压缩过程及泄压过程都不会产生爆破、鼓包，所以压缩时间较短。本发明的压缩过程，只是将木材压缩提高密度及预固定，所以压缩保压时间很短。再采用后高温定型方法，把压缩木在干球温度180～200℃的常压过热介质中处理2～4小时，使压缩木得到固定，以满足压缩木在使用中不回弹，不变形的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的整体压缩木材型材，优选的压缩率为20～30%，压缩后的型材，材积损失小。过小的压缩率对木材整体强度提高不显著，约束木材的使用范围。过大的压缩率，材积损失过大，压缩后的板材内部具有较大的压缩应力，压缩后的板材容易产生变形和开裂现象。

本发明采用低的含水率（1～3%）可避免坯料在压缩过程中产生大的蒸汽压力，导致木材在压缩过程中爆破和鼓泡的产生。同时，低的含水率有效的避免木材内部含水率分布不均而产生开裂和变形缺陷。压缩后的型材表面平整，光滑，无开裂变形产生。

木材热压的前提是木材在水、热共同作用条件下对木材进行有效的软化。对厚板进行整体压缩，首先需对木材进行加热软化处理。在加热过程中，木材中的水分在温度作用下从液态变为气态，产生汽化潜热，吸收较大的热量，从而导致木材前期加热时间延长。相对高含水率而言，低含水率有效降低了汽化潜热值，大大的缩短了木材前期加热软化的时间。

本发明所采用的工艺，操作简单，工序周期短，对设备和人员要求较低，制作成本低。所述的整体压缩木材型材不添加任何化学药剂，尺寸稳定性好，环保健康。本发明的整体压缩木材型材，压缩后的木材型材剖面密度分布均匀，压缩后的型材密度提高1.25～1.43倍，厚度上断面密度差异小于25%，特别实用于实木地板，实木家具，地采暖用实木地板。

附图说明

图1. 预热时间400s压缩前后大青杨剖面密度；深色曲线代表的是压缩材，浅色曲线代表的是素材。

图2. 预热时间350s压缩前后毛白杨剖面密度；深色曲线代表的是压缩材，浅色曲线代表的是素材。

图3. 预热时间450s压缩前后剖泡桐剖面密度；深色曲线代表的是压缩材，浅色曲线代表的是素材。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备为本技术领域常规试剂和设备。

实施例1

选取大青杨为试材，根据压机板面尺寸大小对板材进行相同规格的锯解。对锯解后的板材进行堆垛，材堆顶部加重物，用叉车把码垛好的木材放到蒸汽加热顶风型干燥窑中烘干干燥，控制其水分在3%。用四面刨对干燥好的型材进行双面抛光，所得的抛光面与木材的纤维方向平行，将所得抛光厚度为25mm原木放入三层热压机中，调整压机压板温度为180℃，控制压板压合速度为3mm/s，待上下压板与木材表面刚好接触时，保温400s，将木材进行加热软化处理。软化处理后，闭合压机，压缩热压机中的木材至19mm，压合时热压机的压强为10MPa（相当于103.32kg/cm²），保压保温480s，结束后缓慢泄压，泄压速度，1mm/s，所得压缩木置室内自然冷却。然后再用190℃常压过热蒸汽处理3小时，待冷却室温度后，用温度55℃，相对湿度92%条件调整压缩木含水率至6～8%，所得压缩型材密度提高了1.3倍，自然放置一周后的回弹率为3%。

本实施例木材的压缩率为24%。

把压缩木制成50mm（长）×50mm（宽）×19mm（厚）试件，放在温度为20±1℃,相对湿度为60±5%的环境中平衡24h后取出，置于剖面密度测定仪中，以0.1mm/s的速度，步距为0.1mm逐点扫描试件测量，测得的数据按密度－距离变化绘制曲线。得到厚度上的剖面密度最大差异10% ，厚度上剖面密度分布如图1所示。

实施例2

选取毛白杨木材，根据压机板面尺寸大小对板材进行相同规格的锯解。对锯解后的板材进行堆垛，材堆顶部加重物，用叉车把码垛好的木材放到蒸汽加热顶风型干燥窑中烘干干燥，控制其水分在2%。用四面刨对干燥好的型材进行双面抛光，所得的抛光面与木材的纤维方向平行，将所得抛光厚度为27mm原木放入三层热压机中，调整压机压板温度为190℃，控制压板压合速度为3mm/s，待上下压板与原木表面刚好接触时，保温350s，将木材进行加热软化处理。软化处理后，闭合压机，压缩热压机中的木材至19mm压合时热压机的压强为12MPa（相当于123.984kg/cm²），保压保温400s，结束后缓慢泄压，泄压速度1mm/s，所得原木置室内自然冷却。然后再用195℃常压过热蒸汽处理3小时，待冷却室温度后，用温度55℃，相对湿度92%条件调整压缩木含水率至6～8%，所得压缩型材密度提高了1.45倍，自然放置一周后的回弹率为3.3%。

本实施例木材的压缩率为26.3%。

把压缩木制成50mm（长）×50mm（宽）×19mm（厚）试件，放在温度为20±1℃,相对湿度为60±5%的环境中平衡24h后取出，置于剖面密度测定仪中，以0.1mm/s的速度，步距为0.1mm逐点扫描试件测量，测得的数据按密度－距离变化绘制曲线。得到厚度上的剖面密度最大差异23%，厚度上剖面密度分布如图2所示。

实施例3

选取泡桐木材，根据压机板面尺寸大小对板材进行相同规格的锯解。对锯解后的板材进行堆垛，材堆顶部加重物，用叉车把码垛好的木材放到蒸汽加热顶风型干燥窑中烘干干燥，控制其水分在3%。用四面刨对干燥好的型材进行双面抛光，所得的抛光面与木材的纤维方向平行，将所得抛光厚度为25mm原木放入三层热压机中，调整压机压板温度为190℃，控制压板压合速度为3mm/s，待上下压板与木材表面刚好接触时，保温450s，将木材进行加热软化处理。软化处理后，闭合压机，压缩热压机中的木材至19mm压合时热压机的压强为8MPa（相当于82.656kg/cm²），保压保温350s，结束后缓慢泄压，泄压速度，1mm/s，所得原木置室内自然冷却。然后再用195℃常压过热蒸汽处理3小时，待冷却室温度后，用温度55℃，相对湿度92%条件调整压缩木含水率至6～8%，所得压缩型材密度提高了1.3倍，自然放置一周后的回弹率为2.8%。

本实施例木材的压缩率为24%。

把压缩木制成50mm（长）×50mm（宽）×19mm（厚）试件，放在温度为20±1℃,相对湿度为60±5%的环境中平衡24h后取出，置于剖面密度测定仪中，以0.1mm/s的速度，步距为0.1mm逐点扫描试件测量，测得的数据按密度－距离变化绘制曲线。得到厚度上的剖面密度最大差异9%，厚度上剖面密度分布如图3所示。

Claims

1.一种整体压缩木材型材，其特征在于，所述压缩木材型材的密度为0.43～0.73g/cm³，厚度上断面密度差异小于25% ；

所述整体压缩木材型材的制备方法，包括如下步骤： S1.木材干燥：将制作压缩木的木材含水率干燥至1～3%； S2.预热：控制热压板温度160～210℃，预热180～600秒； S3.压缩：控制热压温度160～210℃，木材受压60～120kg/cm²，压缩率20～30%； S4.保压：控制热压温度160～210℃，保压180～600秒； S5.高温定型：把压缩木在干球温度180～200℃的常压过热介质中处理2～4小时。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述制作压缩木的木材为早晚材区分不明显的低密度材，其密度为0.35～0.58g/cm³。

3. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述制作压缩木的木材为杨木或泡桐。

4. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述将制作压缩木的木材含水率干燥至2～3%。

5. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S2所述控制热压板温度175～185℃，预热300～500秒。

6. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S4所述控制热压温度175～185℃，保压300～500秒。

7. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S5所述把压缩木在干球温度185～195℃的常压过热介质中处理3小时。