CN107263657A - 木材层状压缩的压缩层厚度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，该方法包括如下具体工序：a、对木材用水进行浸泡；b、再将木材置于预加热至70～250℃的压机上；c、压机迅速闭合，对木材进行预热处理，预热处理时间根据压缩层形成的位置确定；d、用压机对木材进行压缩，压缩速度为0.05～3mm/s；e、保温：压缩完成后保温静置20分钟以上；f、降温，打开压机，得到层状压缩木材。本发明可以有效地实现木材层状压缩的压缩层厚度控制，实现了木材的选择性定向密实化，大大地提高了木材的使用性能和使用价值，具有较高的经济效益和社会效益。

Description

木材层状压缩的压缩层厚度控制方法

技术领域

本发明涉及一种木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，涉及木地板和家具领域。

背景技术

水热控制下的层状压缩方式是一种新型压缩方式。层状压缩是将木材的表层或者中间层进行压缩密实，形成压缩层和未压缩层同时存在的压缩木(Huang et al.,2012)。这种压缩方式是利用木材的多孔性和各向异性的特点，通过工艺过程设计实现的。层状压缩木材，压缩层的密度可以达到0.8g/cm³以上，未压缩层保持原有的密度；硬度最高能够提高500％以上；表层压缩木材的抗弯强度提高200％以上，弹性模量提高200％以上。这种压缩方式克服了单纯高温热软化表层压缩存在的压缩层厚度小，梯度大的缺点，而且处理过程中不使用任何化学药剂，在一定程度上可以解决整体压缩木材损失大的问题。以往对层状压缩方式压缩后的木材的密度梯度和密度分布等与层状压缩形成以及硬度、强度等性能方面、变形固定等方面已经有一些研究报道，但这些研究仅报道了层状压缩可以实现，但未说明如何控制压缩层的厚度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种木材层状压缩的压缩层厚度控制方法。本发明可以有效地实现木材层状压缩的压缩层厚度控制，实现了木材的选择性定向密实化，大大地提高了木材的使用性能和使用价值，具有较高的经济效益和社会效益。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，该方法包括如下具体工序：

a、对木材用水进行浸泡；

b、再将木材置于预加热至70～250℃的压机上；

c、压机迅速闭合，对木材进行预热处理，预热处理时间根据压缩层形成的位置确定；

d、用压机对木材进行压缩，压缩速度为0.05～3mm/s；

e、保温：压缩完成后保温静置20分钟以上；

f、降温，打开压机，得到层状压缩木材。

上述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤a中，所述的木材选用密度在0.20-0.70g/cm³的木材。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤a中，预热前，对含水率14％以下的木材，先采用疏水性材料进行封端处理，封端处理后用水浸泡，或者不封端，直接用水浸泡，浸泡时间30分钟～3小时；对含水率14％～30％的木材直接进行预热，或者浸泡30分钟～1小时；对含水率大于30％的木材直接进行预热。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤c中，预热处理时按照y₁＝a₁ln(x₁)-c₁的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a₁、a₂、b₂、c₁和c₂为系数，y₁、y₂为压缩层距木材表面的距离，x₁、x₂为预热温度。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤c中，预热处理时按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热处理的预热时间来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a₃、a₄、b₃、c₃和c₄为系数，y₃、y₄为压缩层距木材表面的距离，x₃、x₄为预热时间。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤d中，压缩后在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成0.5～10mm的压缩层。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤d中，压缩后在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成1～2.5mm的压缩层。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤d中，压缩速度为0.1～2mm/s。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤d中，用压机用木材进行压缩，每压缩1～5s时间后，停止增压5～30s，循环这个过程，直至木材达到预定压缩厚度。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤c中，预热的温度优选为90～200℃。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤c中，预热前压机的闭合速度大于5mm/s。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，步骤e中，压缩完成后保温静置30-50分钟。

前述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法中，木材的压缩层位置确定后，通过砂光进一步控制压缩层的厚度。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用水热控制方法，开发了实体木材层状压缩的压缩层厚度控制技术，选择地将需要强化的部分压缩增强，实现了木材的选择性定向密实化，包括压缩层位置和压缩层厚度的定向密实化，如附图2所示。

(2)这种控制方法在生产上可以根据木制品生产工艺的要求，确定压缩层的位置，即最大密度出现的位置和厚度，如砂光0.5mm，就调整工艺，使压缩层位于表层下0.5mm，使层状压缩木材刨光或者砂光后压缩层正好位于表层，保证低密度木材的表层密度既能达到使用要求，也可以减少压缩的损失。如果压缩层位置不可控，也就是目前的湿热软化木材压缩技术提供的方法，密度最大的位置出现在表面或者表层，木材加工过程中，经砂光或者刨光处理后，把密度最大的部分去掉了，既影响木材的使用性能，又造成很大的木材浪费。

(3)经申请人试验，本发明可以达到以下的性能指标：

a、层状压缩木材的压缩层位置可以控制在表层至厚度方向中心位置的厚度方向上的任何层面上的压缩层厚度0.2～20mm；

b、层状压缩木材压缩层的密度比未压缩层高30％以上，即密度达到0.6g/cm³以上，或者密度差0.15g/cm³以上；

c、表层压缩木材的表面硬度可最高提高500％；

d、表层压缩木材的抗弯强度可最高提高200％，弹性模量可最高提高200％。

附图说明

图1是木材层状压缩的压缩层的形成过程图；

图2是层状压缩木材压缩层增厚控制下的剖面密度分布图。

具体实施方式

实施例1：木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，如附图1所示，该方法具体包括以下具体工序：

1)木材含水率：木材含水率从绝干到饱水状态的木材

含水率14％以下的木材，石蜡等疏水性材料进行封端处理后用常温水或者加热水至100℃以下的水浸泡，或者不封端直接浸泡，时间10分钟～6小时，优选30分钟～3小时；含水率14％～30％的木材可以直接使用，也可以短时间浸泡，浸泡时封端或者不封端，时间依据目标压缩层位置确定；含水率大于30％的木材直接进行预热；

2)木材厚度：(根据预设的压缩层厚度、木材的原始密度确定和密度的最终要求确定)，木材的厚度为目标厚度+压缩层厚度的1倍以上；

压缩层厚度0.2mm～20mm时，压缩用木材的厚度为目标厚度+0.5mm～40mm；

2)置于预加热至70～250℃的压机上，压机预加热温度优选90～200℃；

3)压机迅速闭合，闭合速度大于0.5mm/s(这个要求尽可能快)，优选5mm/s以上；

4)闭合后进行预热处理，预热处理时间根据压缩层形成的位置确定；

5)压缩层位置方案确定后或达到预定的预热时间后，开始实施压缩，采用直接压缩或者间歇式压缩方式压缩；

压缩速度0.05～3mm/s，优选0.1～2mm/s；也可以采用间歇式压缩，方法：压机闭合后，进行0～40s的木材预加热处理，开始进行间歇性加压渐进增厚压缩处理。每次增压间隔20s，直至木材达到预定压缩厚度；

6)压缩量用厚度规控制，压缩量不限，或者压缩量为1～20mm，压缩后在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成0.5～10mm的压缩层，优选压缩量，压缩完成后，在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成1～2.5mm的压缩层；

7)压缩完成后保持20分钟以上，优选30～50分钟，保温是的温度可以是预加热和压缩时的温度，也可以升高或者降低温度；

8)对压板和压缩状态下的木材进行降温处理，降至70℃以下，优选60℃以下～室温；

9)打开压机，即获得压缩层位置位于表层至厚度方向中间部位的，具有1个或者两个以上压缩层的各种压缩层厚度的层状压缩木材。

本发明采用的材料或仪器设备如下：

材料：

a、密度在0.20-0.70g/cm³的木材，或者密度0.70g/cm以下的木材，包括人工林速生材和天然林木材，如杨柳科的树种、杉木、泡桐、柳杉等国产速生材，也包括所有的进口速生材；

b、将木材加工厂板材，可以是弦向板、弦径向板、径向板，优选弦向板；

c、厚度为0.5～500mm，也可以是任意可加工的厚度，优选1～150mm；

d、对锯解后的木材板面进行刨光、砂光处理，使表面平整，或者锯解后的板材不进行表面平整处理；

e、封端剂：石蜡等疏水性材料；

f、软化剂：水、氨、碱性水溶液和沸点低于200℃的亚胺、酮、醚、醇、腈、酰胺、酯、羧酸中的一种或多种。

仪器设备：

a、木材浸水用容器，如水槽，尺寸应能够将木材整体浸泡为准；

b、热压机，带有降温功能或者不带降温功能，优选带有降温功能；

压力不小于10kgf/cm²，一般压力不小于50kgf/cm²的压机就行，优选30～50kgf/cm²；

最大闭合速度不小于0.5mm/s(这个要求尽可能快)，优选5mm/s以上；

开档高度2～40cm，优选5～15cm；

单层或者多层；

温度达到250℃。

实施例2：压缩层位置与预热温度和时间的拟合方程如表1所示，

表1

申请人以厚度为25mm的木材进行试验，要求压缩量为5mm，预热处理时分两组进行试验，第一组设定预热温度为变量x₁(或x₂)，预热时间定为720秒，按照y₁＝a₁ln(x₁)-c₁的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；第二组设定预热时间为变量x₃和x₄，预热温度为180℃，按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。

如杨木等常规木材，含水率对上述拟合方程中的系数具有影响，经申请人反复试验后发现，如杨木等常规木材，含水率对拟合方程中各系数的影响如下表2：

表2

从上表中可以看出，不同的含水率下各拟合方程的系数是可以确定的，每个具体的含水率值一般对应的上述方程中的系数也是具体和确定的。

表3

表3为预热温度和时间与压缩层位置的试验结果，从表3可以看出，第一组预热处理的预热时间规定为720s，按照y₁＝a₁ln(x₁)-c₁的对数函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置。当含水率为12％时，第一组的系数a₁和c₁分别为7.5091和31.53(通过归纳已知，其它特定条件下的系数均可通过采样进行归纳作为已知条件)，在设定预热温度为120℃，压缩层距表面距离为4.42mm，在设定预热温度为180℃，压缩层距表面距离为7.46mm，由此可以得出按照y₁＝a₁ln(x₁)-c₁的对数函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置。

第二组预热处理的预热温度规定为180℃，按照的函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。当含水率为12％时，第一组的系数a₃、b₃和c₃分别为1E-05、0.008和0.999，在设定预热时间为40s，压缩层距表面距离为1.34mm，在设定预热时间为480s，压缩层距表面距离为7.14mm，由此可以得出按照的函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。

Claims (10)

1.木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：该方法包括如下具体工序：

a、对木材用水进行浸泡；

b、再将木材置于预加热至70～250℃的压机上；

c、压机迅速闭合，对木材进行预热处理，预热处理时间根据压缩层形成的位置确定；

d、用压机对木材进行压缩，压缩速度为0.05～3mm/s；

e、保温：压缩完成后保温静置20分钟以上；

f、降温，打开压机，得到层状压缩木材。

2.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤a中，所述的木材选用密度在0.20-0.70g/cm³的木材。

3.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤a中，预热前，对含水率14％以下的木材，先采用疏水性材料进行封端处理，封端处理后用水浸泡，或者不封端，直接用水浸泡，浸泡时间30分钟～3小时；对含水率14％～30％的木材直接进行预热，或者浸泡30分钟～1小时；对含水率大于30％的木材直接进行预热。

4.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤d中，压缩后在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成0.5～10mm的压缩层。

5.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤d中，压缩后在木材厚度方向的上下表层或者厚度方向的任意位置分别形成1～2.5mm的压缩层。

6.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤d中，压缩速度为0.1～2mm/s。

7.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤d中，用压机用木材进行压缩，每压缩1～5s时间后，停止增压5～30s，循环这个过程，直至木材达到预定压缩厚度。

8.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤c中，预热的温度优选为90～200℃。

9.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤c中，预热前压机的闭合速度大于5mm/s。

10.根据权利要求1所述的木材层状压缩的压缩层厚度控制方法，其特征在于：步骤e中，压缩完成后保温静置30-50分钟。