CN108582378A - 一种单侧表层压缩木及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种单侧表层压缩木及其制备方法，所述单侧表层压缩木包括峰值密度层、密实层和木材原始密度层，所述峰值密度层、密实层和木材原始密度层之间为木材本身的木纤维自然连接。该方法是将压机上的热压板升温至150～220℃，将木材干燥后铺装在冷压板上；使热压板和木材的上表面接触预热；在6～15兆帕下，将木材压缩至需求厚度后保压；在150～220℃下，再降压至1～3兆帕并保压；卸载得到单侧表层压缩木。本发明利用温差法解决单侧压缩木瓦弯变形问题，实现木材的单侧表层压缩，生产时间短、能耗低，操作较为简便，处理过程无需添加化学药品，具有高效、环保等优点；也有效提高了压缩木表面硬度、平整度、生产效率及合格率。

Description

一种单侧表层压缩木及其制备方法
技术领域
本发明属于木制品生产工艺技术领域，更具体地，涉及一种单侧表层压缩木及其制备方法。
背景技术
在人类赖以生存的四大材料中木材是唯一可再生、可降解、低碳环保的天然材料，木材的强重比高、加工性能优越及花纹、色泽美观，深受广大消费者的喜爱。当前，我国已全面停止天然林的商业性采伐，用材结构从天然林逐渐转变为速生人工林。然而，速生人工林木材密度低、材质偏软且稳定性差，主要用于胶合板、制浆造纸和物流包装等领域，实木化利用程度不高。对人工林木材进行功能性改良，拓宽人工林木材的应用领域及提高其实木化利用率，是解决国内优质木材短缺问题的根本之路，同时也是促进林业循环经济发展的必由之路。
木材单侧表层压缩是一种理想的木材功能性改良方法，因为对于很多实木制品，如实木地板、桌面、椅面等，仅对与人体接触面的木材表面力学强度有较高要求，对于这类实木制品，单侧表层压缩十分有效，并可实现最小的材积损失和最低成本。传统的木材单侧表层压缩是木材一侧在热、湿状态下受外界机械压力作用使单侧表层密实化，通过提高木材密度来改善木材表面硬度和耐磨等物理力学性能。中国专利CN102423889A公开了一种“喷蒸冷却热压机和单面压缩木质板材及其生产方法”，具体生产步骤如下：把板坯放入两块热压板间，对下热压板加热至一定温度，下热压板相对于上热压板移动而对板坯加压，向蒸汽通道内喷压力为5～8个大气压的蒸汽5～10秒，等到板坯的压缩率达到要求时，停止对热压板加热，对冷却通道通入冷却介质对下热压板进行冷却，然后卸压即得。文献(涂登云，杜超，周桥芳，杨莎莎，劳奕旻，董昊.表层压缩技术在杨木实木地板生产中的应用[J].木材工业，2012，26(4):46-48.)利用温差法(单侧热压板加热软化木材，另一侧不加热或通冷却水保持低温)在160℃和12兆帕的工艺条件单侧压缩含水率为10～15％的意杨木地板坯料，意杨压缩木的密实层厚度为2毫米，密度峰值达到1.24g/cm3。文献(Belt T,Rautkari L,Laine K,Hill C.Cupping behaviour of surface densified Scots pine wood:theeffect ofprocess parameters and correlation with density profilecharacteristics[J].Journal ofMaterials Science.2013,48(18):6426-6430)同样利用温差法单侧压缩含水率为9～16％的欧洲赤松木材，赤松压缩木的密实层厚度可达4毫米，密度峰值达到0.92g/cm3。木材单侧表层压缩工艺尚在研究阶段，现有工艺在生产单侧表层压缩木时，由于木材内部存在一定的水分，在非对称加热时水分从热端向冷端传递形成含水率梯度，以及单侧表层压缩木本身结构呈非对称，压缩木不可避免地出现瓦弯变形问题，影响木材出材率，严重时使木材报废，同时水分的存在还使压缩木内部密度分布不易控制，因此使用效果并不理想。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，提供一种单侧表层压缩木。该单侧表面压缩木不易瓦弯变形，具有较高的表面硬度、平整度、生产效率及合格率。
本发明的另一目的在于提供上述单侧表层压缩木的制备方法。该方法利用温差法在超绝干状态下制备单侧表层压缩木，克服了传统压缩木因水分分布不均引起的瓦弯变形。生产时间短、能耗低，操作较为简便，处理过程无需添加化学药品，具有高效、环保等优点。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种单侧表层压缩木，所述单侧表层压缩木依次包括峰值密度层、密实层和木材原始密度层，所述峰值密度层、密实层和木材原始密度层之间为木材本身的木纤维连接。
优选地，所述峰值密度层的厚度为0～3毫米，所述密实层的厚度为2～8毫米，所述木材原始密度层(木材未压缩部分)的厚度为8～100毫米。
更为优选地，所述峰值密度层的厚度为0.1～0.5毫米，所述密实层的厚度为3～4毫米，所述木材原始密度层的厚度为10～40毫米。
上述的单侧表层压缩木的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.铺装：将压机上的热压板升温至150～220℃，冷压板不加热，将木材干燥后铺装在冷压板上，干燥木材两侧放置厚度规；
S2.预热：闭合压机，使压机上热压板和木材的上表面接触预热；
S3.压缩：将压机压力设定为6～15兆帕，将木材压缩至需求厚度后保压；
S4.保压固定：在150～220℃下，再降压至1～3兆帕，并保压；
S5.卸载：压机泄压，张开压板，将木材取出，即得到单侧表层压缩木。
优选地，步骤S1中所述干燥的温度为150～220℃，所述干燥木材的含水率为-0.5％～-4.5％。
更为优选地，所述干燥的温度为180～200℃。
优选地，步骤S2中所述的预热的时间为15～240秒。
优选地，步骤S3中所述的压缩的速率为0.05～0.5毫米/秒，所述保压的时间为120～360秒。
优选地，步骤S4中所述的保压的时间为20～60分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明方法进行木材单侧表层压缩，常规的木材绝干为木材在103±2℃条件下干燥至恒重，但当采用150～220℃对木材进行单侧表层密实化时，由于温度超过103℃，木材内部含有的化合水仍然会在木材内部移动，从而使木材产生瓦弯变形及密实层的移动，不易把峰值密实层控制在表面。本发明采用超高温干燥木材，木材处于超绝干状态，在单侧表层压缩过程中木材不受含水率影响，杜绝了因含水率分布不均引起的瓦弯变形和峰值密实层移动。
2.本发明在超绝干状态下压缩木材，由于木材的迫变压力(木材在热、湿状态下受压变形的临界压力)仅受温度影响，木材单侧表层密实层的厚度、密度峰值等参数更容易控制，并使密实层始终在木材的表层。
3.本发明单侧表层压缩木在压力压制下进行原位高温固定处理，密实层的固定能减小木材力学强度损失，同时木材半纤维素和木质素发生降解，提高了木材的尺寸稳定性。
4.本发明单侧表层压缩木结构非对称会在内部形成较大应力，压缩后保压使木材内部温度分布均匀，减小木材热应力，大幅提高木材的平整度。
附图说明
图1为实施例1中毛白杨单侧表层压缩材和对照组材的剖面密度分布(VDP)。
图2为实施例2中橡胶木单侧表层压缩材和对照材VDP。
图3为实施例3中毛白杨单侧表层压缩材和对照材VDP。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。
实施例1
(1)将毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为920×120×23.5毫米的板材，放入干燥箱内逐渐升温至150℃干燥至超绝干状态；
(2)开启热压机，将上压板(热板)温度升高至150℃，下压板(冷板)不加热，把超高温干燥后的3块毛白杨木材单排整齐地铺装在冷板上，木材两侧放置21毫米的厚度规；
(3)闭合压机，使压机上热板和毛白杨木材上表面接触，预热90秒；
(4)将压机压力设定为8兆帕，以0.08毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压120秒；
(5)将压力降低至1兆帕，并保持此压力，温度为150℃，保压时间55分钟；
(6)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。该单侧表层压缩木依次包括峰值密度层、密实层和木材原始密度层，所述峰值密度层、密实层和木材原始密度层之间为木材本身的木纤维连接。
图1为毛白杨单侧表层压缩材和对照材的剖面密度分布(VDP)，对照材是压缩处理前在毛白杨木材端头截取的试样，从图1中可知，对照材的剖面密度均匀分布，平均密度为532kg/m3，经单侧表层压缩后毛白杨木材的剖面密度呈单侧峰分布，峰值位于和热板接触的木材表面，峰值密度层厚度为0.2mm，峰值密度为730kg/m3；毛白杨单侧表层压缩木密实层的厚度为3.8毫米，压缩材的实际厚度为21.6毫米，瞬时回弹率为24％。
实施例2
(1)将橡胶木材双面刨光制备成尺寸为1100×105×20.5毫米的板材，放入干燥箱内逐渐升温至190℃干燥至超绝干状态；
(2)开启热压机，将上压板(热板)温度升高至190℃，下压板(冷板)不加热，把超高温干燥后的3块橡胶木材单排整齐地铺装在冷板上，木材两侧放置18毫米的厚度规；
(3)闭合压机，使压机上热板和橡胶木材上表面接触，预热120秒；
(4)将压机压力设定为15兆帕，以0.15毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压250秒；
(5)将压力降低至3兆帕，并保持此压力，温度为190℃，保压时间40分钟；
(6)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
图2为橡胶木单侧表层压缩材和对照材剖面密度分布(VDP)，对照材是压缩处理前在橡胶木材端头截取的试样，从图2中可知，对照材的剖面密度总体分布较为均匀，曲线起伏部分应为木材早晚材密度差异所致，属木材正常现象，对照材平均密度为682kg/m3，经单侧表层压缩后橡胶木材的剖面密度呈单侧峰分布，峰值位于和热板接触的木材表面，峰值密度层厚度为0.5mm，峰值密度为1006kg/m3；橡胶木单侧表层压缩木密实层的厚度为5.3毫米，压缩材的实际厚度18.3毫米，瞬时回弹率为12％。
实施例3
(1)将毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为980×150×23.5毫米的板材，放入干燥箱内逐渐升温至210℃干燥至超绝干状态；
(2)开启热压机，将上压板(热板)温度升高至210℃，下压板(冷板)不加热，把超高温干燥后的3块毛白杨木材单排整齐地铺装在冷板上，木材两侧放置21毫米的厚度规；
(3)闭合压机，使压机上热板和毛白杨木材上表面接触，预热180秒；
(4)将压机压力设定为12兆帕，以0.18毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压360秒；
(5)将压力降低至2兆帕，并保持此压力，温度为210℃，保压时间25分钟；
(6)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
图3为毛白杨单侧表层压缩材和对照材的剖面密度分布(VDP)，对照材是压缩处理前在毛白杨木材端头截取的试样，从图3中可知，对照材的剖面密度均匀分布，平均密度为522kg/m3，经单侧表层压缩后毛白杨木材的剖面密度呈单侧峰分布，峰值位于和热板接触的木材表面，峰值密度层厚度0.2mm，峰值密度为774kg/m3；毛白杨单侧表层压缩木密实层的厚度为7.8毫米，压缩材实际的厚度为21.2毫米，瞬时回弹率为8％。
上述木材VDP是利用意玛X射线剖面密度分析仪DPX-300LTE测试所得，扫描速度0.05毫米/秒，X射线源电压为29千伏。
瞬时回弹率计算公式(1)如下：
其中，φ—压缩木瞬时回弹率(％)；
h1—压机泄压后木材的厚度(mm)；
h0—厚度规的厚度(mm)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单侧表层压缩木，其特征在于，所述单侧表层压缩木依次包括峰值密度层、密实层和木材原始密度层，所述峰值密度层、密实层和木材原始密度层之间为木材本身的木纤维连接。
2.根据权利要求1所述的单侧表层压缩木，其特征在于，所述峰值密度层的厚度为0～3毫米，所述密实层的厚度为2～8毫米，所述木材原始密度层的厚度为8～100毫米。
3.根据权利要求2所述的单侧表层压缩木，其特征在于，所述的峰值密度层厚度为0.1～0.5毫米，所述密实层的厚度为3～4毫米，所述木材原始密度层的厚度为10～40毫米。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1.铺装：将压机上的热压板升温至150～220℃，冷压板不加热，将木材干燥后铺装在冷压板上，干燥木材两侧放置厚度规；
S2.预热：闭合压机，使压机上热压板和木材的上表面接触预热；
S3.压缩：将压机压力设定为6～15兆帕，将木材压缩至需求厚度后保压；
S4.保压固定：在150～220℃下，再降压至1～3兆帕，并保压；
S5.卸载：压机泄压，张开压板，将木材取出，即得到单侧表层压缩木。
5.根据权利要求4所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述干燥的温度为150～220℃，所述干燥木材的含水率为-0.5％～-4.5％。
6.根据权利要求5所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为180～200℃。
7.根据权利要求4所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述预热的时间为15～240秒。
8.根据权利要求4所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述压缩的速率为0.05～0.5毫米/秒。
9.根据权利要求4所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述保压的时间为120～360秒。
10.根据权利要求4所述的单侧表层压缩木的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述保压的时间为20～60分钟。
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