CN109283048A - 一种木材表面密实的工艺方法及装置 - Google Patents

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张碧莲
刘丹丹
刘子欢
关惠元
黄彦慧
黄琼涛
蔡琦
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    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Abstract

本发明涉及一种木材表面密实的工艺方法及装置，包括木材试件、左右夹紧块、升降工作台、柱面加载头和加载头固定块。其工艺方法包括：1）将柱面加载头通过螺钉紧固在加载头固定块上，加载头固定块连接曲柄连杆机构；2）调整柱面加载头与升降工作台的水平度和高度；3）设定往复行程和加压进给速度；4）木材预软化处理；5）固定木材试件于升降工作台上；6）进行反复压缩工艺。优点：1）通过控制压缩量及加载头的半径实现木材表面密实层厚度及密实程度的可控；2）木材表面得到反复多次压缩，大大降低了压缩变形的回弹；且生产过程中无需保压，大大提高了生产效率；3）易于实现自动化流水线生产，未使用任何化学试剂，环境友好。

Description

一种木材表面密实的工艺方法及装置
技术领域
本发明是一种木材表面密实的工艺方法及装置，属于木材功能性改良和木材加工技术领域。
背景技术
硬质木材是制造木家具、木地板和实木门窗的良材，但资源日益枯竭，必须通过使用人工林材来缓解木材资源紧缺问题。因人工速生林木材存在密度低、质地松软等缺陷，且实木弯曲质量不稳定和综合利用低，无法直接应用于制造高档家具、实木地板和实木门窗等高附加值木制品。因此，开发针对中小径级珍贵木材高附加值加工的技术难题，特别是针对中小径级珍贵人工林木材高附加值加工关键技术的研究迫在眉睫。
木材加工行业通常会通过树脂浸渍法、物理压缩法等增强后作为高档实木制品用材。树脂浸渍法存在实木制品产品全生命周期中的环保风险，物理压缩法存在木材材积损失大问题。目前，大多采用平压法进行软质木材的表面密实处理，提高木材的表面硬度及耐磨性能，避免了树脂浸渍法的环保风险，降低了木材全体压缩导致的材积损失。
平压法，即采用热压板对木材表面进行压缩密实，这种方法存在表面密实层深度和密实程度控制困难，易造成表面密实层深度和密实程度不足，或表面密实层深度和密实程度满足要求，但原本没有密实要求的中间部分木材也被压密，造成了木材材积的损失。如中国专利CN201020580419.6公开了一种木材表面密实化的方法，该方法通过改变木材的表层水分含量，并利用热压机压板的热量对木材进行水热控制，虽然能够得到表面密度大、硬度强、耐磨性能良好的压缩木，但除表层以外的木材也一定程度上被压缩，损耗了木材的材积，降低了木材的利用率。
发明内容
本发明提出的是一种木材表面密实的工艺方法及装置，其目的在于针对现有技术中存在的表面密实层深度和密实程度控制困难、木材利用率低等缺陷，提出一种在提高软质木材表面硬度及耐磨性能同时，有效降低木材材积损失的木材表面密实的工艺方法及装置。
本发明的技术解决方案：一种木材表面密实装置，包括木材试件（1）、左夹紧块（2）、右夹紧块（3）、升降工作台（4）、柱面加载头（5）和加载头固定块（6）；其中，所述左夹紧块（2）和右夹紧块（3）分别位于木材试件（1）左右两端，通过T型螺母和螺栓固定在升降工作台（4）上，左夹紧块（2）与右夹紧块（3）之间的间距通过T型螺母和螺栓进行调节以适应不同长度试件的要求，柱面加载头（5）通过螺钉固定在加载头固定块（6）上，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构，实现柱面加载头（5）在木材试件（1）表面的连续滑动加压运动，通过调节升降工作台（4）的高度改变木材试件（1）与柱面加载头（5）的间距来控制压缩量。
其工艺方法，包括如下步骤：
1）将柱面加载头（5）通过螺钉紧固在加载头固定块（6）上，根据需要确定柱面加载头的半径，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构；
2）调整柱面加载头（5）与升降工作台（4）的水平度，调节升降工作台（4）的高度，改变其到柱面加载头（5）的距离以控制压缩量；
3）根据试件长度设定柱面加载头（5）的往复行程，设定柱面加载头（5）的加压进给速度为8m/min；
4）将待密实的木材预软化处理；
5）将软化好的木材试件（1）放置于升降工作台（4）上，通过左夹紧块（2）和右夹紧块（3）固定木材试件；
6）当压缩量为1mm以内时，采用同一压缩量反复压缩工艺，当压缩量大于1mm时，采用第一次压缩1mm，后续按0.5mm梯度逐层压缩至设定压缩量后反复压缩工艺。
本发明的有益效果：
（1）解决了平压法表面密实深度及密实程度难于控制以及材积损耗大的缺点，另外可以通过控制压缩量以及选用不同半径大小的加载头实现木材表面密实层厚度及密实程度的可控；
（2）木材表面得到反复多次压缩，大大降低了压缩变形的回弹；且生产过程中无需保压，大大提高了生产效率；
（3）该方法在未来工业化生产中易于实现自动化流水线生产，且生产过程中未使用任何化学试剂，对环境及人体健康无危害。
（4）中间部分的木材几乎不被压缩目的，实现了在提高软质木材表面硬度及耐磨性能同时，木材材积损失最小。
（5）为利用人工速生林材，尤其是为利用人工林柚木等珍贵木材的速生人工林材制造实木制品提供了方法与技术，对缓解我国硬质木材资源紧缺问题和促进珍贵树种人工林培育有重要意义。
附图说明
附图1是柱面连续滑动加压木材表面密实装置的结构示意图。
图中1是木材试件，2是左夹紧块，3是右夹紧块，4是升降工作台，5是柱面加载头，6是加载头固定块。
具体实施方式
一种木材表面密实装置，包括木材试件（1）、左夹紧块（2）、右夹紧块（3）、升降工作台（4）、柱面加载头（5）和加载头固定块（6）；其中，所述左夹紧块（2）和右夹紧块（3）分别位于木材试件（1）左右两端，将其通过T型螺母和螺栓固定在升降工作台（4）上，左夹紧块（2）与右夹紧块（3）之间的间距通过T型螺母和螺栓进行调节以适应不同长度试件的要求，柱面加载头（5）通过螺钉固定在加载头固定块（6）上，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构，实现柱面加载头（5）在木材试件（1）表面的连续滑动加压运动，通过调节升降工作台（4）的高度改变木材试件（1）与柱面加载头（5）的间距来控制压缩量。
所述的柱面加载头（5）的半径为5～10mm。
所述的左夹紧块（2）和右夹紧块（3）的高度为10mm。
其工艺方法，包括如下步骤：
1）将柱面加载头（5）通过螺钉紧固在加载头固定块（6）上，根据需要确定柱面加载头的半径，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构；
2）调整柱面加载头（5）与升降工作台（4）的水平度，调节升降工作台（4）的高度，改变其到柱面加载头（5）的距离以控制压缩量；
3）根据试件长度设定柱面加载头（5）的往复行程，设定柱面加载头（5）的加压进给速度为8m/min；
4）将待密实的木材预软化处理；
5）将软化好的木材试件（1）放置于升降工作台（4）上，通过左夹紧块（2）和右夹紧块（3）固定木材试件；
6）当压缩量为1mm以内时，采用同一压缩量反复压缩工艺，当压缩量大于1mm时， 采用第一次压缩1mm，后续按0.5mm梯度逐层压缩至设定压缩量后反复压缩工艺。
所述步骤4）预软化为将待密实的木材置于密闭容器中，以100-140℃水蒸气处理5-25min，使木材软化。
所述步骤4）预软化为采用85-100℃热水，浸泡10-60min进行软化。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
如附图1所示，一种木材表面密实的装置，其结构包括木材试件（1），左夹紧块（2），右夹紧块（3），升降工作台（4），柱面加载头（5），加载头固定块（6）。其中，木材试件（1）通过左夹紧块（2）和右夹紧块（3）固定在升降工作台（4）上，柱面加载头（5）由螺钉固定在加载头固定块（6），方便更换，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构，实现柱面加载头（5）的连续滑动加压运动，通过调节升降工作台（4）的高度控制其与柱面加载头（5）的间距来控制压缩量。
所述的柱面加载头（5）的半径范围为5～10mm。
所述的左夹紧块（2）和右夹紧块（3）的高度为10mm。
其表面密实方法，包括
1）将柱面加载头（5）通过螺钉紧固在加载头固定块（6）上，可根据需要替换不同半径大小的柱面加载头，加载头半径的范围为5～10mm；
2）调整柱面加载头（5）与升降工作台（4）的水平度，否则会造成试件表面密实不均匀的问题，通过调节升降工作台（4）的高度来控制其到柱面加载头（5）的距离以控制压缩量；
3）根据试件长度设定好柱面加载头（5）的往复行程，设定柱面加载头（5）的加压进给速度为8m/min；
4）将待密实的木材置于密闭容器中，以100-140℃水蒸气处理 5-25min，使木材软化；
将软化好的木材试件（1）放置于升降工作台（4）上，通过左夹紧块（2）和右夹紧块（3）固定木材试件，夹紧块的高度为10mm；
5）当压缩量较小时，采用同一压缩量反复压缩工艺，当压缩量较大时，为了防止试件表面破裂，通过间歇调整升降工作台（4）的高度进行逐层反复压缩。
木材软化，也可以采用85-100℃热水，浸泡10-60min处理，效果同等。
实施例1
人工林柚木，1000mm*120mm*25mm，气干密度627kg/m3，将其表面密实压缩2.0mm。选用半径为8mm的柱面加载头，调整柱面加载头处于升降工作台高度加上待处理的门板厚度，使之处于同一水平度，以保证表面密实的均匀性；调节升降工作台的高度控制压缩量为1mm，设定柱面加载头的往复行程为1000mm，加压进给速度为3.0m/min；将人工林柚木置于木材软化罐中，以130℃水蒸气处理 12 min，使木材软化；试件软化后通过左右夹紧块固定在升降工作台上，采用0.5mm梯度间歇增加压缩量至2.0mm后反复4次工艺，制成的表面密实材表面最大密度可达978kg/m3，比未密实前提高了约56%，表面硬度由未密实材的19.2MPa提高至33.8MPa，提高了约76%，材积损耗仅为8%，相对于平压法大大降低了材积损耗。
实施例2
奥克榄木材， 600mm*110mm*25mm，气干密度430kg/m3，将其表面密实压缩3.0mm。选用半径为5mm的柱面加载头，调整柱面加载头与升降工作台的水平度，以保证表面密实的均匀性；调节升降工作台的高度控制压缩量为1mm，设定柱面加载头的往复行程为300mm，加压进给速度为8m/min；将奥克榄木材置于木材软化罐中，以95℃热水浸泡处理 20 min，使木材软化；试件软化后通过左右夹紧块固定在升降工作台上，采用0.5mm梯度间歇增加压缩量至3.0 mm后反复5次工艺，制成的表面密实材表面最大密度可达783 Kg/m3，比未密实前提高了约82%，表面硬度由未密实材的14.3MPa提高至27.6MPa，提高了约93%，材积损耗仅为12%，较平压法大大降低了材积损耗。

Claims (6)

1.一种木材表面密实装置，其特征是包括木材试件（1）、左夹紧块（2）、右夹紧块（3）、升降工作台（4）、柱面加载头（5）和加载头固定块（6）；其中，所述左夹紧块（2）和右夹紧块（3）分别位于木材试件（1）左右两端，将其通过T型螺母和螺栓固定在升降工作台（4）上，左夹紧块（2）与右夹紧块（3）之间的间距通过T型螺母和螺栓进行调节以适应不同长度试件的要求，柱面加载头（5）通过螺钉固定在加载头固定块（6）上，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构，实现柱面加载头（5）在木材试件（1）表面的连续滑动加压运动，通过调节升降工作台（4）的高度改变木材试件（1）与柱面加载头（5）的间距来控制压缩量。
2.根据权利要求1所述的一种木材表面密实装置，其特征是所述的柱面加载头（5）的半径为5～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种木材表面密实装置，其特征是所述的左夹紧块（2）和右夹紧块（3）的高度为10mm。
4.如权利要求1所述的木材表面密实装置的工艺方法，其特征是包括如下步骤：
1）将柱面加载头（5）通过螺钉紧固在加载头固定块（6）上，根据需要确定柱面加载头的半径，加载头固定块（6）连接曲柄连杆机构；
2）调整柱面加载头（5）与升降工作台（4）的水平度，调节升降工作台（4）的高度，改变其到柱面加载头（5）的距离以控制压缩量；
3）根据试件长度设定柱面加载头（5）的往复行程，设定柱面加载头（5）的加压进给速度为8m/min；
4）将待密实的木材预软化处理；
5）将软化好的木材试件（1）放置于升降工作台（4）上，通过左夹紧块（2）和右夹紧块（3）固定木材试件；
6）当压缩量为1mm以内时，采用同一压缩量反复压缩工艺，当压缩量大于1mm时，采用第一次压缩1mm，后续按0.5mm梯度逐层压缩至设定压缩量后反复压缩工艺。
5.如权利要求4所述的木材表面密实装置的工艺方法，其特征是所述步骤4）预软化为将待密实的木材置于密闭容器中，以100-140℃水蒸气处理 5-25min，使木材软化。
6.如权利要求4所述的木材表面密实装置的工艺方法，其特征是所述步骤4）预软化为采用85-100℃热水，浸泡10-60min的方法，使木材软化。
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