CN109352767B - 具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，本发明在木材坯料上标注待弯曲位置，将木材坯料不需要弯曲的部位用防水材料包裹严密，随后使木材含水率达到合适的范围后进行木材软化和弯曲加工，并进行干燥、弯曲定型和含水率平衡处理，制得成品。本发明可以实现实木木材的定向弯曲，大大降低了木材体积损失率和木材强度损失率，能够显著提高弯曲实木的加工质量。

Description

具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法

技术领域

本发明设涉及一种具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，属于木材加工领域。

背景技术

实木弯曲技术是德国人迈克尔•索耐特（Michael Thonet）1842年首创的木材软化弯曲成型工艺。由于弯曲木生产的家具等木制品线条舒展流畅、结构轻巧、造型别致等优点，深受人们的喜爱。因此，自从实木弯曲技术发明以来的150多年间，世界各国研发人员围绕着实木弯曲成型所必须的木材软化、弯曲和定型三个阶段，从生产工艺、产品结构和设备等多方面不断拓展弯曲木的加工方法，使弯曲木加工技术得到了发展和完善。

木材纵向预压缩弯曲木加工技术是丹麦木制品研究所发明的一种木材弯曲方法，这种工艺是将木材软化处理后直接放入特制的压缩腔中，先将木材进行纵向压缩，使木材细胞壁产生褶皱，形成木材的轴向预变形。纵向压缩后的木材不仅可以在相当长的时间内在常温状态下进行弯曲，而且可以对木材进行各个方向的弯曲，获得曲率半径较小的弯曲木材。

软化处理是木材弯曲和纵向压缩的关键环节。目前木材软化方法主要有水热蒸汽软化、高频或微波处理的电磁波加热软化、以及液氨、氨水、氨气、亚胺等氨类药剂和丙三醇、醛类物质等化学试剂处理软化三类方法。由于这些软化方法都是对木材整体实施的软化处理，处理后木材整体的屈服应力非常小，纵向压缩时，木材的两个端面因直接承受载荷力，首先被压缩产生褶皱变形，密度也随之增大，随着压缩率的增加，压缩形成的褶皱变形会沿端面逐渐向中心部位延伸，密度增大的区域也随之向中心延伸，直至压缩率达到预定值。因此，对整体软化处理的木材实施纵向压缩时，在长度方向上很难形成均匀的褶皱变形，一般情况下两端的压缩率较中心高。

但在加工弯曲木制品时，多数情况下需要弯曲的部位不在端头，而是在距离断面一定距离的部位。因此，采用目前的木材软化处理方法实施弯曲和纵向压缩，常常会出现不需要弯曲或压缩的部位过度软化和压缩，而需要弯曲或压缩的部位没有被充分软化和压缩的问题，这不仅浪费木材，而且会带来较大的木材强度损失。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，本发明可以实现实木木材的定向弯曲，大大降低了木材体积损失率和木材强度损失率，能够显著提高弯曲实木的加工质量。

本发明的技术方案：具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，按以下步骤进行：

a.在木材坯料上标注待弯曲位置；

b.将木材坯料不需要弯曲的部位用防水材料包裹严密；

c.再将木材坯料置于水中浸泡，浸泡至木材坯料的待弯曲部位的含水率在20%-30%；

d.将浸泡后的木材坯料使用防水材料整体包裹，放入保温箱内在20-60℃的温度下放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5%；

e.从保温箱内取出木材坯料后进行软化处理；

f.对木材坯料的弯曲位置进行弯曲加工；

g.将弯曲加工后的木材坯料干燥至含水率在6%-10%，再放入热处理窑中在150-200℃下热处理30-180min；

h.最后将木材坯料进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到8-11%，制得成品。

上述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，步骤b中，所述的用防水材料包裹是用耐高温涂料封涂或者用耐高温薄膜包裹。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述步骤e中的软化处理是常压蒸煮软化或热蒸汽软化。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述热蒸汽软化的蒸汽压力控制在0.3MPa以下，温度控制在80-120℃。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，步骤e中，在对木材坯料软化处理后，将软化后的木材坯料放入纵向压缩装置中对弯曲位置进行纵向预压缩。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述步骤f中的弯曲加工是对实施纵向预压缩后的木材坯料放置自然冷却后进行冷弯曲。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述木材坯料纵向预压缩的压缩率低于20%。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述步骤g中的热处理方法是将木材坯料固定在弯曲夹具中，在热处理窑中以180℃和0.2MPa以上的蒸汽压力下热处理150min。

前述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，所述步骤h中的含水率平衡处理是在恒温恒湿环境中处理，且相对湿度为65-80%，温度为20-40℃。

与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过将木材坯料不需要弯曲的部位用防水材料包裹严密，至水分不能渗入的程度，使木材坯料不需要弯曲的部位不会或大幅度的减少水分的吸收，使其后续步骤中的软化处理和预压缩处理仅对待弯曲部分发生作用，实现了木材顺纹（轴向）的定向软化和预压缩，因此够解决木材软化和纵向预压缩位置的调控问题，实现仅对需要弯曲部位软化和纵向压缩，不需要弯曲的部位不被软化和纵向压缩，或者降低软化程度和纵向压缩率，不仅可以大幅度降低纵向压缩率带来的材积损失，有效降低弯曲木的加工成本，降低弯曲木加工过程的废品率，而且能够显著提高弯曲木的加工质量。本发明通过将保温箱内木材坯料的浸水部位表层和中心层的含水率差低于5%，使得中心层和浸水部位表层的软化程度相一致，木材弯曲部位软化效果更为均匀，提高弯曲实木的品质。

2.本发明通过在热处理窑中对弯曲后的木材坯料进行热处理， 并在恒温恒湿环境中进行含水率平衡处理，将木材坯料弯曲变形的恢复率变低，弯曲后的部位不会发生过度的反弹现象。

3.本发明通过将木材坯料的待弯曲部位的含水率优选在20%-30%，木材坯料在此状态下吸水膨胀基本到了最大程度，木材的屈服应力最小，细胞腔有足够空隙，可以在没有流体静压力的状态下进行弯曲，可以产生的变形最大，并且可以防止含水率过高而导致纵向预压缩产生严重皱褶现象。

4.本发明生产方法安全、简便，设备成本和制造成本低，易于推广，应用范围广泛，适用于几乎所有树种的木材，而且材料的生产过程中不添加任何化学药剂，材料的生产过程环保，减少环境污染。

附图说明

图1是本发明的木材坯料屈服应力变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1：具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，按以下步骤进行：

a. 将水分保持在10%的自然干燥的榆木木材进行定尺加工，制成长1m，宽0.1m，高0.05m的木材坯料，并确定和标注待弯曲位置为木材的中间部分的向两边各延伸0.25m处，形成一个0.5m×0.05m×0.1的待弯曲部位；

b. 将木材坯料不需要弯曲的部位用有机硅耐高温漆封涂严密，使水分不会与待弯曲部位接触；

c. 将经过封涂的木材坯料放入水槽中浸泡，浸泡至木材坯料待弯曲部位的含水率在30%；

d.将浸泡后吸收水分达到预定含水率的木材坯料使用塑料薄膜整体包裹，在30℃下的保温箱内放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5%。

e.在保温箱内取出木材坯料后进行软化处理，将木材坯料放入密闭罐采用热蒸汽软化，蒸汽压力控制在0.25MPa，温度控制在100℃。软化后的木材坯料放入压缩仓中对弯曲位置进行纵向预压缩，木材坯料纵向预压缩的压缩率为15%，即木材坯料纵向预压缩部位压缩后的长度为预压缩部位原长度的85%，形成长宽高为0.85m×0.1m×0.05 m的压缩后木材坯料；

f.利用弯曲设备对纵向预压缩后的自然冷却的木材坯料放置进行冷弯曲, 纵向预压缩后弯曲部位弯曲成半圆，其中半圆的周长为0.35m；

g. 将弯曲后的木材坯料通过弯曲夹具固定后放入干燥窑中干燥处理，干燥至含水率10%，再将弯曲夹具和弯曲后的木材木材坯料放入热处理窑中在170℃和0.1MPa的蒸汽压力热处理120min；

h.将热处理后的木材坯料放入恒温恒湿试环境中（相对湿度为65%，温度为25 ℃）进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到10%，制得成品。

实施例2：具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法按以下步骤进行：

a. 将水分保持在10%的自然干燥的榆木木材进行定尺加工，制成长1m，宽0.1m，高0.05m 的木材坯料，并确定和标注待弯曲位置为木材的中间部分的向两边各延伸0.25m处，形成一个0.5m×0.1m×0.05m的待弯曲部位；

b. 将木材坯料不需要弯曲的部位用有机硅耐高温漆封涂严密，使水分不会与待弯曲部位接触；

c. 将经过封涂木材坯料放入水槽中浸泡，浸泡至木材坯料待弯曲部位的含水率在25%；

d.将浸泡后的吸收水分达到预定含水率的木材坯料使用塑料薄膜整体包裹，在50℃下的保温箱内放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差为2%。

e.在保温箱内取出木材坯料后进行软化处理，软化处理将木材坯料放入密闭罐采用热蒸汽软化，蒸汽压力控制在0.2MPa，温度控制在110℃，软化后的木材坯料放入压缩仓中对弯曲位置进行纵向预压缩，木材坯料纵向预压缩的压缩率为10%，即木材坯料纵向预压缩部位压缩后的长度为预压缩部位原长度的90%，形成长宽高为0.9m×0.1m×0.05m的压缩后木材坯料；

f.利用弯曲设备对纵向预压缩后自然冷却后的木材坯料放置进行冷弯曲, 纵向预压缩后弯曲部位弯曲成半圆，其中半圆的周长为0.4m；

g. 将弯曲后的木材坯料通过弯曲夹具固定后放入干燥窑中干燥处理，干燥至含水率8%，再将弯曲夹具和弯曲后的木材木材坯料放入热处理窑中在180℃和0.2MPa的蒸汽压力热处理150min；

h.将热处理后的木材坯料放入恒温恒湿试验箱（相对湿度为75%，温度为30℃）进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到9%，制得成品。

实施例3：具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，按以下步骤进行：

a. 将水分保持在10%的自然干燥的榆木木材进行定尺加工，制成的木材坯料，并确定和标注待弯曲位置；

b. 将木材坯料不需要弯曲的部位用有机硅耐高温漆封涂严密，使水分不会与待弯曲部位接触；

c. 将经过封涂的木材坯料放入水槽中浸泡，浸泡至木材坯料待弯曲部位的含水率在25%；

d.将浸泡后的吸收水分达到预定含水率的木材坯料使用塑料薄膜整体包裹，在40℃下的保温箱内放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5%。

e.在保温箱内取出木材坯料后进行软化处理，将木材坯料放入密闭罐采用热蒸汽软化，蒸汽压力控制在0.25MPa，温度控制在110℃。软化后的木材坯料放入压缩仓中对弯曲位置进行纵向预压缩，所述木材坯料纵向预压缩的压缩率为12%，即木材坯料纵向预压缩部位压缩后的长度为预压缩部位原长度的88%；

f.利用弯曲设备对纵向预压缩后的自然冷却的木材坯料放置进行冷弯曲, 纵向预压缩后弯曲部位弯曲成型；

g.通过弯曲夹具将弯曲后的木材坯料固定后放入干燥窑中干燥处理，干燥至含水率10%，再将弯曲夹具和弯曲后的木材坯料放入热处理窑中在180℃和0.1MPa的蒸汽压力热处理120min；

h.将热处理后的木材坯料放入恒温恒湿试环境中（相对湿度为75%，温度为25 ℃）进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到10%，制得成品。

实施例4：具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，按以下步骤进行：

a. 将水分保持在10%的自然干燥的榆木木材进行定尺加工，制成的木材坯料，并确定和标注待弯曲位置；

b. 将木材坯料不需要弯曲的部位用有机硅耐高温漆封涂严密，使水分不会与待弯曲部位接触；

c. 将经过封涂的木材坯料放入水槽中浸泡，浸泡至木材坯料待弯曲部位的含水率在30%；

d.将浸泡后的吸收水分达到预定含水率的木材坯料使用塑料薄膜整体包裹，在45℃下的保温箱内放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5%。

e.在保温箱内取出木材坯料后进行软化处理，将木材坯料放入密闭罐采用热蒸汽软化，蒸汽压力控制在0.28MPa，温度控制在110℃。软化后的木材坯料放入压缩仓中对弯曲位置进行纵向预压缩，所述木材坯料纵向预压缩的压缩为8%，即木材坯料纵向预压缩部位压缩后的长度为预压缩部位原长度的92%；

f.利用弯曲设备对纵向预压缩后的自然冷却的木材坯料放置进行冷弯曲, 纵向预压缩后弯曲部位弯曲成型；

g.通过弯曲夹具将弯曲后的木材坯料固定后放入干燥窑中干燥处理，干燥至含水率10%，再将弯曲夹具和弯曲后的木材坯料放入热处理窑中在180℃和0.25MPa的蒸汽压力热处理120min；

h.将热处理后的木材坯料放入恒温恒湿试环境中（相对湿度为70%，温度为30℃）进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到10%，制得成品。

对照例：按实施例1的步骤进行实木弯曲加工，但不进行不需要弯曲的部位用有机硅耐高温漆封涂的步骤，使实木弯曲部位正常与水分接触：

a. 将水分保持在10%的自然干燥的榆木木材进行定尺加工，制成长1m，宽0.1m，高0.1m 的木材坯料，并确定和标注待弯曲位置为木材的中间部分的向两边各延伸0.25m处，形成一个0.5m×0.1m×0.1的待弯曲部位；

b. 将木材坯料放入水槽中浸泡，浸泡至木材坯料含水率在30%

c.将浸泡后的吸收水分达到预定含水率的木材坯料使用塑料薄膜整体包裹，在30℃下的保温箱内放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5%。

d.在保温箱内取出木材坯料后进行软化处理，软化处理将木材坯料放入密闭罐采用热蒸汽软化，蒸汽压力控制在0.25MPa，温度控制在100℃。软化后的木材坯料放入压缩仓中对弯曲位置进行纵向预压缩，木材坯料纵向预压缩的压缩率为15%，木材坯料纵向预压缩部位压缩后的长度为预压缩部位原长度的85%，形成长宽高为0.85m×0.1m×0.05m的压缩后木材坯料；

f.利用弯曲设备对纵向预压缩后的木材坯料放置自然冷却后进行冷弯曲将，弯曲部位弯曲成半圆，其中半圆的周长为0.35m；

g. 将弯曲后的木材坯料放入干燥窑中干燥处理，干燥至含水率10%以下，再放入热处理窑中在180℃和0.1MPa的蒸汽压力热处理120min；

h.将热处理后的木材坯料放入恒温恒湿试验箱（相对湿度为65%，温度为25 ℃）进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到10%，制得成品。

在实施例1、实施例2和对照例的操作步骤中，在对木材坯料进行软化处理后，都对木材坯料整体采用YS1000型应力检测装置进行顺纹方向（轴向）屈服应力检测，检测结果如附图1所示。 从附图1中可以看出，实施例1和实施例2的顺纹方向（轴向）封涂部位木材屈服应力达到未封涂部位的3倍以上，且实施例2的屈服应力变化较实施例1也略微优秀。将实施例2、实施例1与对照例进行对比发现，对照例中的木材坯料整体的屈服应力都与实施例1和实施例2中的未封涂部位的接近，由此可知，通过本发明使木材坯料不需要弯曲的部位不会或大幅度的减少水分的吸收，使其后续步骤中的软化处理和预压缩处理仅对待弯曲部分发生作用，实现了木材顺纹（轴向）的定向软化和预压缩，因此够解决木材软化和纵向预压缩位置的调控问题，实现仅对需要弯曲部位软化和纵向缩率，不需要弯曲的部位不被软化和纵向压缩，或者降低软化程度和纵向压缩率。并且由于减少了纵向压缩的区域，其木材坯料强度损失与整体软化弯曲的木材坯料相比减少了50%，木材体积损失了率降低了30%以上。

在制得的实施例1、实施例2和对照例的弯曲成品中，对其弯曲部位进行弦长检测，其中实施例1、实施例2和对照例中在弯曲计划中弯曲部位呈半圆形，实施例1中的半圆周长为0.35m，理论半圆的半径为0.7/πm，精确值为0.2228m，实际检测值为0.2203m，实施例2中半圆半径为0.4m，理论半圆的半径为0.8/πm，精确值为0.2546m，实际测量值为0.2531，对照例中的半圆周长为0.35m，理论半径为半径为0.7/πm，精确值为0.2228m，实际测量值为为0.2150m,由此可见，在实施例1中的弯曲变形恢复率为1.1%，实施例2中的弯曲变形恢复率为0.6%，对照例中的弯曲变形恢复率3.5%，本发明将木材坯料弯曲变形的恢复率较常规的整体软化和纵向预压缩的木材坯料大大降低，而且弯曲后的部位不会发生过度的反弹现象，实现了准确的实木弯曲。

综上所述，本发明通过将木材坯料不需要弯曲的部位用防水材料包裹严密，至水分不能渗入的程度，使木材坯料不需要弯曲的部位不会或大幅度的减少水分的吸收，使其后续步骤中的软化处理和预压缩处理仅对待弯曲部分发生作用，实现了木材顺纹（轴向）的定向软化和预压缩，因此够解决木材软化和纵向预压缩位置的调控问题，实现仅对需要弯曲部位软化和纵向压缩，不需要弯曲的部位不被软化和纵向压缩，或者降低软化程度和纵向压缩率，不仅可以大幅度降低纵向压缩率带来的材积损失，有效降低弯曲木的加工成本，降低弯曲木加工过程的废品率，而且能够显著提高弯曲木的加工质量。本发明通过将保温箱内木材坯料的浸水部位表层和中心层的含水率差低于5%，使得中心层和浸水部位表层的软化程度相一致，木材弯曲部位软化效果更为均匀，提高弯曲实木的品质。本发明通过在热处理窑中对弯曲后的木材坯料进行热处理，并在恒温恒湿环境中进行含水率平衡处理，将木材坯料弯曲变形的恢复率变低，弯曲后的部位不会发生过度的反弹现象。本发明通过将木材坯料的待弯曲部位的含水率优选在20%-30%，木材坯料在此状态下水胀到了很大程度，木材的屈服应力最小，细胞腔有足够空隙，可以在没有流体静压力的状态下进行弯曲，可以产生的变形最大，并且可以防止含水率过高而导致纵向预压缩产生严重皱褶现象。本发明生产方法安全、简便，设备成本和制造成本低，易于推广，应用范围广泛，适用于几乎所有树种的木材，而且材料的生产过程中不添加任何化学药剂，材料的生产过程环保，减少环境污染。

Claims (9)

1.具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，包括：a、在木材坯料上标注待弯曲位置；其特征在于：按以下步骤进行：

b、将木材坯料不需要弯曲的部位用防水材料包裹严密；

c.再将木材坯料置于水中浸泡，浸泡至木材坯料的待弯曲部位的含水率在20％-30％；

d.将浸泡后的木材坯料使用防水材料整体包裹，放入保温箱内在20-60℃的温度下放置，直至木材坯料的待弯曲部位的表层含水率和中心层含水率的含水率差低于5％；

e.从保温箱内取出木材坯料后进行软化处理；

f.对木材坯料的弯曲位置进行弯曲加工；

g.将弯曲加工后的木材坯料干燥至含水率在6％-10％，再放入热处理窑中在150-200℃下热处理30-180min；

h.最后将木材坯料进行含水率平衡处理，使木材的含水率达到8-11％，制得成品。

2.根据权利要求1所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：步骤b中，所述的用防水材料包裹是用耐高温涂料封涂或者用耐高温薄膜包裹。

3.根据权利要求1所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述步骤e中的软化处理是常压蒸煮软化或热蒸汽软化。

4.根据权利要求3所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述热蒸汽软化的蒸汽压力控制在0.3MPa以下，温度控制在80-120℃。

5.根据权利要求3所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：步骤e中，在对木材坯料软化处理后，将软化后的木材坯料放入纵向压缩装置中对弯曲位置进行纵向预压缩。

6.根据权利要求5所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述步骤f中的弯曲加工是对实施纵向预压缩后的木材坯料放置自然冷却后进行冷弯曲。

7.根据权利要求6所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述木材坯料纵向预压缩的压缩率低于20％。

8.根据权利要求1所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述步骤g中的热处理方法是将木材坯料固定在弯曲夹具中，在热处理窑中热处理150min，热处理窑的温度为180℃，热处理窑内的蒸汽压力在0.2MPa以上。

9.根据权利要求1所述的具有定向弯曲功能的实木弯曲加工方法，其特征在于：所述步骤h中的含水率平衡处理是在恒温恒湿环境中处理，且相对湿度为65-80％，温度为20-40℃。

Images