CN111730707A - 一种速生杉木压缩密实化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种速生杉木压缩密实化的方法，涉及木材加工处理技术领域，该方法包括以下步骤：(1)杉木木材的加工；(2)杉木压缩密实化预处理前溶液的制备；(3)杉木压缩密实化预处理；(4)平衡木材压前含水率；(5)压缩密实化杉木木材；(6)后期热固定。本发明提供的杉木压缩密实化方法工艺、设备简单，所需时间短，生产成本较低。所获得的压缩密实化杉木木材的密度、硬度、弹性模量对比杉木素材以及未进行预处理的压缩密实化杉木木材都有所增加，且吸湿恢复率和吸水恢复率较小。

Description

一种速生杉木压缩密实化的方法
技术领域
本发明涉及速生材杉木改性加工处理技术领域，具体涉及一种速生杉木压缩密实化的方法。
背景技术
木材是当今世界四大建筑材料(水泥、钢铁、塑料、木材)中唯一可再生的结构材料，广泛应用于建筑、家具制造、制浆造纸等行业。木材与钢铁、合金类材料相比，具有质地轻，且对环境损害较小，环保和可循环利用等优点；与一些聚合物和仿生复合材料相比，具有制造工艺简单、低成本等优点。近些年来，随着一些不可再生自然资源(石油、金属等)日益减少，作为可再生资源的木质材料优势愈日趋明显。
我国是一个木材资源极度稀缺的国家，由于人们对于木材的需求量日益增多，我国木材的供需矛盾亦进一步加剧。为了缓解这一矛盾，目前，我国木材工业正处于由利用天然林木材为主向利用速生人工林木材为主的战略转变过程中，速生人工林木材将是今后我国主要的木材原料。为了克服速生人工林木材材质疏松、易开裂变形、密度较低、不耐腐朽、使用寿命短的缺点，通常采用浸渍处理、压缩密实化处理对速生材进行强化，特别是压缩密实化处理可以极大的改善速生材的性能，提高利用率。
现有报道中，通常采用水热软化、微波软化、树脂浸渍等方法对速生材进行压缩密实化前预处理，但压缩率不高，且尺寸稳定性不高，极易变形恢复。
发明内容
为了克服现有技术对速生材压缩密实化压缩率不高，尺寸稳定性不高和极易变形恢复的问题，本发明提供一种操作简单、密度高、力学性能高、尺寸稳定的速生杉木压缩密实化的方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种速生杉木压缩密实化的方法，包括以下步骤：
(1)杉木木材的加工，将杉木木材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)杉木压缩密实化预处理溶液的制备，将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解于去离子水中，搅拌均匀，并煮沸；
(3)杉木压缩密实化预处理，将杉木木块试样置于100℃沸腾的预处理溶液中处理1-12h，再在沸腾的去离子水中数次以去除化学物质；
(4)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制一定的含水率；
(5)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，利用厚度规控制压缩率为25-75％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30-90min；
(6)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
步骤(1)中所述木材为杉木边材，密度为0.34g/cm3。
步骤(2)中所述的溶液浓度为2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠。
步骤(3)中溶液预处理时间为8h。
步骤(4)中所述的含水率控制40-100％。
步骤(5)中所述厚度规为15mm、10mm、5mm和4mm。
步骤(5)中所述的压缩密实化分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段。①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30-90min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
与现有的速生杉木压缩密实化相比，本发明的优点在于：
利用碱溶液对速生杉木进行不同程度的预处理，木材的孔隙变大可以达到较高的压缩率。压缩率高，密度高，力学性能更强，且尺寸稳定。本发明为速生杉木的开发利用提供了切实可行的办法，能有效缓解现今木材供给不足以及减少因使用金属和塑料材质对自然环境的不利影响。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
本实施例为本发明所述的速生杉木压缩密实化的方法的一个实例，包括以下步骤：
(1)杉木木材的加工，将杉木木材边材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)杉木压缩密实化预处理溶液的制备，配置2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠的预处理溶液，搅拌均匀，并煮沸；
(3)杉木压缩密实化预处理，将杉木木块试样置于100℃沸腾的预处理溶液中处理4h，再在沸腾的去离子水中数次以去除化学物质；
(4)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制60％的含水率；
(5)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，厚度规为4mm控制压缩率为80％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30min，整个热压工艺分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段。①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规4mm处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
(6)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
实施例2
本实施例为本发明所述的速生杉木压缩密实化的方法的另一个实例，包括以下步骤：
(2)杉木木材的加工，将杉木木材边材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)杉木压缩密实化预处理溶液的制备，配置2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠的预处理溶液，搅拌均匀，并煮沸；
(3)杉木压缩密实化预处理，将杉木木块试样置于100℃沸腾的预处理溶液中处理8h，再在沸腾的去离子水中数次以去除化学物质；
(4)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制60％的含水率；
(5)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，厚度规为4mm控制压缩率为80％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30min，整个热压工艺分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段。①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规4mm处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
(6)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
实施例3
本实施例为本发明所述的速生杉木压缩密实化的方法的再一个实例，包括以下步骤：
(3)杉木木材的加工，将杉木木材边材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)杉木压缩密实化预处理溶液的制备，配置2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠的预处理溶液，搅拌均匀，并煮沸；
(3)杉木压缩密实化预处理，将杉木木块试样置于100℃沸腾的预处理溶液中处理12h，再在沸腾的去离子水中数次以去除化学物质；
(4)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制60％的含水率；
(5)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，厚度规为4mm控制压缩率为80％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30min，整个热压工艺分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段。①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规4mm处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
(6)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
对比例1
本实施例为本发明所述的速生杉木压缩密实化的方法的一个对比实例，包括以下步骤：
(1)杉木木材的加工，将杉木木材边材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制60％的含水率；
(3)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，10mm厚度规控制压缩率为50％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30min，整个热压工艺分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段。①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规10mm处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30-90min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
(4)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
性能测试
干密度测定：参照国标GB1933-1991进行素材与压缩密实化杉木木材试样的干密度测定。
力学性能测定：采用非标准力学试件，参照国标GB1941-2009进行素材与压缩密实化杉木木材试样的硬度测定，参照国标GB1935-2009进行素材与压缩密实化杉木木材试样的顺纹抗压强度测定。
吸湿恢复率：将试件置于20℃，相对湿度95％的恒温恒湿条件下放置10天后测其厚度，并根据下述恢复率的计算公式计算。
吸水恢复率：将试件常温(20±2℃)浸水24h，然后再置于沸水中煮沸2h，取出后自然风干3-5天，再放置103±2℃烘箱中烘至恒重，于干燥室中冷却，测量其厚度，并根据下述恢复率的计算公式计算。
恢复率的计算公式为：
Figure BDA0002586996160000051
其中：DR为木块样品吸湿或吸水恢复后的绝干厚度(mm)，DC为木块样品压缩后的绝干厚度(mm)，DO为素材绝干厚度(mm)。
上述实施例1-3获得的压缩密实化杉木木材以及对比例1的性能测定结果如表1所示。
表1压缩密实化杉木木材与对比例木材的性能测定结果
Figure BDA0002586996160000052
从表1的结果可以看出，本发明的压缩密实化杉木木材的密度、硬度和顺纹抗压强度对比素材均有所增加，其中密度比素材高2.96-3.14倍，硬度高12.01-16.14倍，顺纹抗压强度高2.13-2.40倍。从三个实施例可以看出，当溶液预处理时间8h，其他工艺完全一致的情况下，8h预处理后的压缩密实化试样密度最高，且力学性能最强稳定性更好，说明密度对压缩密实化试样的性能有影响；从实施例1-3获得的压缩密实化杉木木材以及对比例1的压缩密实化杉木木材可以看出，进行预处理后的试样可以达到较高的压缩率，且硬度和顺纹抗压强度也更高，说明压缩率对压缩密实化试样的性能有影响。
以上仅是本发明的部分实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，利用上述揭示的方法对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明保护的范围内。

Claims (7)

1.一种速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)杉木木材的加工，将杉木木材加工成尺寸为20*20*20mm的木块试样；
(2)杉木压缩密实化预处理溶液的制备，将氢氧化钠和亚硫酸钠溶解于去离子水中，搅拌均匀，并煮沸；
(3)杉木压缩密实化预处理，将杉木木块试样置于100℃沸腾的预处理溶液中处理1-12h，再在沸腾的去离子水中数次以去除化学物质；
(4)平衡木材压前含水率，将预处理后的杉木木块试样控制一定的含水率；
(5)压缩密实化杉木木材，将控制好含水率的木块试样置于热压机上进行压缩密实化，利用厚度规控制压缩率为25-75％，热压温度为150℃，压力为5MPa，保温保压时间30-90min；
(6)后期热固定，将压缩致密化木材置于烘箱中进行热固定，温度为150℃，保温时间为48h。
2.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，步骤(1)中所述木材为杉木边材，密度为0.34g/cm3。
3.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的溶液浓度为2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，步骤(3)中溶液预处理时间为8h。
5.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的含水率控制为40-100％。
6.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，步骤(5)中所述厚度规为15mm、10mm、5mm和4mm。
7.根据权利要求1所述的速生杉木压缩密实化的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的压缩密实化分为预热、加压、保温保压、降温、卸压5个阶段，①预热：把试样置于热压机两压板之间，闭合压机使压板接触试样，20-25min后热压温度由常温升高到100-110℃；②加压：当温度升至100-110℃时进行第一次加压，将压力调至2.0MPa；5-10min后待温度升至120-130℃时压力升至3.0MPa；5-10min后温度升至140-150℃时压力升至5.0MPa，压至厚度规处；③保温保压：在140-150℃、5.0MPa的压力下保压30-90min；④降温：关闭加热，6-8h后试样冷却至常温；⑤卸压：卸压将试样取出。
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