CN112936483A - 杉木原材料强度加强工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了杉木原材料强度加强工艺，包括以下步骤：①将杉木原材料切割成板状；②对杉木原材料采用微波处理工艺，以提高杉木浸渍性能，微波处理工艺中，微波体积功率190~230kW/m3，微波处理时间为30~50s，处理前杉木原材料含水量40％~60％；③在负压环境中对杉木原材料采用热风烘干工艺，对杉木原材料进行减水处理；④利用液电效应对杉木原材料采用电水锤技术，通过电水锤技术对杉木原材料施加冲击力提高其致密性和强度；⑤使杉木原材料浸渍防腐剂；⑥对杉木原材料施加第二烘干工艺；⑦使杉木原材料浸渍阻燃剂；该工艺能够在提高杉木浸渍性能的情况下增强杉木的结构强度和表面硬度，从而克服现有技术中杉木浸渍性与强度的矛盾关系。

Description

杉木原材料强度加强工艺
技术领域
本发明涉及杉木加工领域，具体涉及杉木原材料强度加强工艺。
背景技术
杉木是一种天然有机材料，具有明显的生物特性，易被菌、虫、海生钻孔虫等生物侵袭。对杉木进行防腐处理，延长木制品的使用年限，是节约杉木、保护森林资源的重要途径之一；此外，杉木还有易燃的特性，因此在很多地方限制了杉木的使用，且容易发生火灾事故。
现有的杉木防腐和防火一般有两种方式，分别为涂抹和浸渍，涂抹是在加工完成后的木制品涂抹油漆以隔绝防腐和防火，但这种防腐方式在木制品长期使用后容易造成油漆损坏、脱落；造成防腐防火失效，且需要在木制品加工完成后额外增加喷涂工艺，制造成本高；因此，浸渍工艺是较为明确的发展方向，浸渍工艺目前已经有广泛的应用，但由于大部分杉木致密性较好，浸渍液渗入杉木内部的程度有限，时间较长，且需要外部加压，因此浸渍效果差，为了实现较好的浸渍效果，现有技术中会采用蒸汽爆破、冷冻等方式破坏杉木内部的细胞结构，形成孔隙，方便浸渍液渗入，但这种方法会显著降低杉木的结构强度。
发明内容
本发明旨在提供杉木原材料强度加强工艺，该工艺能够在提高杉木原材料浸渍性能的情况下增强杉木的结构强度和表面硬度，从而克服现有技术中杉木浸渍性与强度的矛盾关系。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
杉木原材料强度加强工艺，包括以下步骤：
①将杉木原材料切割成板状；
②对杉木原材料采用微波处理工艺，以提高杉木浸渍性能，微波处理工艺中，微波体积功率190~230kW/m3，微波处理时间为30~50s，处理前杉木原材料含水量40％~60％；
③在负压环境中对杉木原材料采用热风烘干工艺，对杉木原材料进行减水处理；
④利用液电效应对杉木原材料采用电水锤技术，通过电水锤技术对杉木原材料施加冲击力提高其致密性和强度；
⑤使杉木原材料浸渍防腐剂；
⑥对杉木原材料施加第二烘干工艺；
⑦使杉木原材料浸渍阻燃剂；
⑧对杉木原材料施加第三烘干工艺；
⑨使杉木原材料浸渍染色剂；
⑩对杉木原材料施加第四烘干工艺。
其中，所述减水处理后的杉木原材料含水量为20％~30％。
其中，所述防腐剂配方为：
脂肪醇聚氧乙烯醚：120~150；二硫氰基甲烷：20~40；碳酸丙烯酯：35~45；丙二醇：3~5；对氯间二甲酚：15~25；烷基二甲基苄基氯化铵：2~4；氯化钠：1~3；氯酸钠：1~2；溴化钾：2~4；溴硝醇(布洛波尔)：4~8；水：余量。
其中，在步骤③和步骤④之间，还包括以下工艺步骤：
①将减水处理后的杉木原材料浸没在电流变液中，使其吸收电流变液；
②利用隔水膜分隔杉木原材料，内部预留电极；
③将杉木原材料浸没在绝缘油或纯水中，电水锤技术在所述绝缘油或纯水中进行；在对杉木原材料施加电水锤技术前对杉木原材料施加电场，使其中的电流变液瞬间固化并保持到施加电水锤技术之后；再施加电水锤技术之后解除施加在杉木原材料上的电场，电流变液瞬间回复液态。
其中，在电流变液回复液态之后，通过第五烘干工艺减少杉木原材料中的电流变液。
其中，所述隔水膜密封包覆杉木原材料，并抽出多余空气直到隔水膜紧贴杉木原材料表面。
其中，所述电流变液采用水解纤维素配置，所述水解纤维素的制备工艺为：
①将浓硫酸，浓盐酸，去离子水配制混合酸，三者体积比为3:6:2；
②将纤维粉末在混合酸中通过超声作用使其发生水解；
③加入NaOH溶液，调整纤维素悬浮液的pH值至7左右；
④多次使用去离子水洗涤沉淀物；
⑤离心分离；
⑥冷冻干燥，得到的白色产物；
⑦研磨过筛。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的工艺能够在提高杉木原材料浸渍性能的情况下增强杉木的结构强度和表面硬度，从而克服现有技术中杉木浸渍性与强度的矛盾关系。
2、本发明的杉木原材料首先被切割成片状从而增大其表面积，且使表面平滑规整，利于后续的各种加工工艺。
3、本发明首先采用了微波处理工艺，由于微波具有良好的加热特性，利用微波处理杉木原材料时，杉木原材料吸收微波转化成自身加热的热能，被处理杉木原材料温度迅速升高。同时，由于微波具有很强的穿透能力，能穿透到杉木原材料内部，使处理材温度均匀，处理杉木原材料温度升高后，内部水分迅速汽化，水蒸汽压力随之迅速增大。当水蒸汽压力增大至超过杉木原材料细胞中薄弱组织，如纹孔、纹孔塞、胞间层、射线薄壁细胞的强度时，被处理材的微观结构将产生一定程度的破坏，甚至发展成宏观裂纹，形成新的流体通道，从而有效提高杉木原材料的浸渍性能；因此，能够有效开启杉木原材料细胞液体流动通道，显著改善杉木原材料浸渍性能。
4、本发明在通过微波处理工艺提高杉木原材料的浸渍性能后，在减水后使其吸收电流变液，利用电流变液的特征，在外加电场作用下，其可瞬间可逆的转变为固态，从而在形成的杉木原材料内部通道中形成高强度的支撑，在这种支撑下，在外部通过液电效应的电水锤技术对杉木原材料施加高速均匀的液体冲击，从而使杉木原材料变得更为致密，显著提高其内部结构强度和表面硬度，并且通过该过程，能够变相的去除电流变液无法渗入的空域，将这部分空域挤压去除，从而避免这些空域成为杉木原材料断裂等缺陷的源点，也能够去除其中隐藏的有害小生物，如小虫、虫卵等；而由于固化电流变液的支撑作用，保留了完整的液体流道以便后续浸渍防腐阻燃物质；由于电流变液的特性，在去除外部电场后，其会瞬间回复为液态，因此可以方便的去除，从而空出流道。
5、本发明的电流变液采用水解纤维素配置，一方面能够配置出高效的电流变液，另一方面在电流变液中的液体蒸发逸散后，纤维素会遗留在流道中，其与木材同源，起到了一定的填充作用，且能够显著提高吸液能力，进一步增强后续浸渍过程中对防腐剂和阻燃剂的吸收效果。
6、本发明利用了微波处理工艺、液电效应的电水锤技术以及电流变液，将三者有机的结合，从而实现了能够在提高杉木原材料浸渍性能的情况下增强杉木的结构强度和表面硬度的工艺，克服现有技术中杉木浸渍性与强度的矛盾关系，具有巨大的实用价值。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
杉木原材料强度加强工艺，包括以下步骤：
①将杉木原材料切割成板状，其目的是增大其表面积，且使表面平滑规整，利于后续的各种加工工艺。
②对杉木原材料采用微波处理工艺，以提高杉木浸渍性能，微波处理工艺中，微波体积功率190~230kW/m3，微波处理时间为30~50s，处理前杉木原材料含水量40％~60％；由于微波具有良好的加热特性，利用微波处理杉木原材料时，杉木原材料吸收微波转化成自身加热的热能，被处理杉木原材料温度迅速升高。同时，由于微波具有很强的穿透能力，能穿透到杉木原材料内部，使处理材温度均匀，处理杉木原材料温度升高后，内部水分迅速汽化，水蒸汽压力随之迅速增大。当水蒸汽压力增大至超过杉木原材料细胞中薄弱组织，如纹孔、纹孔塞、胞间层、射线薄壁细胞的强度时，被处理材的微观结构将产生一定程度的破坏，甚至发展成宏观裂纹，形成新的流体通道，从而有效提高杉木原材料的浸渍性能；因此，能够有效开启杉木原材料细胞液体流动通道，显著改善杉木原材料浸渍性能。
③在负压环境中对杉木原材料采用热风烘干工艺，对杉木原材料进行减水处理，经减水处理后的杉木原材料吸水性提高，且排出大部分水分，水分排出过程中可以疏通流道，这里也可以采用结合蒸汽爆破工艺来进一步提高流道的畅通和覆盖范围，从而再次提高其浸渍性能；
④将减水处理后的杉木原材料浸没在电流变液中，使其吸收电流变液；
⑤利用隔水膜分隔杉木原材料，内部预留电极；
⑥将杉木原材料浸没在绝缘油或纯水中，对杉木原材料施加电场，使其中的电流变液瞬间固化并保持；
④利用液电效应对杉木原材料采用电水锤技术，通过电水锤技术对杉木原材料施加冲击力提高其致密性和强度；电水锤技术在所述绝缘油或纯水中进行；
⑤在施加电水锤技术之后解除施加在杉木原材料上的电场，电流变液瞬间回复液态；
⑥在电流变液回复液态之后，通过第五烘干工艺减少杉木原材料中的电流变液。
在通过微波处理工艺提高杉木原材料的浸渍性能后，在减水后使其吸收电流变液，利用电流变液的特征，在外加电场作用下，其可瞬间可逆的转变为固态，从而在形成的杉木原材料内部通道中形成高强度的支撑，在这种支撑下，在外部通过液电效应的电水锤技术对杉木原材料施加高速均匀的液体冲击，从而使杉木原材料变得更为致密，显著提高其内部结构强度和表面硬度，并且通过该过程，能够变相的去除电流变液无法渗入的空域，将这部分空域挤压去除，从而避免这些空域成为杉木原材料断裂等缺陷的源点，也能够去除其中隐藏的有害小生物，如小虫、虫卵等；而由于固化电流变液的支撑作用，保留了完整的液体流道以便后续浸渍防腐阻燃物质；由于电流变液的特性，在去除外部电场后，其会瞬间回复为液态，因此可以方便的去除，从而空出流道。
在采用电水锤技术时应考虑杉木原材料的受压和抗冲击能力，保障杉木原材料的受压均匀性，避免其发生未设计的形变和较大的破坏，当然，也可利用电水锤技术，结合模具实现杉木原材料一定程度上的形变。
⑦使杉木原材料浸渍防腐剂，优选水溶性木材防腐剂；
⑧对杉木原材料施加第二烘干工艺，使木材含水量降低至20％以下；
⑨使杉木原材料浸渍阻燃剂，同样采用水溶剂型；
⑩对杉木原材料施加第三烘干工艺，使木材含水量降低至20％以下；
⑪使杉木原材料浸渍染色剂；
⑫对杉木原材料施加第四烘干工艺至杉木原材料含水量要求。
进一步的，所述减水处理后的杉木原材料含水量为20％~30％。
进一步的，所述防腐剂配方为：
脂肪醇聚氧乙烯醚：120~150；二硫氰基甲烷：20~40；碳酸丙烯酯：35~45；丙二醇：3~5；对氯间二甲酚：15~25；烷基二甲基苄基氯化铵：2~4；氯化钠：1~3；氯酸钠：1~2；溴化钾：2~4；溴硝醇(布洛波尔)：4~8；水：余量。
进一步的，所述隔水膜密封包覆杉木原材料，并抽出多余空气直到隔水膜紧贴杉木原材料表面，可以避免浸入杉木原材料内部的电流变液溢出，还可以隔绝电流变液与外部液体，避免交换，还可以预紧杉木原材料，减少杉木原材料在电水锤技术下受到的损害。
进一步的，所述电流变液采用水解纤维素配置，所述水解纤维素的制备工艺为：
①将浓硫酸，浓盐酸，去离子水配制混合酸，三者体积比为3:6:2；
②将纤维粉末在混合酸中通过超声作用使其发生水解；
③加入NaOH溶液，调整纤维素悬浮液的pH值至7左右；
④多次使用去离子水洗涤沉淀物；
⑤离心分离；
⑥冷冻干燥，得到的白色产物；
⑦研磨过筛。
电流变液采用水解纤维素配置，一方面能够配置出高效的电流变液，另一方面在电流变液中的液体蒸发逸散后，纤维素会遗留在流道中，其与木材同源，起到了一定的填充作用，且能够显著提高吸液能力，进一步增强后续浸渍过程中对防腐剂和阻燃剂的吸收效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.杉木原材料强度加强工艺，其特征在于，包括以下步骤：
①将杉木原材料切割成板状；
②对杉木原材料采用微波处理工艺，以提高杉木浸渍性能，微波处理工艺中，微波体积功率190~230kW/m3，微波处理时间为30~50s，处理前杉木原材料含水量40％~60％；
③在负压环境中对杉木原材料采用热风烘干工艺，对杉木原材料进行减水处理；
④利用液电效应对杉木原材料采用电水锤技术，通过电水锤技术对杉木原材料施加冲击力提高其致密性和强度；
⑤使杉木原材料浸渍防腐剂；
⑥对杉木原材料施加第二烘干工艺；
⑦使杉木原材料浸渍阻燃剂；
⑧对杉木原材料施加第三烘干工艺；
⑨使杉木原材料浸渍染色剂；
⑩对杉木原材料施加第四烘干工艺。
2.如权利要求1所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：
所述减水处理后的杉木原材料含水量为20％~30％。
3.如权利要求1所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：所述防腐剂配方为：
脂肪醇聚氧乙烯醚：120~150；二硫氰基甲烷：20~40；碳酸丙烯酯：35~45；丙二醇：3~5；对氯间二甲酚：15~25；烷基二甲基苄基氯化铵：2~4；氯化钠：1~3；氯酸钠：1~2；溴化钾：2~4；溴硝醇(布洛波尔)：4~8；水：余量。
4.如权利要求1所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：在步骤③和步骤④之间，还包括以下工艺步骤：
①将减水处理后的杉木原材料浸没在电流变液中，使其吸收电流变液；
②利用隔水膜分隔杉木原材料，内部预留电极；
③将杉木原材料浸没在绝缘油或纯水中，电水锤技术在所述绝缘油或纯水中进行；在对杉木原材料施加电水锤技术前对杉木原材料施加电场，使其中的电流变液瞬间固化并保持到施加电水锤技术之后；再施加电水锤技术之后解除施加在杉木原材料上的电场，电流变液瞬间回复液态。
5.如权利要求4所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：
在电流变液回复液态之后，通过第五烘干工艺减少杉木原材料中的电流变液。
6.如权利要求4所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：
所述隔水膜密封包覆杉木原材料，并抽出多余空气直到隔水膜紧贴杉木原材料表面。
7.如权利要求4所述的杉木原材料强度加强工艺，其特征在于：
所述电流变液采用水解纤维素配置，所述水解纤维素的制备工艺为：
①将浓硫酸，浓盐酸，去离子水配制混合酸，三者体积比为3:6:2；
②将纤维粉末在混合酸中通过超声作用使其发生水解；
③加入NaOH溶液，调整纤维素悬浮液的pH值至7左右；
④多次使用去离子水洗涤沉淀物；
⑤离心分离；
⑥冷冻干燥，得到的白色产物；
⑦研磨过筛。
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