CN113305960A - 一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法 - Google Patents

一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于木材科学与技术领域，尤其涉及一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。该方法采用超支化预聚体酚醛树脂作为主要改性材料，既可混合纳米碳酸钙使用，也可混合塑化剂使用，协同对木材进行改性处理，通过“负压‑正压”的加压浸渍方式将上述物质有效注入木材体内，沉积在木材细胞壁上，从而增加了木材的内含物数量和重量，加之自身优异的增强性能，提升了木材的力学强度，其中密度可提高43％以上，硬度可提高23.57％以上，抗弯强度可提高56％以上，弹性模量可提高54％以上。本发明对设备要求不高，生产成本低，制备工艺简单易实现，可应用木材广泛，处理后的木材可广泛应用于对室内外家具用材或景观用材。

Description

一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法
技术领域
本发明属于木材科学与技术领域，尤其涉及一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。该方法经超支化预聚体、纳米碳酸钙或塑化剂等不同改性剂处理后，能显著提升木材密度、硬度和力学强度。
背景技术
木材作为工业和生活用材，与国民经济和人类生活息息相关，广泛应用于人类生活的方方面面。近年来，我国木材供需矛盾日益加剧，加之天然林保护工程的实施，国内可利用的木材资源多为人工林速生材，且这些木材的生长周期都较短，多为幼龄材，因此普通存在密度小、硬度低、强度差等缺陷，很难实现实木化利用，产品附加值低，严重阻碍了人工林木材加工业的发展。
发明内容
为解决人工林木材密度小、硬度低、强度差，难以实现实木化利用等难题，本发明的目的在于提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。具体是将超支化预聚体、纳米碳酸钙、塑化剂的单体或其混合物采用真空加压浸渍的方式注入木材内部，以此提高木材的密度、硬度和力学强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法，包括以下步骤：
将含有15wt.％～50wt.％超支化预聚体和1wt.％～5wt.％纳米碳酸钙的水溶液，或含有15wt.％～35wt.％超支化预聚体和1wt.％～5wt.％塑化剂的水溶液，或含有15wt.％～50wt.％超支化预聚体、1wt.％～5wt.％纳米碳酸钙和1wt.％～5wt.％塑化剂的水溶液注入放有木材的密封容器内，采用真空加压的方式对木材进行浸渍处理，然后取出，将浸渍后的木材干燥至质量恒定，即得到密度、硬度和力学性能增强的木材。
优选的，所述的超支化预聚体为酚醛树脂。
优选的，所述的塑化剂为发明专利ZL201611023990.6中所述塑化剂。
优选的，所述的木材为杉木。
优选的，所述的真空加压的处理条件为在负压-0.8～-0.9MPa下保压30～60min，再在正压1.5～2MPa下保压3～8h。
优选的，所述的干燥的方式为将木材放入干燥窑内，在80℃～120℃下干燥50～70h。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明采用超支化预聚体酚醛树脂作为主要改性材料，既可混合纳米碳酸钙使用，也可混合塑化剂使用，协同对木材进行改性处理，通过“负压-正压”的加压浸渍方式将上述物质有效注入木材体内，沉积在木材细胞壁上，从而增加了木材的内含物数量和重量，加之自身优异的增强性能，提升了木材的力学强度，最终提高了木材的密度、硬度和力学强度，其中密度可提高43％以上，硬度可提高23.57％以上，抗弯强度可提高56％以上，弹性模量可提高54％以上，拓宽了人工林木材的使用领域。
本发明对设备要求不高，生产成本低，制备工艺简单易实现，可广泛应用于各种木材的加压浸渍处理，处理后的木材可广泛应用于对室内外家具用材或景观用材。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
下列实施例采用的超支化预聚体酚醛树脂，购买自太尔胶粘剂(广东)有限公司，型号为PW0002F。
下列实施例采用的纳米碳酸钙购买自恩平碳酸钙厂。
实施例1
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体20％，纳米碳酸钙1％
将20％的超支化预聚体与1％的纳米碳酸钙充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。真空加压浸渍处理条件为负压-0.8～-0.9MPa,保压30mins；再施加正压2MPa，保压4h；出罐后再将木材放入干燥窑内，采用温度110℃对其进行干燥处理，处理时间为58h；完成干燥，出窑。
经上述处理后，木材的密度增加了76.58％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.558g/cm3，端面硬度提高了23.57％，即由原来的2800N提高到了3460N，抗弯强度提高了56.21％，即由原来的49.1MPa提高到了76.7MPa，弹性模量提高了54.27％，即由原来的6910MPa提升到了10660MPa。
实施例2
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体30％，纳米碳酸钙3％
将30％的超支化预聚体与3％的纳米碳酸钙充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了43.04％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.452g/cm3；端面硬度提高了64.64％，即由原来的2800N提高到了4610N；抗弯强度提高了64.77％，即由原来的49.1MPa提高到了80.9MPa；弹性模量提高了61.51％，即由原来的6910MPa提升到了11160MPa。
实施例3
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体50％，纳米碳酸钙3％
将50％的超支化预聚体与3％的纳米碳酸钙充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了42.09％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.449g/cm3；端面硬度提高了37.86％，即由原来的2800N提高到了3860N；抗弯强度提高了43.38％，即由原来的49.1MPa提高到了70.4MPa；弹性模量提高了47.18％，即由原来的6910MPa提升到了10170MPa。
实施例4
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体15％，塑化剂5％
将15％的超支化预聚体与5％的塑化剂充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了29.11％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.408g/cm3；端面硬度提高了23.57％，即由原来的2800N提高到了3460N；抗弯强度提高了42.16％，即由原来的49.1MPa提高到了69.8MPa；弹性模量提高了55.43％，即由原来的6910MPa提升到了10740MPa。
实施例5
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体25％，塑化剂1％
将25％的超支化预聚体与1％的塑化剂充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了51.58％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.479g/cm3；端面硬度提高了7.86％，即由原来的2800N提高到了3020N；抗弯强度提高了35.03％，即由原来的49.1MPa提高到了66.3MPa；弹性模量提高了33.29％，即由原来的6910MPa提升到了9210MPa。
实施例6
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体35％，塑化剂1％
将35％的超支化预聚体与1％的塑化剂充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了104.75％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.647g/cm3；端面硬度提高了35.56％，即由原来的2800N提高到了3790N；抗弯强度提高了42.57％，即由原来的49.1MPa提高到了70MPa；弹性模量提高了36.61％，即由原来的6910MPa提升到了9440MPa。
实施例7
本实施例提供一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法。
配比：超支化预聚体35％，纳米碳酸钙1％，塑化剂1％
将35％的超支化预聚体、纳米碳酸钙1％与1％的塑化剂充分混合后，注入放有杉木木材的密封容器内，采用真空加压的方式对杉木试件进行浸渍处理。处理条件与处理过程与实施例1相同。
经上述处理后，木材的密度增加了43.67％，即由原来的0.316g/cm3提升到了0.454g/cm3；端面硬度提高了41.43％，即由原来的2800N提高到了3960N；抗弯强度提高了64.77％，即由原来的49.1MPa提高到了80.9MPa；弹性模量提高了58.6％，即由原来的6910MPa提升到了10970MPa。
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、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 (5)

1.一种增强木材密度、硬度和力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有15wt.％～50wt.％超支化预聚体和1wt.％～5wt.％纳米碳酸钙的水溶液，或含有15wt.％～35wt.％超支化预聚体和1wt.％～5wt.％塑化剂的水溶液，或含有15wt.％～50wt.％超支化预聚体、1wt.％～5wt.％纳米碳酸钙和1wt.％～5wt.％塑化剂的水溶液注入放有木材的密封容器内，采用真空加压的方式对木材进行浸渍处理，然后取出，将浸渍后的木材干燥至质量恒定，即得到密度、硬度和力学性能增强的木材。
2.根据权利要求1所述的增强木材密度、硬度和力学性能的方法，其特征在于：所述的超支化预聚体为酚醛树脂。
3.根据权利要求1所述的增强木材密度、硬度和力学性能的方法，其特征在于：所述的塑化剂为发明专利ZL201611023990.6中所述塑化剂。
4.根据权利要求1所述的增强木材密度、硬度和力学性能的方法，其特征在于：所述的真空加压的处理条件为在负压-0.8～-0.9MPa下保压30～60min，再在正压1.5～2MPa下保压3～8h。
5.根据权利要求1所述的增强木材密度、硬度和力学性能的方法，其特征在于：所述的干燥的方式为将木材放入干燥窑内，在80℃～120℃下干燥50～70h。
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