CN113733273A - 一种木材增重增硬方法 - Google Patents

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韦鹏练
符韵林
黄腾华
刘明德
康成芳
周劲航
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    • B27M1/02—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by compressing

Abstract

本发明公开了一种木材增重增硬的方法：(1)选择观光木人工林木材，锯成板材，自然干燥，刨光；(2)配置氯化钙溶液，倒入试件，常温浸泡；(3)取出试件，低温干燥；(4)配置碳酸钠溶液，倒入试件，先真空后加压；(5)放置，取出试件浸泡清水，干燥；(6)将干燥好的试件进行压缩密实化；(7)将试件变形固定，完成试件的密实化处理。本发明通过原位生成碳酸钙和物理压缩提高木材的密度和硬度，充分发挥碳酸钙密度大，来源广，价格便宜，解决树脂类填充剂的价格偏高，浸渍困难，存在游离甲醛等环境问题；并且填充后可以降低木材压缩率，减少木材材积损失，达到较好的增重增硬效果，解决人工林木材材质松软的问题。

Description

一种木材增重增硬方法
技术领域
本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种木材增重增硬方法。
背景技术
人工林木材由于生长速度快，生长年限短，其木材密度较低，材质松软，强度较低，并且容易翘曲变形，用途受到较大局限。为了克服人工林木材的固有缺点，扩大应用范围，生产上常采用木材增强密实处理技术来提高木材密度，进而提高木材的强度及稳定性。目前采用的增重处理有两大类型，一种是压缩密实化，即通过水热作用，采用机械压缩法减小木材空腔体积，以提高木材密度、改善木材材性的一种物理改性技术，实现增密的效果，根据密实化的效果可以分为整体压缩密实化和表面压缩密实化类。另一种是浸渍填充密实化，即通过添加浸渍剂，向木材内部空隙填充物质，使其达到体积饱和、质量提高的效果，满足密实化的目的。凡能改善或提高材料的某些性能的外加剂，均称之为改性剂。目前用于木材增重强化的浸渍剂主要是树脂类，如低分子脲醛树脂、酚醛树脂、糠醛树脂等。
物理压缩密实化是一种环保的木材密实化技术，其关键技术主要在于软化和变形固定，软化是通过热量和水分提高木材中木质素及半纤维的塑性而使木材易于压缩，为了防止压缩过程木材表面因水蒸气压力过大造成爆板，要控制木材的含水率在较低水平(通常8％以下)，这会使木材的软化时间延长，内部存在较大的压缩应力，从而造成压缩回弹率较高，影响使用。因而压缩密实化后需要进行变形稳定性处理，通常是通过高温热处理的方式释放木材内部的压缩应力，使尺寸稳定，如果变形固定不好，后期使用过程中还会造成尺寸回弹。另一方面，压缩密实化靠的是压缩木材内部的空腔体积来提高木材的密度，压缩率小则密度提高不明显，压缩率高又会造成较大的材积损失，浪费木材资源。通过外加浸渍剂的方式来增加木材的密度可以避免木材的材积损失，同时还能赋予木材防腐、疏水等功能，但目前常用的浸渍剂主要是树脂类，这些树脂类多以化石资源为原料，含游离甲醛、游离酚等有害物质，生产及使用过程危害环境安全，同时分子量大，难以浸渍进入木材，用量大，成本高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明针对上述技术问题，发明一种木材增重增硬的方法，选择碳酸钙作为外加浸渍剂，来源广、原料足，经济实惠，克服现有树脂类浸渍增强存在的成本高以及游离甲醛等环境问题，采用纳米碳酸钙原位生成的方法，通过钙离子和碳酸根离子分别进入的方式，在木材内部生成碳酸钙沉淀，相比于直接加入纳米碳酸钙来说，更加容易渗透进入内部，克服树脂浸渍增强存在的药剂渗透困难问题。同时采用填充压缩密实化，使用碳酸钙无机物填充，一方面填补了木材细胞腔空隙，增加了重量，另一方面有效的减少了压缩时候导致的材积损失，从而可以扩大其可用性的范围，减少木材资源浪费，充分发挥其作用价值。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种木材增重增硬的方法，包含以下操作步骤：
(1)选择观光木人工林木材，锯成板材，自然干燥，刨光，锯成长度300mm-370mm，宽度为自然宽的试件；
(2)配置氯化钙溶液，溶液质量浓度为30-45％，倒入步骤(1)中所得试件，没过木材试件为宜，在试件上加入重物使其沉底，常温浸泡；
(3)取出试件，自然干燥，然后低温干燥；
(4)配置碳酸钠溶液，溶液质量浓度为20-30％，倒入步骤(3)中低温干燥后所得试件，然后先真空后加压；
(5)放置24h-48h待氯化钙溶液和碳酸钠溶液充分反应，取出试件浸泡清水，洗除盐分和表层不稳定碳酸钙，再放置于室内气干1d，然后放入烘箱干燥，使试件的含水率保持在8-12％；
(6)将干燥好的试件进行压缩密实化，压缩参数为压缩率5-15％，压缩温度为160-180℃，保压时间15-45min；
(7)将试件进行变形固定，然后进行含水率平衡处理，完成试件的密实化处理。
优选的是，步骤(1)中锯成20mm厚度的板材，自然干燥30d。
优选的是，步骤(2)中常温浸泡5d。
优选的是，步骤(3)中自然干燥1d，所述的低温干燥为50℃干燥2-3d。
优选的是，步骤(4)中在真空度为0.08Mpa的真空条件下保持30min，然后加压再保持1h，加压压力为1Mpa。
优选的是，步骤(5)中所述的干燥是温度≤50℃进行干燥，逐渐升温至80℃，升温速率为10℃/天。
优选的是，步骤(6)中所述的保压的压力14Bar。
优选的是，步骤(7)中所述的变性固定为在180℃下烘3h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过原位生成碳酸钙的形式，钙离子和碳酸根离子通过溶液带入木材，相比树脂类浸渍剂更容易进入木材，提高了浸渍效率；进一步的，本发明通过碳酸钙填充和物理压缩提高木材的密度和硬度，充分发挥碳酸钙密度大，来源广，价格便宜，解决树脂类填充剂的价格偏高，存在游离甲醛等环境问题；并且填充后可以降低木材压缩率，减少木材材积损失，达到较好的增重增硬效果，解决人工林木材材质松软的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例中采用的原料、试剂若无特殊说明，皆为市售所得。
实施例1
一种木材增重增硬的方法，操作步骤如下：
(1)选择观光木，锯成20mm厚度的板材后，放置于室内通风处进行自然干燥30d，然后再经刨机刨光，锯成长度300mm-370mm，宽度为自然宽的试件，放入处理槽中；
(2)配置质量浓度为35％的氯化钙溶液(溶液A)，倒入步骤(1)的处理槽内，以没过木材试件为宜，在试件上加入重物使其沉底，常温下浸泡5d；
(3)取出试件，放置在室内自然干燥1d后，再放入烘箱内，用50℃低温干燥2d；
(4)将低温干燥后的试件放入处理槽中，配置质量浓度为30％的碳酸钠溶液(溶液B)，倒入处理槽中，然后将处理槽放入真空处理罐中先抽真空，真空度为0.08Mpa，保持30min后加压再保持1h，加压压力为1.0Mpa；
(5)将处理槽从真空处理罐中取出，放置48h待溶液A和溶液B充分反应，取出试件浸泡清水，洗除盐分和表层不稳定碳酸钙，放置于室内气干1d，然后放入烘箱中先保持温度≤50℃干燥1d，再以10℃/天的升温速率逐渐升温至80℃干燥，使试件的含水率保持在8-12％；
(6)将干燥好的试件放入压机中，设置压缩参数进行压缩密实化，压缩参数为压缩率5％，压缩温度为180℃，保压时间45min，保压压力14Bar；
(7)将试件移入烘箱，在180℃下烘3h进行变形固定，然后放置于室内进行含水率平衡处理，完成试件的密实化处理；检测密实化处理后试件的增重率为51.32％，木材硬度提高了27.51％。
实施例2
一种木材增重增硬的方法，操作步骤如下：
(1)选择观光木，锯成20mm厚度的板材后，放置于室内通风处进行自然干燥30d，然后再经刨机刨光，锯成长度300mm-370mm，宽度为自然宽的试件，放入处理槽中；
(2)配置质量浓度为40％的氯化钙溶液(溶液A)，倒入步骤(1)的处理槽内，以没过木材试件为宜，在试件上加入重物使其沉底，常温下浸泡5d；
(3)取出试件，放置在室内自然干燥1d后，再放入烘箱内，用50℃低温干燥2d；
(4)将低温干燥后的试件放入处理槽中，配置质量浓度为20％的碳酸钠溶液(溶液B)，倒入处理槽中，然后将处理槽放入真空处理罐中先抽真空，真空度为0.08Mpa，保持30min后加压再保持1h，加压压力为1.0Mpa；
(5)将处理槽从真空处理罐中取出，放置36h待溶液A和溶液B充分反应，取出试件浸泡清水，洗除盐分和表层不稳定碳酸钙，放置于室内气干1d，然后放入烘箱中先保持温度≤50℃干燥1d，再以10℃/天的升温速率逐渐升温至80℃干燥，使试件的含水率保持在8-12％；
(6)将干燥好的试件放入压机中，设置压缩参数进行压缩密实化，压缩参数为压缩率10％，压缩温度为160℃，保压时间30min，保压压力14Bar；
(7)将试件移入烘箱，在180℃下烘3h进行变形固定，然后放置于室内进行含水率平衡处理，完成试件的密实化处理；检测密实化处理后试件的增重率为48.19％，木材硬度提高了27.93％。
实施例3
一种木材增重增硬的方法，操作步骤如下：
(1)选择观光木，锯成20mm厚度的板材后，放置于室内通风处进行自然干燥30d，然后再经刨机刨光，锯成长度300mm-370mm，宽度为自然宽的试件，放入处理槽中；
(2)配置质量浓度为45％的氯化钙溶液(溶液A)，倒入步骤(1)的处理槽内，以没过木材试件为宜，在试件上加入重物使其沉底，常温下浸泡5d；
(3)取出试件，放置在室内自然干燥1d后，再放入烘箱内，用50℃低温干燥3d；
(4)将低温干燥后的试件放入处理槽中，配置质量浓度为25％的碳酸钠溶液(溶液B)，倒入处理槽中，然后将处理槽放入真空处理罐中先抽真空，真空度为0.08Mpa，保持30min后加压再保持1h，加压压力为1.0Mpa；
(5)将处理槽从真空处理罐中取出，放置24h待溶液A和溶液B充分反应，取出试件浸泡清水，洗除盐分和表层不稳定碳酸钙，放置于室内气干1d，然后放入烘箱中先保持温度≤50℃干燥1d，再以10℃/天的升温速率逐渐升温至80℃干燥，使试件的含水率保持在8-12％；
(6)将干燥好的试件放入压机中，设置压缩参数进行压缩密实化，压缩参数为压缩率15％，压缩温度为170℃，保压时间15min，保压压力14Bar；
(7)将试件移入烘箱，在180℃下烘3h进行变形固定，然后放置于室内进行含水率平衡处理，完成试件的密实化处理；检测密实化处理后试件的增重率为21.81％，木材硬度提高了64.93％。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种木材增重增硬的方法，其特征在于，包含以下操作步骤：
(1)选择观光木人工林木材，锯成板材，自然干燥，刨光，锯成长度300mm-370mm，宽度为自然宽的试件；
(2)配置氯化钙溶液，溶液质量浓度为30-45％，倒入步骤(1)中所得试件，常温浸泡；
(3)取出试件，自然干燥，然后低温干燥；
(4)配置碳酸钠溶液，溶液质量浓度为20-30％，倒入步骤(3)中低温干燥后所得试件，然后先真空后加压；
(5)放置24h-48h待氯化钙溶液和碳酸钠溶液充分反应，取出试件浸泡清水，气干，干燥，使试件的含水率保持在8-12％；
(6)将干燥好的试件进行压缩密实化，压缩参数为压缩率5-15％，压缩温度为160-180℃，保压时间15-45min；
(7)将试件进行变形固定，然后进行含水率平衡处理，完成试件的密实化处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中锯成20mm厚度的板材，自然干燥30d。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中常温浸泡5d。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中自然干燥1d，所述的低温干燥为50℃干燥2-3d。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中在真空度为0.08Mpa的真空条件下保持30min，然后加压再保持1h，加压压力为1Mpa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的干燥是温度≤50℃进行干燥，逐渐升温至80℃，升温速率为10℃/天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的保压的压力14Bar。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中所述的变性固定为在180℃下烘3h。
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