CN118081929A - 木材软化-压缩-热处理方法及制备的单侧表层压缩木 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木材软化‑压缩‑热处理方法及制备的单侧表层压缩木，属于木质品生产工艺技术领域。一种木材原位软化‑压缩‑热处理方法包括以下步骤：木材单层铺设在热压机上，热压机的上加热板加热至80‑100℃对木材加热进行调湿处理得到调湿木材；将调湿木材进行翻转后，上加热板升温至130‑160℃进行软化处理得到软化木材；在2‑15MPa的压力下对软化木材进行压缩处理得到压缩木材；将压缩木材在190‑280℃下进行热处理，热处理后进行冷却得到单侧表层压缩木。本发明利用调湿、软化、压缩、热处理的方法，制备得到的单侧表层压缩木的密度大，且具有优良的尺寸稳定性和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及木质品生产工艺技术领域，更具体的涉及一种木材软化-压缩-热处理方法及制备的单侧表层压缩木。
背景技术
我国木材资源储量丰富，但由于木材消耗量巨大，特别是我国全面停止天然林商业性采伐，木材供需结构性矛盾不断加剧。为适应木质材料加工产业的快速发展，速生人工林的高效利用引起了业界的重视。速生材中，如杨木、杉木、松木等，由于密度小、强度低、稳定性差等原因，限制了其使用范围。为了拓宽速生软质木材的应用范围，基于木材自身的多孔性、粘弹性等特性，可通过物理方法或者化学方法对木材进行改性处理，从而提高速生材的密度、强度、耐磨性等物理和力学性能。在众多的木材改性技术中，木材热机械压缩处理是一种高效、环保的木材物理改性技术，该技术具有工艺简单、无污染、易于工业化推广等优势。而且木材经过压缩处理，其内部的组织构造以及物理力学性质都发生了显著的变化，主要表现在力学强度显著提高、尺寸稳定性得到改善、耐磨性显著提升等方面，另一特点是保留了木材原有的优良特性。单侧表层压缩木相对于整体压缩木、双侧表层压缩木而言，具有材积损失小，制备能耗低等优点，因而具有非常广阔的应用前景。
木材是一种具有弹塑性的天然高聚物，木材细胞壁的成分和组织构造是影响木材软化和压缩变形的主要内在因素。其主要成分纤维素、半纤维素和木质素的特性及所占比例直接影响木材的可塑性。通常情况下，干燥的木材缺乏塑性，而水分和热量都能对木材组分起到增塑作用，特别是在湿热共同作用下增塑作用更加显著。文献(TakamuraN，Studiesonhotpressing and drying process in the production offiberboardⅢ.Softeningoffiber components in hot pressing offiber mat.Mokuzai Gakkaishi,1968,14(2):75-79)分析了含水率对木材三大组分软化温度的影响，结果表明在绝干状态下，半纤维素和木质素的软化温度分别为200℃左右和150℃左右，在含水率约60％时，半纤维素的软化温度降低到20℃，而木质素在含水率约20％时，软化温度降低到80℃左右，之后随着含水率增加软化温度几乎不会降低。可见，在温度和水分的共同作用，木材的软化温度会大大降低，这为木材的单侧表层压缩压缩提供了理论依据。
木材的压缩和恢复过程是可逆的，即经过单侧表层压缩后，被压缩部分容易吸湿回弹，特别是在高湿环境下使用时，吸湿回弹速度加快。且由于经过单侧表层压缩后木材呈现出不对称结构，使其在使用中容易出现瓦弯等变形。因此需要对单侧表层压缩进行高温热处理，固定回弹并增强其稳定性。高温热处理会使木材成分发生降解，降低木材内部游离态的羟基，减少水分吸附位点，降低木材吸湿性。其次，在高温状态，木材内部应为压缩而产生的内部应力会得到部分释放，从而提高木材尺寸稳定性。目前，高温热处理在木材压缩的保压过程中，或把成型的压缩木，置于空气、热水、导热油、饱和蒸汽、过热蒸汽等几种介质中，或者置于真空环境中，进行热处理。
中国发明专利CN108582377A中木材进行整体压缩，木材的整体压缩和表层压缩使两种完全不同的技术体系。整体压缩不需要调控木材内部的水分分布。如中国发明专利CN108582377A所述是把木材干燥到超绝干状态，即把木材含水率降低至0％以下。而从气干干燥到超绝干状态，木材易于出现干燥缺陷，且增加了制备工序。
中国发明专利CN109366670A中木材进行整体压缩，将木材含水率控制在9％-20％。该专利没有调控木材水分的分布。该专利将不锈钢加热板加热至设定温度后再放置木材，由于没有将木材干燥至绝干状态，在木材接触到高温加热板时，木材内部水分会迅速汽化，使木材内部气体压力急剧升高，木材炸裂的危险性增加。所以，为防止木材内部气体压力过高，该专利用一块穿孔金属板置于木材和加压板之间，以调节热处理过程中的水蒸气。但是由于穿孔金属板的出现会增加传热热阻，而且，表面不规则的穿孔金属板会在木材表面留下压痕，造成压缩的不均匀。
中国发明专利CN102626941A制备好压缩木后，再将压缩木转移至木材炭化设备中，进行高温热处理。采用先压缩再热处理的方法来固定压缩木变形，压缩木会因后处理不及时或处理过程中吸湿回弹。而且该处理方法对炭化设备要求高，设备投资大，生产周期长，炭化工艺复杂，生产成本高，热能消耗大，且在处理过程中若没有尾气处理装置，木材会产生大量挥发物会与热处理介质一起排入大气，造成大气污染。同时，木材在炭化处理过程中易产生如开裂、隔条变色、节子脱落等缺陷。而且经过该种方法炭化处理后木材力学性能(如抗弯强度、抗冲击韧性及握钉力)会降低，影响了木材的使用性能。
中国专利CN106493815A中先将木材置于NaOH和Na2SO3的混合水溶液中浸渍软化，再转移到热压机中进行压缩，压缩结束后再转移至高温炭化箱中进行热处理。该种方法除了上述的缺点外，还引入了化学药剂，提高了生产成本而且容易造成环境污染。
中国专利CN101224593A中所述的木材热处理方法，工艺繁琐复杂，设备投资大，生产周期长，处理后木材力学损失大。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种木材软化-压缩-热处理方法及制备的单侧表层压缩木，本发明利用调湿、软化、压缩、热处理的方法，制备得到的单侧表层压缩木的密度大，且具有优良的尺寸稳定性和力学性能。
本发明的第一个目的是提供了一种木材原位软化-压缩-热处理方法，包括以下步骤：
木材单层铺设在热压机上，热压机的上加热板加热至80-100℃对木材加热进行调湿处理得到调湿木材；
将调湿木材进行翻转后，上加热板升温至130-160℃进行软化处理得到软化木材；
在2-15MPa的压力下对软化木材进行压缩处理得到压缩木材；
将压缩木材在190-280℃下进行热处理，热处理后进行冷却得到单侧表层压缩木。
本发明的一个优选实施例中，调湿处理的压力为0.1-0.5MPa，加热时间为20-120min。
例如，调湿处理的压力为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa；加热时间为20min、40min、60min、80min、100min、120min；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，软化处理的压力为0.1-0.5MPa。例如，软化处理的压力为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa。但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，软化处理时间为1-10min。例如，软化处理时间为1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，热处理的保温时间为0.5-4h，热处理时施加压力为0.5-3MPa。例如，热处理的保温时间为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h；热处理时施加压力为0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，热处理的保温阶段每隔0.1-0.5h释放压力。例如，间隔时间为0.1h、0.2h、0.3h、0.4h、0.5；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，释放压力时间为1-30min。例如，释放压力时间为1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的一个优选实施例中，压缩处理的压缩速度为0.1-5mm/s，压缩率为5％-30％。例如，压缩速度为0.1mm/s、0.5mm/s、1mm/s、1.5mm/s、2mm/s、2.5mm/s、3mm/s、3.5mm/s、4mm/s、4.5mm/s、5mm/s；但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，在此便不再一一赘述。
本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的单侧表层压缩木。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用木材原位调湿-软化-压缩-热处理的一体化方法，本发明所有步骤均在热压机上进行，通过调湿处理把木材中的水分集中到软化区域，在充分软化木材后快速压缩，然后原位热处理密实化区域，永久固定密实化层的变形。
工序简单，处理过程物化学污染，生产效率高，节约能耗，成本低，具有高效、环保的优点。本发明的方法能改善木材的尺寸稳定性和装饰性能，同时克服单侧表层压缩木稳定性差和热处理木材抗弯曲强度和握螺钉力差的问题。
附图说明
图1为实施例1中速生杨木气干处理材和对照材的剖面密度分布图；
图2为实施例2中速生杉木气干处理材和对照材的剖面密度分布图；
图3为实施例3中橡胶木气干处理材和对照材的剖面密度分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
速生材质地差，采用木材机械压缩的方法对其进行增质处理。而某些场合下仅对木材使用表面进行增质增强即可，比如地板的接触面等。所以木材单侧表面技术应运而生。而木材进行单侧表面压缩后容易出现瓦弯等缺陷，影响使用。因此需要对其进行后续处理，如热处理。传统上热处理是将木材放入专门的热处理设备中进行，耗时耗力。除此之外，现有技术中公开的木材处理方法制备的木材存在压缩区域不均匀、木材易变形回弹等问题，基于此，本发明提供了一种木材原位软化-压缩-热处理的一体化方法，本发明的所有步骤均在热压机上进行，通过调湿处理把木材中的水分集中到软化区域，在充分软化木材后快速压缩，然后原位热处理密实化区域，永久固定密实化层的变形。
具体技术方案如下：
一种木材原位软化-压缩-热处理方法，包括以下步骤：
S1、木材单层铺设在热压机上，热压机的上加热板加热至80-100℃对木材加热进行调湿处理得到调湿木材；可以理解是的热压机的下加热板为室温，在加热时，下加热板与木材紧密贴合，利用上加热板对木材进行加热。
S2、将调湿木材进行翻转后，上加热板升温至130-160℃进行软化处理得到软化木材；调湿处理之后，翻转木材，使得木材受热面与下加热板接触，翻转后，木材之间留有空隙。木材之间的空隙为木材压缩量的0.5-5倍。
S3、在2-15MPa的压力下对软化木材进行压缩处理得到压缩木材；在进行压缩处理时，按照需求厚度进行压缩，厚度通过厚度规进行控制，厚度规放置在下加热板边缘。
S4、将压缩木材在190-280℃下进行热处理，热处理后进行应力消除处理得到单侧表层压缩木。
本发明首先对气干木材进行调湿处理，在进行单面加热时，木材内部的水分机会由木材的热端向冷端迁移，调湿处理结束后，木材热端含水率为1-5％，木材冷端含水率为10-25％，使得木材冷端的含水率显著升高，调湿结束后将木材进行翻转，木材含水率高的冷端接触热压机的上加热板，在软化处理期间，木材含水率高的部分被快速加热，使之充分软化。软化不充分的情况下，压缩步骤中压力要提高，且会造成压缩区域不均匀，峰值降低。需要说明的是，本发明所述的压缩区域指的是单侧表层压缩木的单侧压缩范围，而不是指整体木材。
软化处理结束后进行压缩处理，使木材压缩至需求厚度(此厚度即厚度规的厚度)，然后进行热处理，热处理步骤中，由于处理过程在开放式热压机中，在氧气的参与下，纤维素和半纤维素会发生剧烈降解，提高纤维素的结晶度，使亲水性羟基大量减少，并使木质素与微纤丝之间的结合度降低，促使应力得到释放，进而起到固定回弹的作用。热处理可以实现一步法将木材的压缩变形永久固定，木材被压缩的一侧进行热处理，被热处理的木材半纤维素和木质素发生降解，被热处理的部分与未被热处理部分经天然木纤维连接，木材稳定性提高；其次压缩层的固化有效减少了木材力学强度的损失。
调湿处理的压力为0.1-0.5MPa，加热时间为20-120min。调湿处理过程中，加压的目的是为了让木材与热压板接触良好，避免热阻过大影响热量传递。加热时间为了使调湿处理彻底，设置加热时间为20-120min。调湿处理时，上加热板升温速度为1-10℃/min
软化处理的压力为0.1-0.5MPa。软化过程中压力的设置是为了让木材与热压板接触良好，避免热阻过大影响热量传递。
软化处理的升温速度为20-50℃/min，软化处理时间为1-10min。软化处理时间越长，密实化层厚度大。
压缩处理的压缩速度为0.1-5mm/s，压缩率为5％-30％。压缩速度越快，密实化层的峰值密度越靠近被压表面。压缩率越大，密实化层厚度越大。
热处理的保温时间为0.5-4h，热处理时施加0.5-3MPa的压力。
热处理的保温阶段每隔一段开启压机，热压板的张开时间为1-30min，由于木材在压缩过程中和热处理过程中内部会形成较大的气体压力，过大的气压会使木材表面产生鼓泡甚至炸裂等缺陷，因此适时的开启压机有助于释放木材内部压力，克服鼓泡等缺陷，减小压缩木材的内应力。
热处理的升温速度为1-5℃/min，保温阶段中隔0.1-0.5h开启上热压板，释放木材内部蒸汽，然后用维持在每平方米木材5-10MPa的压力闭合热压机，继续进行保温，
应力消除处理是本发明以水、冷却液等冷却介质对上加热板进行冷却，在冷却的过程中进行应力消除，上加热板温度降至20-50℃，制备得到单侧表层压缩木。单侧表层压缩木的含水率8-12％。
本发明S1所用的木材优选为速生杨木、桉木、松木、杉木、榆木或桦木中的一种或以上；所述气干木材的含水率为8-15％。
实施例1
(1)将气干含水率为15％的速生杨木，经双面刨光后制备成尺寸为300×150×25mm的板材；
(2)把25mm厚杨木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置20mm的厚度规，理论压缩率为20％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以5℃/min的升温速度将上加热板温度升至80℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到80℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热20min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为5mm。
(5)以20℃/min的升温速度将上加热板温度升至130℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.1Mpa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热5min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至4MPa，以0.5mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以5℃/min的升温速度升高至190℃，压力维持0.5MPa，温度达到目标温度后，保温0.5h；期间每10min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板1min后，继续用0.5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至30℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
图1为实施例1中速生杨木气干对照材和软化-压缩-热处理材的剖面密度分布(VDP)，木材的VDP是利用意玛X射线剖面密度分析仪DPX-300LTE测试所得，扫描速度0.05mm/s，X射线源电压为29kV。对照材是处理前在同一批次速生杨木材端头截取的试样。
对照材平均密度为425kg/m3，处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为807kg/m3。
经检测，处理材24h吸水厚度膨胀率为15.84％，吸水回弹率为33.25％，表面硬度为3902N，抗弯强度为91MPa。与对照材相比，吸水厚度膨胀率降低16.28％，吸水回弹率降低36.25％，表面硬度提高5％，抗弯强度提高8％。
实施例2
(1)将气干含水率为12％的速生杉木，经双面刨光后制备成尺寸为400×300×30mm的板材；
(2)把30mm厚杉木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置2块，板材两侧放置25mm的厚度规，理论压缩率为20％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以10℃/min的升温速度将上加热板温度升至100℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到100℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.3MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热30min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为8mm。
(5)以30℃/min的升温速度将上加热板温度升至150℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.2MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热5min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至3MPa，以0.5mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以5℃/min的升温速度升高至200℃，压力维持0.5MPa，温度达到目标温度后，保温1h；期间每20min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板1min后，继续用0.5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至40℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
图2为本实施例中速生杉木气干对照材和软化-压缩-热处理材的剖面密度分布(VDP)，木材的VDP是利用意玛X射线剖面密度分析仪DPX-300LTE测试所得，扫描速度0.05mm/s，X射线源电压为29kV。对照材是处理前在同一批次速生杨木材端头截取的试样。
对照材平均密度为612kg/m3，处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为1265kg/m3。
经检测，处理材24h吸水厚度膨胀率为10.65％，吸水回弹率为22.42％，表面硬度为3557N，抗弯强度为85MPa。与对照材相比，吸水厚度膨胀率降低26.55％，吸水回弹率降低42.56％，表面硬度提高3％，抗弯强度提高5％。
实施例3
(1)将气干含水率为8％的橡胶木，经双面刨光后制备成尺寸为500×300×30mm的板材；
(2)把40mm厚杉木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置2块，板材两侧放置30mm的厚度规，理论压缩率为25％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以10℃/min的升温速度将上加热板温度升至100℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到100℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.5MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热30min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为10mm。
(5)以30℃/min的升温速度将上加热板温度升至160℃，达到目标温度后，启动加压系统看，压机压力设置为0.5MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热8min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至8MPa，以0.8mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以5℃/min的升温速度升高至250℃，压力维持0.5MPa，温度达到目标温度后，保温1h；期间每10min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板1min后，继续用0.5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至40℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
图3为本实施例中橡胶木气干对照材和软化-压缩-热处理材的剖面密度分布(VDP)，木材的VDP是利用意玛X射线剖面密度分析仪DPX-300LTE测试所得，扫描速度0.05mm/s，X射线源电压为29kV。对照材是处理前在同一批次速生杨木材端头截取的试样。
对照材平均密度为836kg/m3，处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为1245kg/m3。经检测，处理材24h吸水厚度膨胀率为8.65％，吸水回弹率为16.32％，表面硬度为3205N，抗弯强度为75MPa。与对照材相比，吸水厚度膨胀率降低15.24％，吸水回弹率降低29.85％，表面硬度提高2％，抗弯强度提高4％。
实施例4
(1)将气干含水率为15％的松木，经双面刨光后制备成尺寸为300×150×25mm的板材；
(2)把25mm厚松木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置20mm的厚度规，理论压缩率为20％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以1℃/min的升温速度将上加热板温度升至90℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到90℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热120min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为5mm。
(5)以50℃/min的升温速度将上加热板温度升至150℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.3MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热1min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至2MPa，以5mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以3℃/min的升温速度升高至280℃，压力维持3MPa，温度达到目标温度后，保温3h；期间每30min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板10min后，继续用3MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至50℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
按照本发明的处理方法得到的处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为1087kg/m3。
实施例5
(1)将气干含水率为15％的速生榆木，经双面刨光后制备成尺寸为300×150×25mm的板材；
(2)把25mm厚榆木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置20mm的厚度规，理论压缩率为20％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以10℃/min的升温速度将上加热板温度升至80℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到80℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.5MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热60min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为5mm。
(5)以20℃/min的升温速度将上加热板温度升至140℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.4Mpa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热10min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至15MPa，以0.1mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以1℃/min的升温速度升高至190℃，压力维持2MPa，温度达到目标温度后，保温3h；期间每20min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板30min后，继续用2MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至20℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
按照本发明的处理方法得到的处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为985kg/m3。
实施例6
(1)将气干含水率为15％的松木，经双面刨光后制备成尺寸为300×150×20mm的板材；
(2)把20mm厚松木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置19mm的厚度规，理论压缩率为5％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以1℃/min的升温速度将上加热板温度升至90℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到90℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热20min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为2mm。
(5)以50℃/min的升温速度将上加热板温度升至150℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热1min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至0.5MPa，以0.2mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以3℃/min的升温速度升高至280℃，压力维持0.5MPa，温度达到目标温度后，保温3h；期间每30min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板10min后，继续用0.5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至50℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
按照本发明的处理方法得到的处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为975kg/m3。
实施例7
(1)将气干含水率为15％的速生榆木，经双面刨光后制备成尺寸为300×150×30mm的板材；
(2)把30mm厚榆木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置21mm的厚度规，理论压缩率为30％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以10℃/min的升温速度将上加热板温度升至80℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到80℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.5MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热60min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为8mm。
(5)以20℃/min的升温速度将上加热板温度升至140℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.5MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热10min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至15MPa，以1mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以1℃/min的升温速度升高至190℃，压力维持5MPa，温度达到目标温度后，保温3h；期间每20min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板30min后，继续用5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至20℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
按照本发明的处理方法得到的处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为1024kg/m3。
实施例8
(1)将气干含水率为12％的桦木，经双面刨光后制备成尺寸为300×120×40mm的板材；
(2)把40mm厚松木板成排整齐地铺装在热压机的压板之间，每次放置4块，板材两侧放置20mm的厚度规，理论压缩率为50％；
(3)开启热压机上加热板的加热系统，以1℃/min的升温速度将上加热板温度升至100℃，下加热板不设置温度，即为室温；上加热板温度达到100℃后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热30min。
(4)泄压并张开压机加热板，翻转木材，木材之间的间距为8mm。
(5)以50℃/min的升温速度将上加热板温度升至170℃，达到目标温度后，启动加压系统，压机压力设置为0.1MPa；闭合压机，使上、下加热板与木材紧密贴合，加热5min。
(6)软化处理结束后压机压力升高至5MPa，以0.2mm/s的压缩速度将木材压缩至目标厚度(即厚度规设置的厚度)。
(7)加压板温度以3℃/min的升温速度升高至280℃，压力维持5MPa，温度达到目标温度后，保温3h；期间每30min张开热压板，释放木材内的蒸汽，张开热压板10min后，继续用5MPa的压力闭合热压板。
(8)热处理结束后上热压板通入冷却水进行冷却，将热压板温度降低至30℃后，泄压并张开热压板，将木材取出，得到单侧表层压缩木。
按照本发明的处理方法得到的处理材(单侧表层压缩木)的剖面密度呈单侧峰分布，峰值密度为1126kg/m3。
现有技术中，如CN109366656B公开了一种单侧压缩木密度峰型形态的控制方法，其步骤包括：S1、将木材置于热压板中，控制木材表层水分迁移速率；S2、软化层控制：根据软化层玻璃转化点温度精准控制软化层位置和厚度；S3、热压控制：根据密度峰型形态，采用单级热压或多级热压模式，压力3～12MPa；
S4、塑化定型控制：保温保压塑化，低温低压定型；S5、泄压：压机泄压，张开压板，将木材取出，即得到具有特定密度峰型形态的单侧压缩。但是该方法没有及时对单侧压缩木进行固定，压缩木会因后处理不及时或处理过程中吸湿回弹，容易出现扭曲变形甚至开裂等缺陷，导致木材降等。本发明通过表层软化-压缩-热处理一体化原位处理，及时固定了密实化区域的回弹变形。
CN108673689A公开了一种单侧表层压缩木的制备方法，其步骤包括：S1、将木材干燥至含水率10～20％；S2、把干燥木材铺装在隔热衬板上，木材两侧放置厚度规，当上压板和下压板的温度均达到120～220℃时，将隔热衬板和木材一并放到下压板上；S3、铺装完成后闭合压机使上压板和木材上表面接触预热；S4、设定压机的压力为6～12兆帕，将木材压缩至需求厚度，然后保压；S5、将下压板升温至比上压板温度高0～5℃；S6、将压力降至1～3兆帕，并保压；S7、压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。该方法没有对木材进行针对性的充分的软化，且没有及时固定密实化层的回弹。导致密实化层密度分布不均匀，峰值密度低，压缩木易吸湿回弹变形。本发明通过调湿处理后的翻转木材，有针对性地软化木材，并在软化处理后使木材充分软化，实现简单快速压缩，并通过原位热处理及时固定住了密实化层的回弹。
本发明制备的单侧表层压缩木，尺寸稳定性好，力学性能较优，适合地板、墙板、家具面板等对木材使用面要求较高的地方。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
木材单层铺设在热压机上，热压机的上加热板加热至80-100℃对木材加热进行调湿处理得到调湿木材；
将调湿木材进行翻转后，上加热板升温至130-160℃进行软化处理得到软化木材；
在2-15MPa的压力下对软化木材进行压缩处理得到压缩木材；
将压缩木材在190-280℃下进行热处理，热处理后进行冷却得到单侧表层压缩木。
2.根据权利要求1所述的一种木材原位软化--压缩-热处理方法，其特征在于，调湿处理的压力为0.1-0.5MPa，加热时间为20-120min。
3.根据权利要求1所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，软化处理的压力为0.1-0.5MPa。
4.根据权利要求3所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，软化处理时间为1-10min。
5.根据权利要求1所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，热处理的保温时间为0.5-4h，热处理时施加压力为0.5-3MPa。
6.根据权利要求5所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，热处理的保温阶段每隔0.1-0.5h释放压力。
7.根据权利要求6所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，释放压力时间为1-30min。
8.根据权利要求1所述的一种木材原位软化-压缩-热处理方法，其特征在于，压缩处理的压缩速度为0.1-5mm/s，压缩率为5％-50％。
9.一种权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的单侧表层压缩木。
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