CN1275941A - 新型材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工艺,用以大大提高散孔木材的弹性和可弯性并包括以下步骤:a)供给散孔木材的样品;以及b)用至少500bar的压力均匀地压制a)中的样品。通过把该木材样品在液体中浸渍长达2小时,此后该样品被干燥,再次提高刚度。这可以当生产由散孔木材制成的成型产品时使用。
Description
本发明涉及一种用来生产具有可控的弯曲性质的木材的工艺。该工艺可以用来生产一种具有高弹性度和高度的弯曲能力的木材。所得到的木材可以容易地变形成想要的形状,此后还能以一种简单的方式固定此一形状,致使该木材重新获得正常的弯曲性质,同时该形状已经永久地改变了。本发明还涉及一种已经用上面提到的工艺生产的木材。
发明的背景
人类从远古时代起就已经使用由弯曲的木材制成的结构和物品。由于木材是坚硬的材料,所以在成形和弯曲之前必须使木材软化,以便木材不致开裂。传统上,此一软化曾经用加热来实现,要不然的活,用加热和潮湿(例如用水蒸气)的组合来实现。木材还曾经通过用化学品,诸如氨、聚乙二醇和吡啶之类,浸渍它来软化。
在现代,具有高度弯曲和成形柔曲性的改性木材也已经被开发出来。一种工艺基于粘合起来形成层积结构的薄木材圆盘,该结构的挠曲性大于未加工的木材的挠曲性。此一工艺的例子在JP,A,9/70804和JP,A,7/246605中描述。然而,在这些文件中描述的材料的柔曲性全都不能完全令人满意。与弯曲步骤有关需要加热。最后,在已经发生想要的变形之后该木材不能恢复其正常的刚度。因而需要改进的工艺,用以暂时地提高木材的弹性并用以在发生了想要的弯曲之后把此一弹性再次降低到正常水平。
发明概要
现在已经发现,借助于包括以下步骤的工艺,有可能大大提高散孔木材的弹性和可弯性:a)供给散孔木材的样品;以及b)用至少500bar的压力均匀地压制a)中的样品。
通过把该木材样品在一种液体中浸渍一段时间,该段时间长得足以使该液体能渗透整个该木材样品,然后干燥该样品,再次提高该刚度。发明的详细描述定义:
这里使用的“均匀压制”一词涉及用沿空间中的所有方向大小相等的压力来压制。用这种性质的压力来压制木材在WO 95/13908中描述。“散孔木材”是其中脉管均匀分布并且在整个年轮上有着几乎均一的尺寸的木材。有散孔木材的树木的例子是桤树、山杨、桦树、山毛榉、槭树、桉树、加拿大糖槭、新疆白桦、欧亚槭、红花槭、多花蓝果树、胶皮枫香树、脂杨、欧洲水青冈、Banksia prionotes和Banksiailicifolia。
“木材样品(wood specimen)”一词在这里用来简称散孔木材的样品。一个“复合木材样品”指的是这样一个样品,该样品包括若干个较小的散孔木材样品,后者已经在构成的样品中平行于纤维的方向地粘合在一起。原则上,适用于木材的大多数类型的胶在生产复合木材样品时都可以使用。可以提到的例子是冷水胶、热熔胶、溶剂基胶、乳化液基胶以及有着一种或两种组分的聚合基胶。特别是可以使用含有聚乙酸乙烯酯乳化液、PVC、聚苯乙烯、尿素、蜜胺、蜜胺甲醛、苯酚和聚氨酯的胶。根据给定的条件选择适用的胶类型对于本专业的技术人员是很简单的。
“液体”一词在这里用来简称一种能够渗透散孔木材的液体。这种液体的例子是水和按1/100~100/1的重量比率的亚麻籽油/松节油。该液体还可以包含诸如染料之类的其他物质和提高防腐性和耐火性的物质。
下面将参照附图更详细地描述本发明,在诸附图中:
图1示出如何靠根据权利要求1的工艺来改变弹性;
图2A示出一个已经直接从树干切下的圆盘。图2B示出该圆盘的水平横截面。画出了年轮。图2C(以水平横截面)示出该圆盘结合在水中的浸渍的成形,而图2D示出在干燥之后得到的碗形物的水平横截面。
图3示出可以如何通过均匀地压制锯切并粘合成特定图案的散孔木材来生产具有高弹性度的复合木材样品。在此一图中完全画出了年轮;以及
图4示出使用由已经借助于根据本发明的工艺提高了其弹性的散孔木材样品生产的复合木材样品的弯曲实验的结果。图5简要地介绍用来测定根据本发明的木材的弹性模量的设备。该测定依据欧洲标准EN 310来进行。
图6~图8是表示作为挠度的函数的力的图。图7和图8公开了针对本发明的木材的结果,而图6给出未经均匀地压制的木材的结果。
发明的详细描述
如上面已经指出的那样,本发明基于以下意外的发现,即在用至少500bar的压力均匀地压制木材之后散孔木材样品的弹性大大提高。没有把本发明依赖于任何具体的原理,假定在均匀压制之后弹性的提高是由于相当大并在散孔木材中均匀分布的脉管或管孔以有序的结构瘪塌。纤维的强度似乎未改变,因为破坏纤维所需的力与普通木材相同。因而不是在所有的方向都出现提高了的弹性。
图1示出在根据本发明的均匀压制之后在散孔木材中如何改变弹性。图1A示出一个散孔木材的样品,其中纤维从ABCD表面向EFGH表面取向。在ABCD表面画出了年轮。图1b示出该木材样品的DCGH侧面。因而这里纤维从DC边向GH边取向。如果压力施加在宽度DH的中部,则不可能观察到弹性的任何提高。图1c示出上述样品的ABCD侧面。相形之下,如果压力施加在宽度AD的中部,则有可能观察到弹性的显著提高。此一结果示于图1d。通过以图1e中所示的方式把散孔木材样品平行地粘合在一起,得到一种具有很高的弹性度的木材。
正如上面已经提到的,还曾经发现,有可能降低已经根据本发明均匀地压制的木材的弹性。该木材已经在一种液体中浸渍一段时间,该段时间长得足以使该液体能渗透整个该木材样品,之后恢复其刚度。木材为了再次恢复其刚度而需要浸渍的时间取决于所要成形的该样品的尺寸。对于具有20×40mm的横截面的较小的样品,5~15分的浸渍时间就完全够用了,但是对大样品来说可能需要长达2小时的浸渍时间。原则上,只要该木材不被损坏而该液体仍然是液体,该浸渍可以在任何温度下进行。该浸渍步骤可望在室温下进行。借助于简单的实验,本专业的技术人员能够在每个个别场合很容易地确定合适的浸渍时间和浸渍温度。
没有把本发明依赖于任何具体的原理,假定在浸渍期间,液体借助于渗透力和/或疏水性相互作用渗透到以前瘪塌的管孔中,造成诸管孔恢复到其原始体积。
正如已经提到的,本发明与把木材成形相结合,例如与制造家具相结合是十分有用的。即使是相当复杂的形状也能够得到。首先生产一种具有提高了的弹性度的木材。如果需要,然后从所述木材锯切一个合适的工件。然后该工件被成形为想要的形状,例如用模板和/夹具。然后此一想要的形状可以通过在合适的条件(如上面提到的)下在合适的液体中浸渍,继之以干燥,来定形。
除了与所使用的压制设备的尺寸有关的那些尺寸之外,关于木材样品的尺寸没有限制。然而,最好是压制圆盘形木材样品,而且只要压力机的尺寸允许,具有超过2m2表面积的木材样品可以毫不困难的被压制。在SE-C-452 436中描述的压力盒式压力机代表合适的压制装置的例子,有关木材的均匀压制读者可以参照上面引述的WO95/13908。
在进行均匀压制之前木材样品应该已经干燥了。最好是含水率已经降低到充其量活树中的含水率的50%。然而,如果压出的液体能够,例如通过吸收,得到注意,或者从压制装置引开,也可以均匀地压制潮湿的木材。均匀地压制潮湿的木材的技术在WO 97/02936中描述。
下面将参照以下实施例,这些实施例是为了说明的目的给出的并且无意限制本发明,更详细地描述本发明。例1
一个具有19.3cm的直径和1cm的厚度的圆盘形木材样品从山杨树干切下。该圆盘被剥皮被干燥到原来的48%的含水率(见图1A和1B)。然后以WO 95/13908中例1中所述的方式在一台压力盒式压力机(ABB压力系统,韦斯特罗斯,瑞典)上进行均匀压制。最高压力为850bar而温度为33℃。总压制时间为2分。
以下步骤在室温下进行。把所得到的弹性圆盘放在一个具有4cm的最大深度的碗形模板中并夹紧,致使它采取该模板的形状(图1C)。该模板和该木盘被浸没在水中10分然后让其干燥。现在该圆盘的弹性已经显著降低而且即使在它已经从该模板卸下之后它也保持其碗形(图1D)。例2
一个具有550×170×35mm的尺寸(图3A,画出了年轮)和活树的48%的含水率的山杨样品用作原始材料。以与例1中相同的方式均匀压制该样品。最高压力1000bar,温度34℃而压制时间2分。压制之后,样品的尺寸为438×136×22mm。周围进行手工刨削使它完全光滑。然后把该样品沿其长度锯开以便给出三个具有146×136×22mm的尺寸的样品。这些样品本身又被锯成宽度约20mm的薄板,而且靠手工刨削把表面刨平;然后诸薄板彼此顶靠着摆放,使它们以与锯开之前相同的方式放置(图3B),此外还使三个原始样品彼此顶靠着摆放。因此,21个薄板以图3C中所示的方式彼此顶靠着摆放。一种冷水胶(Casco 3350,卡斯科,瑞典)涂布在除了右侧最外边的薄板之外的所有薄板的上表面上(图3D)。然后所有薄板沿顺时针方向转过四分之一圈(图3F)接着彼此顶靠着用夹具加压(图3F);然后让胶干燥。这造成一个具有146×410×22mm尺寸的复合木材样品(图3G)。沿着其长度把该样品横切成15mm,得到一个具有15×410×22mm尺寸的样品。然后把此一样品手工弯曲到它成为具有125mm内径的马掌形(图4)。没有观察到开裂。例3
此一例子涉及本发明的木材的弹性模量的测定。用1000bar的压力来均匀压制作为散孔的山杨木。接着,把该木锯成20mm×20mm×200mm的条。诸条的纤维方向与该条的纵长方向垂直。然后把诸条分成三组,A、B和C。
提供第1组(A)20mm×20mm×200mm的条。此一组的条以与D组的条相同的方式锯开和粘合,但是该木材不被均匀压制。
第2组(B)的条既不锯开也不重新粘合在一起。
第3组(C)的条分别被锯成20mm×20mm×60mm,20mm×20mm×80mm和20mm×20mm×60mm的三条。然后以这样一种方式用与例2中相同的胶把这些条重新粘合在一起,即得到一个新的20mm×20mm×200mm的复合条,而且该条的纤维方向与该条的纵长方向垂直。
第4组(D)的条被锯成20mm×20mm×40mm的五条。然后以以这样一种方式用与例2中相同的胶把这些条重新粘合在一起,即得到一个新的20mm×20mm×200mm的复合条,而且该条的纤维方向与该条的纵长方向垂直。
对来自所有各组的条测定弹性模量。该测定依据欧洲标准EN310:1973(欧洲标准化委员会,布鲁塞尔,比利时)进行。在这些实验中所使用的设备示于图5。两个支点2和3之间的距离l1为150mm。一个挠曲构件F在精确地处于支承构件1和2之间的中央的一点使被试条挠曲。
所得到的结果汇总于表1。
表1试验组 弹性模量A 615MPa
699MPaB 347MPa
319MPaC 172MPa
201MPaD 25.0MPa
64.2MPa
与表1中给出的挠曲试验有关并作为挠度的函数示出力的三个图还作为图6(试验组A)、图7(试验组C)和图8(试验组D)提供。
应该指出,本发明的木材(组C和组D)比起控制组(组A和组B)来具有低得多的弹性模量。从图8还应该指出,组D的试验条如此柔软,以致它在挠曲试验期间不开裂。来自组A~C的所有试验条全都开裂。
Claims (9)
1.一种用来提高散孔木材的弹性和可弯性的工艺,该工艺包括以下步骤:a)供给散孔木材的样品;以及b)用至少500bar的压力均匀地压制a)中的样品。
2.根据权利要求1的工艺,其特征在于,该压力至少为850bar而最好是高于1000bar,该压制温度充其量为40℃而最好是充其量为35℃,以及该压制时间充其量为5分。
3.一种用来生产具有大大提高的弹性的复合木材的工艺,该工艺包括以下步骤:a)供给至少两个散孔木材的样品,已经用一种根据权利要求1或权利要求2的工艺使该散孔木材成为弹性的;以及b)以这样一种方式,即在所得到的复合木材样品中纤维平行地取向,把a)中的样品粘合在一起。
4.一种用来生产由散孔木材制成的成形产品的工艺,该工艺包括以下步骤:a)供给一个散孔木材的样品或者一个散孔木材的复合样品,其弹性已经借助于根据权利要求1~3中的任何一项的工艺提高了b)把在a)中所得到的弹性木材样品成形为想要的形状,继之以使用在该技术领域是通常的定形元件把该样品定形为想要的形状;c)把在b)中已经得到的该定形弹性木材样品在一种液体中浸渍一段时间,该段时间长得足以使该液体能渗透整个该木材样品;d)干燥所得到的木材样品;以及e)从该定形元件松开该木材样品。
5.根据权利要求4的工艺,其特征在于,该弹性木材样品在室温下浸渍在水中。
6.根据权利要求4的工艺,其特征在于,该弹性木材样品浸渍在按1/100~100/1的重量比率的亚麻籽油/松节油中。
7.根据权利要求5或权利要求6的工艺,其特征在于,该浸渍时间在5分与2小时之间。
8.一种具有提高了的弹性的散孔木材,该散孔木材是用根据权利要求1~3中的任何一项的工艺生产的。
9.一种成形的散孔木材,该散孔木材是用根据权利要求4~6中的任何一项的工艺生产的。
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