本发明专利技术公开了一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,调节实木板材厚度方向各层的含水率,在实木板材内部厚度方向形成干区和湿区,且干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上,调整干区和湿区的位置分布,再用热压机压缩,在实木板材的湿区形成高密度压缩层,得到密度分布可控的实木压缩密实化板材。本发明专利技术可以对实木板材进行精准压缩,使得木材的密实化层与未压缩层的位置分布精准可控;此外,本发明专利技术具有更为优越的力学性能和尺寸稳定性,进一步提高了压缩木材的品质。
【技术实现步骤摘要】
一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法
本专利技术涉及一种实木压缩密实化板材生产方法,特别是密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,涉及实木木材加工领域。
技术介绍
木材压缩技术最早出现于20世纪30年代的美国和德国,最初的压缩木使用在军用飞机上,用来替代金属材料,目的是防止被雷达发现。直到20世纪90年代,以改善软质木材的性能、拓宽人工林木材的应用范围为目标的木材压缩技术研究,才受到世界各国学者和产业界的重视。经过20多年的研究,木材压缩技术,在木材软化、压缩木材的力学性能控制、压缩变形固定等方面逐步得到完善,并形成了原木整形压缩、锯材整体压缩、单板压缩、锯材表面压缩,以及高频加热软化和变形固定等压缩木加工技术体系。井上雅文开发的180℃的饱和蒸汽压力(相当于10Kg压力)处理10分钟或者200℃的饱和蒸汽压力(相当于15Kg压力)处理2分钟的压缩变形固定技术,可以使压缩变形得到永久固定。这项技术的开发从材料的尺寸稳定性角度,对木材压缩技术的应用向前推进了一步。但由于材料加工的设备复杂,且设备成本及生产成本很高,到目前为止,这些木材整体压缩技术并未实现工业化应用。上述的压缩技术都是将木材作为一个整体进行软化和压缩的。这种压缩方式下,木材力学性能的提高主要依赖于压缩率的增加。但提高压缩率会增加压缩木的制造成本。针对这个问题,很多学者开展了各种方式的表层压缩研究,目的是期望在较低的压缩率下提高木材的表面密度和硬度。涂登云等将干燥杨木在180℃下预热350秒后,进行高温热软化压缩,获得了表层密度相对较大的表面压缩木材,但是这种压缩方式获得的表层密实化木材,从密度分布结果可以看出,中间部分实际上也被压缩了。这种压缩木材经过200℃、4小时的常压后热处理固定后,回弹率最低可以低至3%。ZhanJF等将基本密度为319kg/m3的冷杉气干材表面喷水后,直接放在160℃或者180℃的热压机上压缩,0.4分钟内从28mm压缩至23.5mm,可以获得峰值密度大于650kg/m3的上、下表面均被密实化的木材,但密实化层的厚度非常有限(或者非常小),而且密度分布不能控制。这项研究也做了常压后热处理固定实验,结果表明热处理后最大可以使尺寸稳定性提高40%。ClevanLamason和MengGong采用对杨木板材表面(深1mm)浸泡于煮沸的水中5min后,用145℃、175℃和205℃的热压机压缩的方式,获得了单面表面密度较大的压缩木材。又对145℃压缩的木材进行了温度为190℃、200℃和210℃的常压后热处理进行压缩变形固定,可以使回弹率降低至3%。InoueM、GabrielliC、刘君良等报道了采用木材表层浸渍酚醛树脂和三聚氰胺树脂等化学聚合物后进行木材表层压缩,能够获得表面性能和尺寸稳定显著改善的压缩木材,但由于存在有害物质释放的问题,限制了其推广应用。因此,如何实现低压缩率下大幅度提高低密度木材的密度和强度,且压缩变形不回弹,而且压缩密实化木材的加工过程中和使用过程不会对环境造成污染,工艺容易实现,成为木制品行业普遍关注的前沿研究之一。随着高质量阔叶材资源的减少,低密度材的增值利用受到木材科学与
的重视,开发人工林速生材的高品质利用技术具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法。本专利技术可以对实木板材进行精准压缩,使得木材的密实化层与未压缩层的位置分布精准可控;此外,本专利技术具有更为优越的力学性能和尺寸稳定性,进一步提高了压缩木材的品质。为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案如下:一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,调节实木板材厚度方向各层的含水率,在实木板材内部厚度方向形成干区和湿区,且干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上,调整干区和湿区的位置分布,再用热压机压缩,在实木板材的湿区形成高密度压缩层,得到密度分布可控的实木压缩密实化板材。上述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,调节实木板材的含水率是通过浸水和/或干燥的手段,使得实木板材干湿界面移动,实木板材内低含水率层形成干区,实木板材内高含水率层形成湿区,并实时检测干区和湿区的屈服应力,保证干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,所述的实木压缩密实化板材包括压缩层在木材表面的表层密实化板材、压缩层在木材厚度方向中间的中间层密实化板材或压缩层在木材厚度方向中心的中心层密实化板材。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,表层压缩密实化板材的调整含水率的方法是先将实木板材干燥至含水率在15%以下;再将木材封端后浸水或者不封端喷水,增加木材表面的含水率,在木材表面形成湿区,通过控制浸水时间或者喷水量,使得木材内部干湿界面移动,从而调节木材表面湿区与木材内部干区的位置分布,以及调节木材表面湿区与木材内部干区之间的屈服应力差。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,中间层密实化板材或中心层密实化板材的调整含水率的方法是,将实木板材的含水率调整至15%以上,对木材封端,再对木材进行干燥处理,木材厚度方向从外向内形成含水率梯度,从而在木材表面形成干区,在木材内部形成湿区;再将板材置于热压机夹持下加热,板材内部干湿界面移动,从而调节木材表面干区与木材内部湿区的位置分布,以及调节木材表面干区与木材内部湿区之间的屈服应力差。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,干湿界面移动的公式为:TS为热压机夹持下加热时的实木板材的表面温度℃;TV为水沸腾点温度℃;T0为木材初始温度;K1、K2分别为湿区、干区木材导热系数W/m·K;h为木材厚度m;D1为湿区木材导温系数m2/h;ρL为木材界面蒸发单位体积水分的重量kg/m3;t为热压机夹持下的加热时间;S为时间t时界面距板面距离m;L为界面水分的蒸发潜热kJ/kg。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,将实木板材置于热压机上压缩,具体是将实木板材置于热压机上,启动热压机并以100~150℃的温度,2~7mm/min的压缩速度,3MPa以上的压力对实木板材进行压缩,用位移传感器实时检测和控制压缩层厚度。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,封端是通过骨胶、石蜡或沥青对实木板材的端头进行封涂。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,压缩完成后,先在热压机上保持5分钟,再将热压机的压力降低至1MPa,保持30分钟以上;打开热压机,从压板上取出木材,放入热处理窑内,进行180℃以上的高温热处理定型,定型前先将压缩板材干燥至含水率10%以下;窑内温度升高至目标温度后,再向热处理窑内通入水蒸气,使窑内压力达到0.25MPa以上,并保持1小时以上;最后先降低窑内压力至0.1MPa,之后降低木材温度至60温度以下,从窑内取出,最后放入高湿环境下调整木材含水率至8%以上。前述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法中,所述的实木压缩密实化板材还包括具有多层压缩层的多层密实化板材,多层密实化板材是先将实木板材加工成具有上、下两个压缩层的表层密实化板材,再继续放在热压机上,用热压板进行接触式干燥,进一步调整板材内部厚度方向的干湿界面,并再次压缩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:调节实木板材厚度方向各层的含水率,在实木板材内部厚度方向形成干区和湿区,且干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上,调整干区和湿区的位置分布,再用热压机压缩,在实木板材的湿区形成高密度压缩层,得到密度分布可控的实木压缩密实化板材。
【技术特征摘要】
1.一种密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:调节实木板材厚度方向各层的含水率,在实木板材内部厚度方向形成干区和湿区,且干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上,调整干区和湿区的位置分布,再用热压机压缩,在实木板材的湿区形成高密度压缩层,得到密度分布可控的实木压缩密实化板材。2.根据权利要求1所述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:调节实木板材的含水率是通过浸水和/或干燥的手段,使得实木板材干湿界面移动,实木板材内低含水率层形成干区,实木板材内高含水率层形成湿区,并实时检测干区和湿区的屈服应力,保证干区和湿区的屈服应力差在0.2MPa以上。3.根据权利要求1或2所述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:所述的实木压缩密实化板材包括压缩层在木材表面的表层密实化板材、压缩层在木材厚度方向中间的中间层密实化板材或压缩层在木材厚度方向中心的中心层密实化板材。4.根据权利要求3所述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:表层压缩密实化板材的调整含水率的方法是先将实木板材干燥至含水率在15%以下;再将木材封端后浸水或者不封端喷水,增加木材表面的含水率,在木材表面形成湿区,通过控制浸水时间或者喷水量,使得木材内部干湿界面移动,从而调节木材表面湿区与木材内部干区的位置分布,以及调节木材表面湿区与木材内部干区之间的屈服应力差。5.根据权利要求3所述的密度分布可控的实木压缩密实化板材生产方法,其特征在于:中间层密实化板材或中心层密实化板材的调整含水率的方法是,将实木板材的含水率调整至15%以上,对木材封端,再对木材进行干燥处理,木材厚度方向从外向内形成含水率梯度,从而在木材表面形成干区,在木材内部形成湿区;再将板材置于热压机夹持下加热,板材内部干湿界面移动,从而调节木材表面干区与木材内部湿区的位置分布,以及调节木材表面干区与木材内部湿区之间的屈服应力差。6.根据权利要求5所述的密度分布...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄荣凤,
申请(专利权)人:中国林业科学研究院木材工业研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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