一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材及其制备方法，属于木材保护与改性技术领域。包括表层热改性形成的保护性外壳和芯层，芯层为在制备过程中通过工艺控制形成温度停滞区所制得的支撑性骨架。其制备方法首先将木材进行锯解与刨光，然后对其进行干燥并控制其含水率，通过工艺方法在木材表层与芯层之间形成含水度梯度，之后采用平板式热压机对木材表面进行加热处理并在加热过程中控制芯层温度，最后对木材进行调湿处理。本发明专利技术的主要用途是通过对木材初始含水率水平和内部含水率梯度的科学控制，调节木材表层和芯层的升温速率，在芯层形成常规工艺所没有的温度停滞区，在提高木材尺寸稳定性的同时不影响其力学强度。

A new type of wood structural material with stable durability and its preparation method

The invention discloses a new type of wood structural material with stable durability and a preparation method thereof, belonging to the technical field of wood protection and modification. It includes a protective shell and core layer formed by thermal modification of the surface layer, and the core layer is a supporting skeleton made by forming a temperature stagnation zone through process control during the preparation process. The preparation method firstly saws and planes the wood, then dries it and controls its moisture content, then forms the moisture gradient between the surface layer and the core layer through the technological method, then uses the flat-plate hot press to heat the surface of the wood and control the core layer temperature during the heating process, finally feeds the wood. Adjust humidity. The main purpose of the present invention is to adjust the heating rate of the surface and core layers of wood by scientifically controlling the initial water content level and the internal water content gradient of wood, to form a temperature stagnation zone in the core layer which is not found in the conventional process, and to improve the dimensional stability of wood without affecting its mechanical strength.

【技术实现步骤摘要】
一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材及其制备方法
本专利技术涉及木材保护与改性
，更具体地说，涉及一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材及其制备方法。
技术介绍
木材是一种应用广泛的生物质材料，具有强重比高，色泽纹理美观等优点，但木材易受真菌和昆虫的侵害，在受潮时会吸水发生膨胀、变形甚至开裂，是木材应用的主要制约因素。木材热处理也称木材热改性，是提高木材尺寸稳定性和生物耐久性的有效途径，它将木材置于200℃左右的温度下加热处理，使木材中的半纤维素发生降解，由于木材中的亲水基团主要存在于半纤维素中，因而半纤维素降解后木材中的亲水基团数量下降，使木材与水的结合能力降低，木材的尺寸稳定性得以提高。此外，半纤维素含量和亲水性的降低也使木材中的营养物质和水分减少，不利于真菌的生长，木材的生物耐久性也因此获得增强。但是木材热处理工艺也存在不足，半纤维素的降解使木材的内部结构受到一定程度的破坏，木材的力学强度，特别是抗弯强度出现较为显著的下降，使热处理材的应用限制在非结构用材，难以用作承重部件。中国专利申请号：201711212238.0，申请日：2017年11月28日，专利技术创造名称为：一种对板材用木材进行碳化处理的方法，该申请案的首先选择中密度的木材并切割成长方体型；将切割后的木材使用加热油加热并放入压力机中对木材进行压紧；将压紧后的木材再次进行加热以及加压，最后对木材进行脱油制得成品。中国专利申请号：201711212371.6，申请日：2017年11月28日，专利技术创造名称为：一种提高木材碳化效果的方法，该申请公开了一种提高木材碳化效果的方法，首先选择高密度的木材并切割成长方体型；将切割后的木材放入热空气罐内并进行热空气加热，然后对木材进行压紧；将一次压紧后的木材使用油进行加热；再次进行压紧降温后，进行脱油处理制得成品。现有技术没有考虑到木材加热过程中温度性的提高所导致的力学性能下降的问题，而热处理材稳定性的提高与力学性能的下降之间存在一定不可调和性，因为两者是由同一机理引起的，即都是由半纤维素的降解引起，半纤维素降解程度越高，木材的稳定性改善就越好，但强度下降就越显著。目前现有技术已有一些方法尝试解决这一问题，如先将木材压缩后再进行热处理，通过密度的提高解决强度下降的问题，或者热处理后通过向木材中添加化学药剂来进行增强处理，但这些方法都属于联合改性工艺，由几个不同阶段构成，使工艺变得复杂化，延长了周期，增加了成本，也可能带来新的环境排放问题。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术中的木材内部温度升温过快、不易控制内部温度、木材强度显著下降等不足，通过对木材初始含水率水平和内部含水率梯度的科学设置而制备一种新型的木质结构材，解决了上述现有技术的问题。技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材，其特征在于：包括表层热改性形成的保护性外壳和芯层，所述的芯层为在制备过程中通过工艺控制形成温度停滞区所制得的支撑性骨架。该保护性外壳包括木质结构材上下表面的表层部分，以及左右侧边的表层部分。一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将木材锯解为厚度大于5cm的板材，并进行表面刨光；步骤2，对木材进行干燥，将其含水率平均值控制在15％～17％范围，通过加大干燥窑内气流循环速度以适度增加木材表层水分蒸发速度，在木材表层与芯层之间形成含水度梯度，表层含水率低于芯层4％～6％；步骤3，采用平板式热压机对木材上下表面进行加热处理，所述平板式热压机上下压板温度为200℃～220℃，压力为0.2MPa～0.3MPa，加热过程监测木材表芯层温度，待表层温度达到180℃后持续1～2h后停止加热，加热过程中须确保芯层温度不超过140℃；步骤4，对木材在温度20℃，相对湿度65％条件下进行调湿处理。作为本专利技术更进一步的改进，如果木材在使用过程中仅上下表面与环境接触，则采用上述步骤，若木材在使用中4个侧面都与环境接触，则在步骤3完成后还需进行左右侧边的热处理，其步骤为：步骤1，在木材上下表面处理完成后，将木材至于温度70℃，相对湿度96％的环境中调节木材含水率至20.8％；步骤2，在温度70℃，相对湿度87％的环境中对木材进行干燥，通过调高窑内气流循环速度，增大表层水分挥发速度，使含水率平均值控制在15％～17％范围，且木材表层与芯层之间含水率梯度差值在4％～6％；步骤3，采用平板式热压机对木材左右侧边进行加热处理，所述平板式热压机上下压板温度为200℃～220℃，压力为0.2MPa～0.3MPa，加热过程监测木材表芯层温度，待表层温度达到180℃后持续1～2h后停止加热，加热过程中须确保芯层温度不超过140℃。有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术所采用的方法对木材表面进行了热改性，使其具有较好的稳定性与耐久性，形成保护性外壳，而芯层未发生显著化学变化，强度保持不变，成为支撑性骨架，克服了现有热处理材强度显著下降的缺点。(2)传统热处理需要专门配备热处理窑并制备传热介质，投资与运行成本都较为可观，而本方法在普通热压机上即可完成，处理设备简单，无需专门的处理装置和对流加热介质，降低了额外投资。(3)本专利技术制备方法开放式的处理环境起到了冷却的作用，提高了处理的安全性，使木材在加热时芯层热量能够向环境持续释放，进一步降低其升温速率。本专利技术方法原理简单，便于推广使用。附图说明图1为本专利技术木质结构材的结构示意图；图2为本专利技术制备方法的步骤图；图3为使用本专利技术原料制备方法对规格为40cm×10cm×10cm(长×宽×高)的花旗松试材进行平板加热处理时表层和芯层温度变化图；图4为未经本专利技术原料制备方法对规格为100cm×10cm×10cm(长×宽×高)的花旗松试材进行平板加热处理时表层和芯层温度变化图。图中标号说明：1-表层保护性外壳；2-芯层支撑性骨架。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图对本专利技术方法作详细描述。步骤1，对木材进行锯解和刨光。在木材树种与规格方面，使用厚度大于5cm的针叶树刨光板材。厚度大于5cm是考虑木材作承重用途，对断面尺寸有一定要求。此外，在技术上较高的厚度规格也易在木材表芯层形成足够温度差。刨光的表面有利于木材和加热板的紧密结合，提高传热效果。步骤2，木材预处理，对木材进行干燥，将其含水率平均值控制在15％～17％范围，通过加大干燥窑内气流循环速度以适度增加木材表层水分蒸发速度，在木材表层与芯层之间形成含水度梯度，表层含水率低于芯层4％～6％。而传统热处理工艺中，木材初始含水率一般在3％左右，且木材芯部与表层含水率应力求一致，以使水分在木材中分布均匀，防止木材由于含水率分布不均而产生内部应力。本方法反其道而行之，有意提高木材的初始含水率，并在表芯层形成一定含水率梯度。含水率越高木材的比热就越大，单位升温所消耗的热量越多，木材表层含水率低，升温速度就相对较快，芯层含水率高，升温速度相对较慢，两者的差异有助于在处理过程中拉开表芯层的温度。更重要的是，在总含水率水平较高的情况下，木材内部有足够的水分在加热过程中蒸发，在达到100℃时发生沸腾，在此过程中大量吸热，使芯部温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材，其特征在于：包括表层热改性形成的保护性外壳和芯层，所述的芯层为在制备过程中通过工艺控制形成温度停滞区所制得的支撑性骨架。

【技术特征摘要】
1.一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材，其特征在于：包括表层热改性形成的保护性外壳和芯层，所述的芯层为在制备过程中通过工艺控制形成温度停滞区所制得的支撑性骨架。2.如权利要求1所述的新型的具有稳定耐久性的木质结构材，其特征在于，所述保护性外壳包括木质结构材上下表面的表层部分。3.如权利要求2所述的新型的具有稳定耐久性的木质结构材，其特征在于，所述保护性外壳包括木质结构材左右侧边的表层部分。4.一种新型的具有稳定耐久性的木质结构材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将木材锯解为厚度大于5cm的板材，并进行表面刨光；步骤2，对木材进行干燥，将其含水率平均值控制在15％～17％范围，通过加大干燥窑内气流循环速度以适度增加木材表层水分蒸发速度，在木材表层与芯层之间造成含水率梯度，表层含水率低于芯层4％～6％；步骤3，采用平板式热压机对木材上下表面进行加热处理，所述平板式热压机上下压板温度为200℃～220℃，压力为0.2MPa～0.3MPa，加热过程监测木材表芯层...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，万露寒，江宁，陈恒，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32