超高强度木材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及木材改性技术领域，具体涉及一种超高强度木材及其制备方法；该方法包括以下步骤：(1)对软化处理后的木材进行热压处理控制木材的压缩比为10％

【技术实现步骤摘要】
超高强度木材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及木材改性
，具体涉及一种超高强度木材及其制备方法。

技术介绍

[0002]木材是一种可再生的天然材料，被广泛用作建筑材料与家具材料。然而木材在高端建材的应用较少，主要因素就是木材的力学性能与合金钢等金属材料相比还是有较大的差距。
[0003]高力学强度的木质材料的制备已有报道，CN112077954A和CN108772922A公布的通过先对木材进行脱木素处理，后经过浸渍树脂与压缩过程，制备的木质材料抗弯强度可以超过300MPa，高于某些合金材料。然而，对于厚度较大的木材(2cm以上)，实现木素的高效均一处理仍具有较大的难度。此外，脱木素过程会产生木质素废料以及大量的脱木素增强剂废液，从而增加环境污染。
[0004]木材直接进行压缩处理也可以一定程度提高其力学性能，但是压缩木的强度远比不上金属材料。而CN 1333113A和CN 103659972 A所报道的方法，通过先对木材进行树脂浸渍处理后进行压缩处理，由于树脂与压缩处理的共同作用，木质材料的力学性能提升更加显著。但树脂浸入后再进行热压处理会带来两个问题。首先浸入木材的树脂在压缩过程中有一部分会被挤出，由于热的作用，这部分树脂很快会固化与挥发，而无法回收，会造成树脂的浪费加大生成成本。其次由于树脂在热压过程中的固化，木材的刚性会增加，使得木材的塑形难度增大，使得木材只能被整体无差别压缩。
[0005]CN107263657 A和CN109366656 A报道，分层压缩或不对称压缩对于木材特定力学性能提升的效果更好，但由于树脂的提前引入，这些压缩方式均无法实现。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中，制备高强度木质材料还存在的问题，包括需要脱木素处理或部分树脂无法回收造成浪费或木材的塑形难度大等问题，提供一种超高强度木材的制备方法，该方法能够有效增强木材的力学性能，尤其针对特定力学性能实现更加有效地提升，该超高强度木材制备方法绿色环保。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种超高强度木材的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)对软化处理后的木材进行热压处理，控制木材的压缩比为10％
‑
50％，再进行第一干燥；
[0009](2)将步骤(1)所得木材浸渍增强剂后，进行固化，再进行第二干燥得到超高强木材。
[0010]本专利技术第二方面提供一种本专利技术所述的制备方法制备的超高强度木材。
[0011]本专利技术先压缩木材后进行增强剂处理制备高强度木质材料的新方法，该方法在热压处理过程中调整木材的压缩比能够调控木材的孔隙率，再将增强剂浸入压缩木材中，原
位聚合使增强剂形成高分子聚合物，进一步增强木材力学性能并固定木材的形状。该方法制备的超高强木材力学性能显著优于未处理木材与纯压缩木材，同时抗弯强度超过某些合金材料，比强度是钢合金的8倍以上，且通过在压缩木材内形成高分子聚合物，可以有效阻止水分的进入，显著提高了木质材料的尺寸稳定性。
[0012]在本专利技术优选的实施方式中，浸渍时选择细胞腔反应型增强剂(例如环氧类增强剂和/或乙烯类增强剂)，以保证增强剂在压缩木中的顺利渗透以及避免压缩木在浸渍时的回弹。优选地，为了保证增强剂更好的渗透，可以选用低粘度的增强剂浸渍，也可以辅以有机溶剂降低处理体系粘度，为了避免压缩木的回弹，增强剂要避免渗透入木材细胞壁中，且不能以水作为溶剂。
[0013]与现有技术相比，本专利技术所述的制备方法不需要对木材进行组分脱除处理，避免了脱除组分过程中多余废物和化学废液的产生，保留了木材的固碳特性，更加绿色环保，且多余未浸渍入木材的增强剂可以保存用于下一批浸渍，不会出现增强剂浪费的问题。
[0014]本专利技术所述的制备方法，通过对木材进行热压处理，调控木材的压缩比能够控制木材的孔隙大小与密度分布以及木材的形状，调控增强剂浸入量的分布，实现针对特定力学性能更加有效地提升，也可以使木材多种力学性能同步提升。采用本专利技术所述的制备方法，在木材增重率较低的情况下，即可实现木材力学性能的有效提升。
附图说明
[0015]图1(a)是本专利技术实施例2制备的超高强木材的截面图，图1(b)是本专利技术实施例3制备的超高强木材的截面图，图1(c)是本专利技术实施例1制备的超高强木材的截面图。
具体实施方式
[0016]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0017]在本专利技术中，压缩比指的是：(热压前木材的厚度值
‑
热压后木材的厚度值)/热压前木材的厚度值。
[0018]孔隙率是指木材中孔隙占材料总体积的百分率。
[0019]根据本专利技术第一方面，本专利技术提供一种超高强度木材的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0020](1)对软化处理后的木材进行热压处理，控制木材的压缩比为10％
‑
50％，再进行第一干燥；
[0021](2)将步骤(1)所得木材浸渍增强剂后，进行固化，再进行第二干燥得到超高强木材。
[0022]本专利技术所述的制备方法通过热压处理过程中调整木材的压缩比，再将增强剂浸入压缩木材中，原位聚合使增强剂形成高分子聚合物，进一步增强木材力学性能并固定木材的形状。该方法能够有效增强木材的力学性能，能够针对特定力学性能更加有效地提升，该超高强度木材制备方法绿色环保。
[0023]在本专利技术中，通过厚度规的厚度选择控制木材的压缩比，可以通过不同形状的模具控制木材的弯曲度。
[0024]根据本专利技术的一种优选实施方式，热压处理后，木材孔隙率降低30％
‑
5％。
[0025]根据本专利技术的一种优选实施方式，热压处理后，木材包括高密度层和低密度层，优选地，高密度层密度范围为0.7
‑
1.2g/cm3，低密度层密度范围为0.3
‑
0.7g/cm3。有利于充分发挥木材基质对力学载荷的分担作用。
[0026]在本专利技术中，进行表层压缩的木材高密度层分布在表面，进行单表层压缩的木材高压缩层分布在单表面，而中芯层压缩木材的高压缩层分布在中间。在本专利技术中，可以通过控制压机上下压板温度以及预热时间调控木材的孔隙及密度分布，控制高压缩层(密度在0.7
‑
1.2g/cm3)和低压缩层(密度在0.3
‑
0.7g/cm3)的分布，从而能够调控增强剂浸入量的分布，实现针对特定力学性能更加有效地提升。
[0027]在本专利技术中，对所述软化处理的条件没有特别的限定，本领域常规的木材软化方式、软化条件均能够实现本专利技术的目的，优选地，软化处理条件包括：将木材置于水中浸泡2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强度木材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对软化处理后的木材进行热压处理，控制木材的压缩比为10％
‑
50％，再进行第一干燥；(2)将步骤(1)所得木材浸渍增强剂后，进行固化，再进行第二干燥得到超高强木材。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，热压处理后，木材孔隙率降低30％
‑
5％；和/或热压处理后的木材包括高密度层和低密度层，优选地，高密度层密度范围为0.7
‑
1.2g/cm3，低密度层密度范围为0.3
‑
0.7g/cm3。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，软化处理条件包括：将木材置于水中浸泡2
‑
24h；和/或热压处理条件包括：热压温度为120
‑
180℃，热压时间6
‑
24h；和/或第一干燥后的木材含水率在5重量％以下。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的制备方法，其中，增强剂浸渍过程包括：真空浸渍后再进行加压浸渍；优选地，真空浸渍条件包括：压力为
‑
0.05MPa～
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0.1MPa浸渍时间为0.5
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2h；和/或加压浸渍条件包括：压力为0.5
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1.5MPa浸渍时间为4
‑
24h。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的制备方法，其中，固化条件包括：在60
‑
140℃下加热6
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24h；优选在60℃
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80℃下加热6h
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12h，再在120℃
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140℃下加热8
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12h；和/或第二干燥后的木材含水率在12重量％以下；和/或第一干燥、第二干燥条件各自独立地包括：干燥温度为60
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105℃，干燥时间为6
‑
24h。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的制备方法，其中，所述增强剂选自环氧类增强剂和/或乙烯类增强剂；优选地，所述环氧类增强剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李改云，郭登康，傅峰，储富祥，杨昇，耿奥博，
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：