一种基于弱相增强的分层压缩速生材及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弱相增强的分层压缩速生材，包括位于上表面和下表面的表层以及位于两表层之间的芯层，所述速生材的密度自表层向芯层逐渐降低，所述表层为去除全部或部分木材弱相组织后的速生材层，所述芯层为未去除木材弱相组织的速生材层，所述表层和所述芯层通过木材自身纤维连接。本发明专利技术还公开了一种基于弱相增强的分层压缩速生材的制造方法，包括以下步骤：将速生材依次进行定厚处理、封端处理、碱处理和热压处理，得到基于弱相增强的分层压缩速生材。本发明专利技术具有吸水膨胀率低且力学性能优异的优点。性能优异的优点。性能优异的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弱相增强的分层压缩速生材及其制造方法


[0001]本专利技术涉及压缩速生材领域，尤其涉及一种基于弱相增强的分层压缩速生材及其制造方法。

技术介绍

[0002]我国是人工速生林种植和蓄积第一大国，然而速生材质轻、易脆、强度低等缺点阻碍了其在家居产品、木结构建筑材料中的直接应用。压缩木是将强度较低的速生木材经过固定的温度和压力等机械外力进行密实化处理。经过密实化处理后，具有毛细多孔有限膨胀胶体的木材在内部结构上发生了巨大变化，物理力学性能也随之变化。其中最显著的变化表现在力学强度增强，质地更加均匀，从而有效地改善了木材的品质，提高了木材的利用价值，拓展了木材的应用范围。
[0003]高效制备尺寸稳定性好的压缩木材，降低压缩木吸水回复率成为当前亟待解决的问题之一。解决方法主要是水煮软化和高温处理等方式，采用水热处理法，即利用蒸煮软化法对木材进行软化处理并压缩后，必须对木材进行再干燥处理和变形固定处理，因此会增加处理成本，而且处理工艺复杂。而高温处理是一种良好的压缩木后期定型方法。但相关研究表明，过高的温度(135℃以上)会使木材产生热解反应，其力学性能逐渐下降，限制了压缩木材的适用范围。
[0004]目前在制备压缩木材的工艺中，已有人采用碱处理技术对木材进行预处理，即通过碱性混合溶液蒸煮法热处理木材，对蒸煮后(7h)的木材进行高温压缩(温度为100℃、整体压缩率为80％、保压时间为24h、压力为12MPa)，达到所需的压缩率后停止压缩，得到压缩木材，在该制备方法中，碱性混合溶液对整个木材表层和内层的木质素和半纤维素都进行了全部和部分去除，木材细胞壁从内到外完全坍塌，木材完全致密化。这种制备方法不仅材料损失大、制备时间冗长，材料的吸水回复率也大。其次，相关试验的试件尺寸较小，由于木材的力学性能存在尺寸效应，所以无法满足横向受力居多而发生弱相层破坏的木结构承重构件(梁)材料的制造。因此，开发一种不易发生回弹变形且力学性能优异的压缩木材制备方法仍是一个普遍关注的研究领域之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸水膨胀率低且力学性能优异的基于弱相增强的分层压缩速生材及其制造方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于弱相增强的分层压缩速生材，包括位于上表面和下表面的表层以及位于两表层之间的芯层，所述速生材的密度自表层向芯层逐渐降低，所述表层为去除全部或部分木材弱相组织后的速生材层，所述芯层为未去除木材弱相组织的速生材层，所述表层和所述芯层通过木材自身纤维连接。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进：
[0009]所述表层与芯层厚度比为1：2～1：5。
[0010]所述表层的厚度为5～30mm。
[0011]所述速生材为密度低于600kg/cm3的木材，或杨木、松木和杉木中的一种。
[0012]所述表层采用碱性混合溶液去除全部或部分弱相组织，所述弱相组织为木质素和半纤维素。
[0013]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种基于弱相增强的分层压缩速生材的制造方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将速生材按照预设目标尺寸进行预处理和封端处理，得到封端处理后的速生材；
[0015]S2、将封端处理后的速生材置于在碱性混合溶液中浸渍处理，去除表面全部或部分木材弱相组织，得到表面去除全部或部分弱相的速生材；
[0016]S3、表面去除全部或部分木材弱相的速生材进行热压处理，室温陈放即可得到基于弱相增强的分层压缩速生材；所述热压处理包括以下步骤：设定压缩率为20％～50％，先在20～60s内升温至100～180℃并升压至1～6MPa，保温保压30～60min后，在30～60s降温降压至室温室压。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进：
[0018]所述碱性混合溶液为亚硫酸钠、氢氧化钠、次氯酸钠及双氧水的两种或多种混合溶液。
[0019]优选地，所述碱性混合溶液为亚硫酸钠、氢氧化钠和双氧水的混合溶液，所述双氧水为溶剂，其余组分为溶质，所述亚硫酸钠、氢氧化钠的质量比为0.8～1.5：1～1.4。
[0020]优选地，所述碱性混合溶液为亚硫酸钠、氢氧化钠、次氯酸钠、过氧化氢和双氧水的混合溶液，所述双氧水为溶剂，其余组分为溶质，按质量百分比浓度计，亚硫酸钠为2.52％～5.0％，氢氧化钠为5.0％～8.0％，次氯酸钠为1％～3％，过氧化氢为4.0％～7.0％，双氧水为77％～96.48％。
[0021]优选地，所述碱性混合溶液为亚硫酸钠、氢氧化钠、次氯酸钠和双氧水的混合溶液，所述双氧水为溶剂，其余组分为溶质，所述亚硫酸钠、氢氧化钠和次氯酸钠的质量比为1：1：0.2，按质量百分比浓度计，所述次氯酸钠为1％～3％。
[0022]优选地，所述浸渍处理包括以下步骤：
[0023]将封端处理后的速生材置于碱性混合溶液中浸渍6h～12h后，在80℃～120℃温度下，在常压或0.6MPa～3MPa压力下蒸煮1h～12h进行脱木质素和半纤维素处理，再置于清水中在80℃～120℃温度下蒸煮1h～2h去除残留化学试剂，得到表面去除全部或部分木材弱相组织的速生材。
[0024]优选地，当在常压条件下进行脱木质素和半纤维素处理时，蒸煮时间为6h～12h，当0.6MPa～3MPa压力下进行脱木质素和半纤维素处理时，蒸煮时间为1h～10h。
[0025]优选地的，所述预处理为定厚处理。
[0026]本专利技术的基本原理是：
[0027]本专利技术的一种基于弱相增强的分层压缩速生材及其制造方法，通过去除木材表面层的木材弱相组织(本专利技术中的木材弱相组织指的是半纤维素、木质素)，并结合压缩技术实现表层力学弱相的“夹芯化”增强。当木材作为受力构件时(抗弯)，其主要受力部位为两
个表层，其中一个表层受到拉应力作用，另外一个表层承受压应力作用，表层最容易产生破坏，从宏观层面看是弱相部位。从化学成分的角度考虑，木材主要由纤维素、半纤维素和木质素三大主成分构成，其中纤维素类似“钢筋”，承受各种力学载荷，而木质素和半纤维素在水热的作用下，容易软化和分解，是细胞璧化学组份中的弱相。本专利技术通过物理化学定向脱除的方法，去除木材上、下表层中的弱相组织(即半纤维素和木质素)，而芯层是没有去除弱相组织的素材，再通过热压定型的方法使木材表层中的“钢筋”(纤维素分子链)排布得更加紧密，速生材表层和芯层通过木材自身纤维连接，两层之间不具有明显的分层界面，则能够对木材起到最大的增强效果。碱处理在脱除木材表层中的木质素和半纤维素的同时，也会使木材细胞壁丧失一定的刚度，减小表层被压缩后内部的释放应力。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0029]本专利技术制备的弱相增强分层压缩速生材工艺简单，能耗低，尺寸稳定性高。制备的分层压缩木材具有比天然木材和整体压缩木材更高的力学强重比。
[0030]本专利技术的制备方法，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱相增强的分层压缩速生材，包括位于上表面和下表面的表层(1)以及位于两表层(1)之间的芯层(2)，其特征在于：所述速生材的密度自表层(1)向芯层(2)逐渐降低，所述表层(1)为去除全部或部分木材弱相组织后的速生材层，所述芯层(2)为未去除木材弱相组织的速生材层，所述表层(1)和所述芯层(2)通过木材自身纤维连接。2.根据权利要求1所述的分层压缩速生材，其特征在于：所述表层(1)与芯层(2)厚度比为1:2～1:5。3.根据权利要求2所述的分层压缩速生材，其特征在于：所述表层(1)的厚度为5～30mm。4.根据权利要求3所述的分层压缩速生材，其特征在于：所述速生材为杨木、松木和杉木或其它密度低于600kg/m3的木材。5.根据权利要求3所述的分层压缩速生材，其特征在于：所述表层(1)采用碱性混合溶液去除全部或部分弱相组织，所述弱相组织为木质素和半纤维素。6.一种基于弱相增强的分层压缩速生材的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将速生材按照预设目标尺寸进行预处理和封端处理，得到封端处理后的速生材；S2、将封端处理后的速生材置于在碱性混合溶液中浸渍处理，去除表面全部或部分木材弱相组织，得到表面去除全部或部分弱相的速生材；S3、表面去除全部或部分木材弱相的速生材进行热压处理后，室温陈放得到基于弱相增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝景新，李贤军，杨滨，李霞镇，唐芷薇，郝晓峰，徐康，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：