木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法

摘要

本发明公开了一种木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法，该方法包括如下具体工序：a、调整木材含水率；b、将木材置于压机上，对木材进行压缩，压机的压力为2‑10MPa，压机的压缩速度为0.1‑2mm/s；c、保持30分钟以上，打开压机，得到层状压缩木材。本发明可以对木材进行精准压缩，减少因压缩带来的木材损失，大大地提高了木材的使用性能和使用价值，具有较高的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法，涉及木地板和家具领域。

背景技术

木材横纹热压技术就是利用了木材的弹塑性性质，通过软化和压缩，在不破坏木材细胞壁的情况下提高木材的密度，改善木材的物理力学性能的一项实用技术。目前以水作为软化剂的横纹压缩技术采用的软化方法主要由蒸煮软化和电磁波(包括高频和微波软化)加热软化两大类，压缩可以采用热压或者冷压，为了避免压缩回弹，主要采用高温高压进行压缩变形固定处理。但到目前为止的横纹压缩研究以及应用技术并没有涉及压缩过程中密度梯度如何控制的问题。

木材是一种多孔性的天然弹塑性高分子材料，具有各向异性的特性。木材与人工合成的有机高分子聚合物材料最显著的差别是组成木材细胞壁的三大组分纤维素、半纤维素和木质素中存在游离羟基，使木材具有吸湿和解吸的特性，这一特性是决定木材表现出弹性或者塑性性质重要因素。温度对分子运动速度的影响是影响木材弹塑性的另一个重要因素。这种特性的存在，使木材在不同的温度和湿度条件下表现出伸缩的特性，降低了木材的尺寸稳定性。但这种作为材料利用的缺点又给新材料的开发提供了可能。如果利用木材具有弹塑性的天然特性，通过湿热条件以及外力的调控，可以改变材料的密度分布，形成成分相同，结构不同新材料。

湿热条件是影响木材弹塑性的重要因素，因此，利用木材所具有的多孔性和各向异性的特点，以及由此而形成的水分通过横向的渗透速度与径向或弦向的差异可达到5000倍以上的特性，通过工艺调整控制木材内部的湿热分布，再辅以压缩载荷量及加载速度的调整，控制横压缩木材的密度梯度，能够实现横纹压缩下木材密度梯度和结构的精准控制，为横纹压缩木材的加工生产提供一种新的方式。这项技术对于人工林速生材的高品质利用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法。本发明可以对木材进行精准压缩，减少因压缩带来的木材损失，大大地提高了木材的使用性能和使用价值，具有较高的经济效益和社会效益。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法，该方法包括如下具体工序：

a、调整木材含水率；

b、将木材置于压机上，对木材进行压缩，压机的压力为2-10MPa，压机的压缩速度为0.1-2mm/s；

c、保持30分钟以上，打开压机，得到层状压缩木材。

上述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，步骤b中，对木材进行压缩具体是，将木材置于压机上，压机的热压板迅速闭合，使木材与压机热压板紧密结合；根据密度均匀、密度急变、密度渐变三种压缩结果选择以下三种压缩方式：

a、密度均匀压缩：将木材在压机上以110-120℃的预热温度预热10分钟以上，以压力3-5MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成整体均匀压缩木材；

b、密度急变压缩：将木材置于压机上后，以压力5-10MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成密度急变型压缩木材；

c、密度渐变压缩：将木材置于压机上，先以0.5-1MPa的压力、110-120℃的预热温度预热处理30秒-2分钟；再以压力3-5MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成密度渐变型压缩木材。

上述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，在木材置于压机前，先调整木材的含水率，具体是：

(1)将含水率低于9％的木材，横截面用疏水性材料进行封端处理，再用100℃以下的水浸泡，浸泡时间1～3小时，优选1小时～2小时；

(2)将含水率大于等于9％的木材，进行沾水或喷淋处理，木材横截面不做封端处理。

前述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，对木材进行压缩时，当压机达到设定的压力而木材没有压缩到设定的压缩位置时，压机在设定压力的状态下无法将木材压缩而位移处于静止状态，此时木材在压机的夹持下会继续加热，持续一定的时间后木材由于湿热软化作用，使应力降低，压机自行进行补压，直至压缩到设定的厚度。

前述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，压缩到目标厚度后，保持30分钟以上，打开压机，得到层状压缩木材。

前述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，保持50-60分钟。

前述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，打开压机后，将木材进行码垛，再降至室温，码垛时每放一层木材再放一层金属板，在码垛架的上方放置重物，防止木材在降温时变形。

前述的木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法中，将降至室温后的木材放入高温热处理罐中进行过热蒸汽高温热处理或者过热蒸汽高温高压热处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

a、木材横纹压缩下的密度梯度的控制技术可以对木材进行精准压缩，减少因压缩带来的木材损失；

b、压缩木材的力学性能达到了相应密度木材的性能，尺寸稳定性高于一般木材；

c、生产方法安全、简便，设备成本和制造成本低，易于推广；

d、应用范围广泛，该项技术适用于几乎所有的速生林木材和一些密度较低的天然林木材，能够缓解我国家具木制品用木材资源的短缺现状，提高速生材的附加值，促进林业产业的发展；

f、材料的生产过程中不添加任何化学药剂，材料的生产过程环保，生产的材料环保。

本发明的性能指标如下：

1、压缩后的木材的密度梯度可以形成三种形式，一是压缩后密度分布均匀型(也即密度均匀)，二是密度梯度渐变型(也即密度渐变)，三是密度梯度急变型(也即密度急变)。根据密度均匀、密度急变、密度渐变三种压缩结果，选择三种压缩方式获得不同形式的密度梯度的压缩木材。

2、压缩部位的最大密度达到1.0g/cm³以上，中间还可以保持不压缩状态，有效地节约木材；

3、密度梯度急变型和渐变型的压缩木材的表面硬度提高100％-200％之间；

4、密度梯度急变型和渐变型的压缩木材的抗弯强度提高30％-100％，弹性模量提高40％-100％；

5、压缩木材的压缩变形吸湿回弹率小于3％。

附图说明

图1是压缩量为2mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向(从上表面到下表面)的密度分布图；

图2是压缩量为5mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向(从上表面到下表面)的密度分布图；

图3是压缩量为10mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向(从上表面到下表面)的密度分布图；

图4是压缩后形成的三种密度分布模式图；

图5是码垛结构图。

具体实施方式

实施例：木材横纹压缩下的密度梯度的控制方法，如附图1所示，该方法具体包括以下工序：

1)根据木材原始含水率调整木材含水率：

将含水率低于气干状态的木材(即含水率低于9％以下的木材)，木材横截面用疏水性材料进行封端处理后用常温水或者加热水至100℃以下的水浸泡；

将含水率在气干状态的木材(即木材含水率在9％-15％的木材)，进行沾水或喷淋处理，木材横截面不做封端处理；

将含水率大于气干状态的木材(即木材含水率大于15％的木材)，进行沾水或喷淋处理，木材横截面不做封端处理。

2)将木材置于压机上，压机的热压板迅速闭合，使木材与压机热压板紧密结合，此时压力小于0.5Mpa，根据密度均匀、密度急变、密度渐变三种压缩结果分为以下三种压缩方式：

1、密度均匀压缩：将木材在压机上以110-120℃的预热温度预热10分钟以上，以压力3-5MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成整体均匀压缩木材；

2、密度急变压缩：将木材置于压机上后，以压力5-10MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成密度急变型压缩木材；

3、密度渐变压缩：将木材置于压机上，先以0.5-1MPa的压力、110-120℃的预热温度预热处理30秒-2分钟；再以压力3-5MPa、热压板温度为110-120℃、且压缩速度0.3-0.5mm/s进行连续压缩，直至压缩到目标厚度，形成密度渐变型压缩木材。

图1是压缩量为2mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向的上表面到下表面的距离密度分布图；

图2是压缩量为5mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向的上表面到下表面的距离密度分布图；

图3是压缩量为10mm时速生材采用整体压缩、渐变式压缩和急变式压缩后形成的厚度方向的上表面到下表面的距离密度分布图；

图4是压缩后形成的三种密度分布模式图。

作为进一步的优选，采用3-5MPa的压力对木材进行压缩，当压机达到设定的压力而木材没有压缩到设定的压缩位置时，压机在设定压力的状态下无法将木材压缩而位移处于静止状态，此时木材在压机的夹持下会继续加热，持续一定的时间后木材由于湿热软化作用，使应力降低，压机自行进行补压，直至压缩到设定的厚度(位置)。

3)压缩完成后保持30分钟以上，优选50-60分钟，保温时可以不对压机继续加热；

4)打开压机，从压板上取出木材，码垛后降温。如附图5所示，码垛时每放一层木材后放一层金属板，码垛完成后对码垛的木材压重物，防止木材在降温时变形。

5)将降至常温后的木材放入高温热处理罐中进行过热蒸汽高温热处理或者过热蒸汽高温高压热处理，处理是的码垛方式与降温时的码垛方式相同，但每5-6层木材(含金属隔板)间用隔条隔开，理温度180℃-200℃，处理时间1-3小时，处理压力0-0.5MPa。

本发明采用的材料或仪器设备如下：

材料：

a、密度在1.0g/cm³的木材以下的木材，包括人工林速生材和天然林木材，优选密度在0.20-0.70g/cm³的木材，如杨柳科的树种、杉木、泡桐、柳杉等国产速生材，也包括所有的进口速生材；

b、将木材加工厂板材，可以是弦向板、弦径向板、径向板，优选弦向板；

c、厚度为0.5-500mm，也可以是任意可加工的厚度，优选1-150mm；

d、对锯解后的木材板面进行刨光、砂光处理，使表面平整，或者锯解后的板材不进行表面平整处理；

e、封端剂：石蜡等疏水性材料。

仪器设备：

a、木材加湿设备，可以采用喷淋、浸泡和加压浸注方式，以能够将木材表面下一定深度范围内浸入水分为准。水温0℃-100℃，优选常温。

b、热压机，带有降温功能或者不带降温功能，优选带有降温功能；

压力不小于10MPa，优选3-5MPa；

最大闭合速度大小于1mm/s，优选3-5mm/s以上；

开档高度3-20cm，优选5-8cm；

单层或者多层；

温度达到160℃。