CN107414981A - 层状压缩木材的连续性生产方法 - Google Patents

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张耀明
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Abstract

本发明公开了一种层状压缩木材的连续性生产方法，该方法包括如下具体步骤：a、将原木锯解成木材，再将木材进行干燥，干燥后含水率低于20％；b、将木材浸入水中进行浸泡，浸泡后取出木材进行放置；c、将木材摆放至热压机的热压板上，热压机快速闭合，对木材进行预热处理；d、预热处理后，热压机启动压缩处理，压缩速度为0.05‑5mm/s；e、进行保压处理，保压时间大于1分钟，保压后降温处理，得到层状压缩木材。本发明大大地提高了层状压缩木材的产品性能，实现了层状压缩技术的产业化生产，显著地提高了压缩木材的生产效率和经济效益。

Description

层状压缩木材的连续性生产方法
技术领域
本发明涉及一种层状压缩木材的连续性生产方法，涉及木地板和家具领域。
背景技术
木材横纹热压处理可以有效提高其密度，改善物理力学性能而满足人们实际生产生活需要。木材压缩专利始于20世纪初德国和美国，到20世纪中叶俄罗斯和中国也相继制定出生产压缩木的干法和湿法工艺以及研制出了纺织用压缩木木梭等产品。但是，由于生产效率较低、压缩回弹问题和木材资源较丰富，长期以来压缩木并没有进入人们的日常生产、生活中。直到20世纪90年代初日本为解决人工林木材品质差的问题，开展了柳杉等速生材的横向整体压缩、整形压缩的研究。同时，各国研究学者利用树脂浸渍或高温热处理的方法，对压缩变形进行固定处理，取得了较有成效的成果。
目前，木材主要压缩方式有整体压缩、表层压缩以及树脂浸渍压缩3种：整体压缩虽然可以改善软质木材的物理、力学性能，但是木材材积损失大，增加了压缩木的制造成本。表层压缩可以有效减少木材压缩时的体积损失，但形成的压缩层厚度有限，刨光或砂光加工后压缩层有可能消失。树脂浸渍压缩可以有效解决材积损失大和变形固定的问题，但是化学聚合物浸渍处理的压缩木材存在对身体健康有害物质的释放问题。
层状压缩是将木材的表层或者中间层进行压缩密实，形成压缩层和未压缩层同时存在的压缩木(Huang et al.,2012)。层状压缩克服了单纯高温热软化表层压缩存在的压缩层厚度小，梯度大的缺点，而且处理过程中不使用任何化学药剂，在一定程度上可以解决整体压缩木材损失大的问题。但这些研究仅报道了木材层状压缩可以实现，但未具体公开层状压缩木材的连接性生产方法，因为木材的生产方法直接影响产品的性能、技术转化的可行性、生产的效率和经济效益，因此对层状压缩木材的连接性生产方法进行研究和开发，成为了业界亟待解决的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种层状压缩木材的连续性生产方法。本发明大大地提高了层状压缩木材的产品性能，实现了层状压缩技术的产业化生产，显著地提高了压缩木材的生产效率和经济效益。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种层状压缩木材的连续性生产方法，该方法包括如下具体步骤：
a、将原木锯解成板材，再将板材进行干燥，干燥后含水率低于20％；
b、将板材浸入水中进行浸泡，浸泡后取出板材进行放置；
c、将板材摆放至热压机的热压板上，热压机快速闭合，对板材进行预热处理；
d、预热处理后，热压机启动压缩处理，压缩速度为0.05-5mm/s；
e、进行保压处理，保压时间大于1分钟，保压后降温处理，得到层状压缩木材。
上述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤a中，干燥后板材含水率低于16％。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤b中，含水率低于16％的木材，采用疏水性材料进行封端处理。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤b中，将板材码垛后浸入10-40℃的水中浸泡。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤c中，热压机以大于0.5mm/s的速度迅速闭合。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤d中，压缩速度为0.5-3mm/s。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤d中，所述的压缩处理为间歇性加压渐进增厚处理，即每次压缩间隔5-20s，直至板材达到指定压缩厚度。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，步骤e中，保压时间保持在20-30分钟，保压后降温至70℃以下。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，该方法采用一台热压机循环生产，循环过程持续1-4h。
前述的层状压缩木材的连续性生产方法中，设置两台热压机轮流作业，首先，在第一台热压机准备的板材完成浸水后，第一台热压机升温，或者提前升温待用；当第一台热压机升温的时候，第二台热压机准备的板材进行浸水处理，待第一台热压机完成热压、保压后，并开始进行降温处理时，将第一台内部的高温蒸汽或者高温导热油采用压力泵辅助装置导入第二台热压机，对第二台热压机进行预加热，以节省能源，当第二台热压机完成热压、保压处理后，将第二台热压机的高温蒸汽或者高温导热油导入第一台压机，以此方式循环压缩处理。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明对现有的木材层状压缩方法进行了改进，可以有效地实现木材层状压缩的压缩层位置控制，实现了木材的选择性定向密实化，大大地提高了木材的使用性能和使用价格，具有较高的经济效益和社会效益。经申请人试验，本发明生产得到的层状压缩木材可以达到以下的性能指标：
a、层状压缩木材的压缩层位置可以控制在表层至厚度方向中心位置的厚度方向上的任何层面上的压缩层厚度0.2～20mm；
b、层状压缩木材压缩层的密度比未压缩层高30％以上，即密度达到0.6g/cm3以上，或者密度差0.15g/cm3以上；
c、表层压缩木材的表面硬度可最高提高500％；
d、表层压缩木材的抗弯强度可最高提高200％，弹性模量可最高提高200％。
(2)本发明将层状压缩木材技术有效的转化为实际企业工厂生产中一种层状压缩木材连续性生产方法，达到了关键技术的生产转化问题。
(3)本发明在层状压缩木材连续性生产方法中针对热压机的升温降温问题，提出了两台热压机轮流顺序作业的生产流程，不但可以有效的解决能源再利用的问题，而且可以改善企业的实际生产效率，提高企业的实际生产效益。
附图说明
图1是本发明的连接性生产工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：层状压缩木材的连续性生产方法，如附图1所示，
该层状压缩木材是由木材在干燥木材、木材封端、浸水处理、预热处理、高温热压(也即压缩处理)后制得，该方法包括下列步骤：
(1)按照实际生产需求，将原木锯解成相应尺寸的木材(或称为板材，下同)，其中原木可以为任意树种，优选低密度的人工林速生木材。然后将木材在大气环境或干燥窑或者干燥箱内进行干燥，干燥后含水率低于20％，优选含水率低于16％。
(2)将含水率16％以下的木材，石蜡等疏水性材料进行封端处理后或者直接浸泡于水中，水温0～100℃，优选20～30℃，浸水处理过程中根据生产需求采用一定容积的水槽，将木材放入水中固定确保其完全浸入水中。其中，优选带有固定隔条的金属架，将木材按照层次摆放至金属架内，然后将金属架连带木材整体放置水槽中，配重，放置木材漂浮，局部未与水接触，浸泡一定时间。
(3)对浸水处理的木材取出后进行放置，放置时最好保证每块木材间不重叠，可以直接将水中摆放木材的架子与木材一起取出，直接放置，也可以取出后码垛放置，具体放置时间根据层状压缩木材压缩层位置和压缩层厚度决定。
(4)将预处理好的木材摆放在压机各层相对应的前置板上，可以人工摆放，也可以用自动摆放机械完成摆放。摆放方式：可以将预浸泡处理、放置后的木材无间隙并列摆放，也可以有间隙摆放，间隙大小不限，以不损坏压机为准。
(5)热压机升高至所需温度后，打开压机至压机最大开档，将预先摆放在前置板上的木材同时输送至热压机的热压板上，之后快速闭合，闭合速度大于0.5mm/s，优选5mm/s以上。闭合后对木材进行预热处理，预热时确保上下热压板与木材贴合。预热是可以带有压力，也可以不带压力。
(5)预热完成后，对已经进行预热处理的木材进行横纹压缩处理，热压机的压缩速度0.05～5mm/s，优选0.5～3mm/s。压缩的目标厚度用金属或者非金属制作的厚度规进行控制，用做厚度规的材料的承压能力(压缩后不变形)大于3MPa，优选大于5MPa。压缩方式可以选择直接压缩方式，将预处理后的木材压缩至目标厚度，压缩时的单位面积压力为2～10MPa，优选3～5MPa；也可以选择间歇式压缩方式，方法为：压机闭合预热完成，开始进行间歇性增厚压缩处理。每次压缩间隔5～20s，直至木材达到预定压缩厚度。
(6)压缩完成后在压缩时的温度下，或者高于压缩时温度或者低于压缩时温度下进行保压处理，保压时间大于1分钟，优选20～30分钟，然后对压板和压缩状态下的木材进行降温处理，降至70℃以下，优选60℃以下～室温。
(7)打开压机，即获得层状压缩木材。
上述过程为单独一台热压机连续性生产的一个循环过程，每个循环过程持续1-4h。
为了节能减排和提高生产效率，可以两台热压机依次轮流作业。首先，在为第一台热压机准备的木材完成浸水后，为第一台压机升温，或者提前升温待用，再为第二台热压机准备的木材进行浸水处理，待第一台热压机完成热压、保压后，开始进行降温处理时，可以将其内部的高温蒸汽或者高温导热油采用压力泵等辅助装置导入第二台热压机，对其进行预加热，以节省能源，达不到目标温度是可采用原有的加热方式补充加热至预定温度，之后进行预热、热压处理。当第二台热压机按照步骤完成压缩后的保压处理后，可以将热能(导热油或者热蒸汽)导入第一台压机，以此方式循环压缩处理，达到能源利用的最大化。
实施例2：
本发明采用的材料或仪器设备如下：
材料：
a、密度在0.20-0.70g/cm3的木材，或者密度0.70g/cm以下的木材，包括人工林速生材和天然林木材，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；
f、软化剂：水、氨、碱性水溶液和沸点低于200℃的亚胺、酮、醚、醇、腈、酰胺、酯、羧酸中的一种或多种。
仪器设备：
a、木材浸水用容器，如水槽，尺寸应能够将木材整体浸泡为准；
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10kgf/cm2，一般压力不小于50kgf/cm2的压机就行，优选30～50kgf/cm2；
最大闭合速度不小于0.5mm/s(这个要求尽可能快)，优选5mm/s以上；
开档高度2～40cm，优选5～15cm；
单层或者多层；
温度达到250℃；
热压机的类型可以为导热油加热型，或者高温蒸汽加热型，或者电加热型，或者太阳能加热型。

Claims (10)

1.层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：该方法包括如下具体步骤：
a、将原木锯解成板材，再将板材进行干燥，干燥后含水率低于20％；
b、将板材浸入水中进行浸泡，浸泡后取出板材进行放置；
c、将板材摆放至热压机的热压板上，热压机快速闭合，对板材进行预热处理；
d、预热处理后，热压机启动压缩处理，压缩速度为0.05-5mm/s；
e、进行保压处理，保压时间大于1分钟，保压后降温处理，得到层状压缩木材。
2.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤a中，干燥后板材含水率低于16％。
3.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤b中，含水率低于16％的木材，采用疏水性材料进行封端处理。
4.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤b中，将板材码垛后浸入10-40℃的水中浸泡。
5.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤c中，热压机以大于0.5mm/s的速度迅速闭合。
6.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤d中，压缩速度为0.5-3mm/s。
7.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤d中，所述的压缩处理为间歇性加压渐进增厚处理，即每次压缩间隔5-20s，直至板材达到指定压缩厚度。
8.根据权利要求6所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：步骤e中，保压时间保持在20-30分钟，保压后降温至70℃以下。
9.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：该方法采用一台热压机循环生产，循环过程持续1-4h。
10.根据权利要求1所述的层状压缩木材的连续性生产方法，其特征在于：设置两台热压机轮流作业，首先，在第一台热压机准备的板材完成浸水后，第一台热压机升温，或者提前升温待用；当第一台热压机升温的时候，第二台热压机准备的板材进行浸水处理，待第一台热压机完成热压、保压后，并开始进行降温处理时，将第一台内部的高温蒸汽或者高温导热油采用压力泵辅助装置导入第二台热压机，对第二台热压机进行预加热，以节省能源，当第二台热压机完成热压、保压处理后，将第二台热压机的高温蒸汽或者高温导热油导入第一台压机，以此方式循环压缩处理。
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