专利名称：人工林软质木材表面压密方法及其产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种木材压密的处理方法及其产品，尤其是以一种水溶性低分子量酚醛树脂为主剂，以阻燃等其它物质为助剂进行浸渍处理人工林软质木材表面压密化的方法及其产品。
木材是人类应用最多、最基本的原材料。随着森林资源的锐减和环境保护愈来愈被重视以及天然林保护工程的实施，我国目前以至今后木材的采伐量将会越来越少，取而代之的是速生丰产人工林。这些木材存在着一个共同的特点就是材质软、密度低、加工工艺性差。用这些木材作家具、装饰材料、建筑材料，必须改变它们的表面性能，通过在一定条件下可以不破坏其结构而将其塑化压密以增加其密度，从而提高处理材的力学强度。
通常采用的方法是(一)通过垂直于纹理方向压缩使软质木材密度明显提高。如炉中加热压缩法和蒸煮压缩法工艺，煤矿用的压缩木锚杆和纺织用的压缩木木梭。但是众所周知，木材是弹性一塑性材料，压缩变形，外力撤除后，极易弹性恢复。
(二)采用横纹方向压缩大变形及其定型处理。如将干燥的针叶树锯材的表层部分浸泡在水中预定的深度，当渗入一定量的水以后，用微波辐射加热，由于木材的表层部分含有水分，从而得到软化。然后将其直接放置在热压装置上压缩、压密，再经干燥使压缩部分固定，得到表面压密的木材。上述方法制得的表面压密材，表面硬度和耐磨耗度明显得到改善，但是，尺寸不稳定，经过湿—热煮沸试验后，压缩变形几乎100％恢复。
(三)为了提高表面压密材的尺寸稳定性，采用以下浸渍处理方法(1)利用水溶性的酚醛树脂代替浸入木材中的水，经过压密以后，由于树脂的固化作用，使压缩变形得以固定。实验表明当树脂浓度为15％-20％时，表面压密材在沸水中煮2小时，厚度尺寸无改变，压缩变形完全被固定，但是，该种方法处理大试件效果不好。
(2)利用低分子量树脂浸渍处埋对木材进行功能性改良和固定木材压缩变形。如用酚醛树脂改性马尾松，这种改性材具有优良的抗腐性能；改性材的湿胀率和干缩率随着增重率(WPG)的提高而减小；改性材的顺纹抗压强度、抗弯强度和硬度均比素材高。
(3)采用低分子量三聚氰胺一甲醛树脂(MF)固定杨木压缩木加工的方法。
(4)采用水溶性低分子量酚醛树脂对杨木、柳杉进行浸渍处理，制得表面压密材。结果表明随着树脂浓度的增加，木材的增重率明显增加，当树脂浓度超过10％时，压缩变形几乎完全被固定，当树脂浓度为20％时，增重率为52％。当树脂浓度一定时，表面压密材的力学强度值随着压缩率的增加而增大。
然而，上述各种方法存在以下问题一.浸渍处理使用的合成树脂分子量不均匀，浸渍效果差。
二.浸渍处理后的木材颜色深，大试件尺寸稳定性不好。
三.低分子量酚醛树脂合成工艺、浸渍工艺、热压工艺不明确，缺乏可操作性的工艺参数。
四.以往的压缩木压缩率大，常用于特殊制品如纺织木梭、轴承等，工艺复杂，产品单一，没有形成规范化、系列化生产，目前市场很少见到。
本发明的目的是提供一种软质木材表面压密方法，它可以解决软质木材表面压密化中存在的问题，浸渍效果好，可高效合理地永久固定木材压缩变形。
本发明的次要目的是提供一种新型实木板材，它密度高，不变形、不开裂、表面性能好。
本发明的目的是这样实现的一种人工林软质木材表面压密方法，依次包括以下步骤1)取试样放入密闭容器中；2)抽真空，0.8-1.0大气压；3)水溶性低分子量酚醛树脂药液浸注；
4)加压处理，4-8大气压；5)对试材二次真空处理，0.8-1.0大气压；6)充分气干，同时回收药液；7)热压定型，温度140℃-180℃，压力16.0-30.0Mpa。所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液，采用苯酚、甲醛和氢氧化钠比例进行合成，苯酚、甲醛和氢氧化钠的摩尔比为1∶1.5-2.3∶0.05-0.25。
所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液，是采用苯酚和36.8％的甲醛，在氢氧化钠作用下以摩尔比1∶2.1∶0.1的比例进行合成。
所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液的合成工艺是1)溶化苯酚，温度是45℃-60℃，加入氢氧化钠，反应10分钟；2)加入甲醛，第一次加入总投料量的60-85％，温度升到65℃-80℃，反应0.5-1.2小时，然后加入余下的甲醛量，温度控制在70℃-90℃，反应2-4个小时，然后冷却出料；加入甲醛，第一次加入总投料量的80％，温度升到70℃-75℃，反应一小时，然后加入余下的甲醛量，温度控制在75℃-80℃，反应三个小时，然后冷却出料；所述的水溶性低分子量酚醛树脂固化物含量为45％-50％，PH值为9-10，最好为9.2，粘度为13-18秒，涂-4杯；所述的水溶性低分子量酚醛树脂的分子量90-98％以上都在200-400之间。
把水溶性低分子量酚醛树脂配制成10％-15％浓度的树脂液，用磷酸调PH值为7左右。配制时加入乙醇和3％-5％阻燃剂，其次将加工好的试件抽真空760mmHg、30min；注入药液，浸泡10min，再加压0.8Mpa、2小时；将浸渍后的试材进行二次真空，然后气干至含水率为15％～25％，热压定型，热压温度160℃-180℃，时间30-40min，压力30Mpa。
一种用权利要求1所述的方法制成的新型实木板材，包括中层、高密度层和树脂层。
高密度层的厚度为3-5毫米。
所述的树脂层为防腐阻燃树脂层。
本发明具有的特点如下一.浸渍处理使用的合成树脂采用新的配方与合成工艺，树脂分子量分布均匀，浸渍效果好，渗透均匀。
二.采用新方法进行药液调制和浸渍处理，可克服木材颜色深，药液处理不均匀的弱点，同时采用高温，大压强热压工艺，克服表面不平整的缺点。
三.在药液配方中加入阻燃剂、防腐剂，使得处理后的木材具有防火、防腐、防水、不开裂、不变形、尺寸稳定等特点。
四.由于木材浸渍酚醛树脂，所以热压前可以在木材表面直接贴上三聚氰胺浸渍纸贴面材料、薄木等装饰材料，然后通过热压工艺进行热压，即达到了表面压缩目的又起到了装饰作用，使普通木材变成优质木材。这一处理方法，不但节约了珍贵优质木材资源，而且还创造了更大的经济效益和社会效益。
五.表面压密材的物理力学性能指标可以人为控制，如当树脂浓度为10％，压缩率为15％-20％时，抗弯强度增加33.5％，抗弯弹性模量增加9.2％，表面硬度增加1.5倍。
下面结合附图详细说明依据本发明提出的一种软质木材表面压密方法的具体步骤。
图1为本发明的软质木材表面压密方法工艺流程图。
图2为本发明的新型实木板材的剖视图。
图3为本发明的新型实木板材的另一实施例的剖视图。
如图1所示，本发明具体实施例如下一.树种本研究方法适用于人工林软质木材，如速生树种杨木(Popolus)和杉木(Cunninghamia lanceolata)等。根据需要把木材加工成一定的形状(木板、木条等)，木材含水率为气干。
二.树脂合成本发明所用的水溶性低分子量酚醛树脂，是采用工业苯酚和工业甲醛(36.8％)，在氢氧化钠(工业)作用下以摩尔比1∶2.1∶0.1的比例进行合成。合成工艺是1)溶化苯酚，温度是45℃-60℃，加入氢氧化钠，反应10分钟。2)加入甲醛，第一次加入总投料量的80％，温度升到70℃-75℃，反应一小时，然后加入余下的甲醛量，温度控制在75℃-80℃，反应三个小时，然后冷却出料。树脂固化物含量为45％-50％，PH值为9.2，粘度为13-15秒(涂-4杯)，游离酚和游离醛含量符合国家标准。水溶性浸渍用酚醛树脂的分子量98％以上都在200-400之间，几乎没有高分子成分，因此浸渍效果好，分布均匀。
三.浸渍处理，加热处理和产品加工首先把水溶性低分子量酚醛树脂配制成10％-15％浓度的树脂液，用磷酸调PH值为7左右。配制时加入适量的乙醇和阻燃剂，以增加树脂溶解性和阻燃性，如树脂浓度调解时加入3％-5％的阻燃剂，使得处理后的木材具有尺寸稳定、防腐、阻燃效果，所使用的防腐剂和阻燃剂为现有技术，在此不多述。其次将加工好的试件抽真空(760mmHg)30min。注入药液，浸泡10min，再加压(0.8MPa)2小时。将浸渍后的试材进行二次抽真空，然后气干至含水率为15％～25％，热压定型，热压温度160℃-180℃，时间30-40min，压力30Mpa，最后是产品加工，如地板、家具、楼梯扶手等。产品加工部分按照木材加工工艺过程，进行各个工序加工。由于木材表面浸有树脂，因此贴面加工和热压工艺可以同时完成，不需要特殊处理和单独设备，简化生产工艺，降低生产成本，产品表面装饰效果好。
另外，在热压时，可以使用不锈钢抛光垫板代替普通垫板，得到的制品表面光洁、明亮，可以不用油漆直接使用。产品多样化，应用范围广。
经过处理后的表面压密材颜色变化小。如杨木从黄白色变成桔黄色。
通过上述方法制成的新型实木板材，如图2所示，主要包括中层1、高密度层2和树脂层3。
另外，如图3所示，还可在树脂中加入防腐、阻燃的药液，树脂层为防腐阻燃树脂层3，，即包括中层1’、高密度层2’和防腐阻燃树脂层3’。
权利要求
1.一种人工林软质木材表面压密方法，其特征在于依次包括以下步骤1)取试样放入密闭容器中；2)抽真空，0.8-1.0大气压；3)水溶性低分子量酚醛树脂药液浸注；4)加压处理，4-8大气压；5)对试材二次真空处理，0.8-1.0大气压；6)充分气干，同时回收药液；7)热压定型，温度140℃-180℃，压力16.0-30.0Mpa。
2.如权利要求1所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液，采用苯酚、甲醛和氢氧化钠比例进行合成，苯酚、甲醛和氢氧化钠的摩尔比为1∶1.5-2.3∶0.05-0.25。
3.如权利要求2所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液，是采用苯酚和36.8％的甲醛，在氢氧化钠作用下以摩尔比1∶2.1∶0.1的比例进行合成。
4.如权利要求2所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于所述的水溶性低分子量酚醛树脂药液的合成工艺是1)溶化苯酚，温度是45℃-60℃，加入氢氧化钠，反应10分钟；2)加入甲醛，第一次加入总投料量的60-85％，温度升到65℃-80℃，反应0.5-1.2小时，然后加入余下的甲醛量，温度控制在70℃-90℃，反应2-4个小时，然后冷却出料；
5.如权利要求4所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于(2)加入甲醛，第一次加入总投料量的80％，温度升到70℃-75℃，反应一小时，然后加入余下的甲醛量，温度控制在75℃-80℃，反应三个小时，然后冷却出料；
6.如权利要求4、5所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于所述的水溶性低分子量酚醛树脂固化物含量为45％-50％，PH值为9-10，最好为9.2，粘度为13-18秒，涂-4杯；所述的水溶性低分子量酚醛树脂的分子量90-98％以上都在200-400之间。
7.如权利要求1所述的人工林软质木材表面压密方法，其特征在于把水溶性低分子量酚醛树脂配制成10％-15％浓度的树脂液，用磷酸调PH值为7左右。配制时加入乙醇和3％-5％阻燃剂，其次将加工好的试件抽真空760mmHg、30min；注入药液，浸泡10min，再加压0.8Mpa、2小时；将浸渍后的试材进行二次真空，然后气干至含水率为15％～25％，热压定型，热压温度160℃-180℃，时间30-40min，压力30Mpa。
8.一种用权利要求1所述的方法制成的新型实木板材，其特征在于包括中层、高密度层和树脂层。
9.如权利要求8所述的新型实木板材，其特征在于高密度层的厚度为3-5毫米。
10.如权利要求8所述的新型实木板材，其特征在于所述的树脂层为防腐阻燃树脂层。
全文摘要
本发明公开了一种人工林软质木材表面压密方法及其制品,依次包括以下步骤:1)取试样放入密闭容器中;2)抽真空,0.8－1.0大气压;3)水溶性低分子量酚醛树脂药液浸注;4)加压处理,4－8大气压;5)对试材二次真空处理,0.8－1.0大气压;6)充分气干,同时回收药液;7)热压定型,温度:140℃－180℃,压力:16.0－30.0Mpa。它使实木板材密度高,不变形、不开裂、表面性能好。
文档编号B27K3/08GK1333113SQ00120758
公开日2002年1月30日 申请日期2000年7月11日 优先权日2000年7月11日
发明者江泽慧, 彭镇华, 刘君良, 费本华, 李坚, 刘一星 申请人:江泽慧, 彭镇华, 刘君良