木材层状压缩的压缩层位置控制方法与流程

本发明涉及一种木材层状压缩的压缩层位置控制方法，涉及木地板和家具领域。

背景技术：

木材压缩技术最早出现于20世纪30年代的美国和德国(walshetal.,1923；olesheimer,1929)，最初的压缩木使用在军用飞机上，用来替代金属材料，目的是防止被雷达发现。直到20世纪90年代，以改善软质木材的性能，拓宽人工林木材的应用范围为目标的木材压缩技术研究才受到世界各国学者和产业界的重视。经过20多年的研究，木材压缩技术，特别是湿热软化的木材压缩技术在木材软化、塑性变形、压缩木材的性能变化、压缩变形固定及其机理以及压缩方式和压缩工艺以及等方面逐步得到完善(norimoto,1993；liuetal.,1993；inoueetal.,1993,1998,2000,2008；udakaetal.,1998,2000；2003；matsumotoetal.,2012)，并形成了湿热软化处理后的原木整形压缩、锯材整体压缩、单板压缩、锯材表层压缩，以及高频加热软化和变形固定等压缩木加工技术体系，而且已经在木材工业界推广应用(足立等，2006；李等，2011)。

整体压缩是将木材软化后在一定的压缩率下对木材进行压缩密实，软化过程一般只强调达到软化温度并保持一定的时间，因此，多数研究都是在饱水或饱和水蒸气软化条件下展开的(norimoto,1993；inoueetal.,1993,1998,2000；udakaetal.,1998,2000；李，2014)。

整体压缩能够显著提高软质木材的物理、力学性能，而且压缩处理后的木材密度更均匀，但由于软质木材密度非常低，只有通过提高压缩率才能得到密度高、硬度大的压缩木，这种压缩方式会带来很大的木材材积损失，提高了压缩木的制造成本。为了减少压缩带来的木材体积的损失，很多学者开展了表层压缩研究。有采用200℃以上的高温热板加热软化进行表层压缩的研究报道(涂等，2012)，但这种方式是一种单纯的热软化方式，由于被加热的木材含水率低，形成的压缩层厚度非常有限，而且密度梯度大，刨光加工后压缩层有可能消失。通过表层浸渍酚醛树脂、乙二醛树脂和三聚氰胺树脂等化学聚合物的方式进行木材的表层压缩的研究报道很多(inoueetal.,1990,1991；tokudaetal.,2003；adachietal.,2005；刘等，2002)。表层树脂浸渍虽然能获得表面性能显著改善的表层压缩木材，但采用化学聚合物浸渍处理的压缩木存在害物质释放问题，不容易被使用者接受。

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(huangetal.,2012)。水热控制下的层状压缩方式是一种新型压缩方式。这种压缩方式是利用木材的多孔性和各向异性的特点，通过工艺过程设计实现的。层状压缩木材，压缩层的密度可以达到0.8g/cm³以上，未压缩层保持原有的密度。这种压缩方式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。但是以往的这些研究仅报道了层状压缩可以实现，但未说明如何控制压缩层形成的位置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种木材层状压缩的压缩层位置控制方法。本发明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：一种木材层状压缩的压缩层位置控制方法，该方法包括如下具体工序：

a、预热：将备用木材置于压机上预加热；

b、压缩：用压机对备用木材进行压缩，压缩速度为0.05～3mm/s；

c、保温：压缩完成后保温静置20分钟以上；

d、降温，打开压机，得到层状压缩木材。

上述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预热前，对含水率14％以下的木材，先采用疏水性材料进行封端处理，封端处理后用水浸泡，浸泡时间30分钟～3小时；对含水率14％～30％的木材直接进行预热，或者浸泡30分钟～1小时；对含水率大于30％的木材直接进行预热。

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预热处理时按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a1、a2、b2、c1和c2为系数，y1、y2为压缩层距木材表面的距离，x1、x2为预热温度。前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预热处理时按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热处理的预热时间来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a3、a4、b3、c3和c4为系数，y3、y4为压缩层距木材表面的距离，x3、x4为预热温度。前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预加热的温度优选为80～200℃。

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预热前压机的闭合速度大于0.5mm/s。

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤a中，预热前压机的闭合速度大于5mm/s。

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤b中，压缩速度为0.1～2mm/s。

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤b中，用压机对备用木材进行压缩，每压缩1～5s时间后，停止增压5～30s，循环这个过程，直至木材达到预定压缩程度

前述的木材层状压缩的压缩层位置控制方法中，步骤d中，所述的层状压缩木材的压缩层位置位于表层至厚度方向中间部位，且具有1个以上的压缩层；且压缩量用厚度规控制，压缩量为1～20mm，在木材厚度方向的上下表层分别形成0.5～10mm的压缩层。

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：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。进一步地，申请人发现，在预热工序时，按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度即可精确定量地控制木材的压缩层位置；以及，在预热工序时，按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热处理的预热时间来控制木材的压缩层位置，实现了木材的选择性定向密实化。由于可以精确地定量控制木材的压缩层，且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。经检测，表层压缩木材的表面硬可最高提高400％，表层压缩木材的抗弯强度可最高提高100％，弹性模量可最高提高100％。

附图说明

图1是木材层状压缩的压缩层的形成示意图；

图2是预热温度与压缩层形成位置的关系图；

图3是预热时间与压缩层形成位置的关系；

图4是木材层状压缩压缩层不同位置的实物照片。

具体实施方式

实施例1：木材层状压缩的压缩层位置控制方法，如附图1所示，该方法具体包括以下具体工序：

1)根据含水率不同对木材进行封端或浸泡；

含水率在14％以下的木材，采用石蜡等疏水性材料进行封端处理，后用常温水或者100℃以下的热水进行浸泡，也可以不封端直接浸泡，时间10分钟～6小时，优选30分钟～3小时，浸泡后进行预热处理；含水率在14％～30％的木材可以直接进行后序的预热处理，也可以短时间浸泡，在浸泡30分钟～3小时后进行预热处理；含水率大于30％的木材直接用于后序的预热处理；

2)将木材置于预加热至70～250℃的压机上(即将压机的压块先加热到70～250℃)，压机预加热温度优选80～200℃；

3)压机迅速闭合，闭合速度大于0.5mm/s，优选5mm/s以上；

4)闭合后(即当木材与压块接触后)进行预热处理，如附图1所示，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置：

如附图2所示，预热处理时按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a1、a2、b2、c1和c2为系数，其由木材的树种、含水率、热压温度、热压压力等因素决定，y1、y2为压缩层距木材表面的距离，x1、x2为预热温度。

以及通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置：

如附图3所示，预热处理时按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热处理的预热时间来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；其中a3、a4、b3、c3和c4为系数，y3、y4为压缩层距木材表面的距离，x3、x4为预热时间；

5)预热处理后，增压对木材进行压缩，其中压缩速度0.05～3mm/s，优选0.1～2mm/s；作为优选方案，也可以采用间歇式压缩，方法：用压机对备用木材进行压缩，每压缩1～5s时间后，停止增压5～30s，循环这个过程，直至木材达到预定压缩程度；

6)压缩量用厚度规控制，压缩量不限，或者压缩量为1～20mm，压缩后在木材厚度方向的上下表层分别形成0.5～10mm的压缩层，优选压缩量2～5mm，在木材厚度方向的上下表层分别形成0.5～10mm的压缩层；

7)压缩完成后保持20分钟以上，优选30～50分钟，保温是的温度可以是预加热和压缩时的温度，也可以升高或者降低温度；

8)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；

9)打开压机，即获得压缩层位置位于表层至厚度方向中间部位的，具有1个或者两个以上压缩层的层状压缩木材。如附图4所示，木材层状压缩的压缩层在不同位置形成的实物照片图，图中的数字为压缩层距离表面的距离，由图4可以看出，通过本发明可以精确得控制木材的压缩层位置，实现了木材的选择性定向密实化。

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/cm³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，优选30～50kgf/cm²；

最大闭合速度要求尽可能快，以不小于0.5mm/s为宜，优选5mm/s以上；

开档高度2～40cm，优选5～15cm；

单层或者多层；

最高温度应达到220℃，优选200℃。

实施例2：压缩层位置与预热温度和时间的拟合方程如表1所示，

表1

申请人以厚度为25mm的木材进行试验，要求压缩量为5mm，预热处理时分两组进行试验，第一组设定预热温度为变量x1(或x2)，预热时间定为720秒，按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系或者的二次函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置，以实现木材的选择性定向密实化；第二组设定预热时间为变量x3和x4，预热温度为180℃，按照的二次函数关系或者的指数函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。

如杨木等常规木材，含水率对上述拟合方程中的系数具有影响，经申请人反复试验后发现，如杨木等常规木材，含水率对拟合方程中各系数的影响如下表2：

表2

从上表中可以看出，不同的含水率下各拟合方程的系数是可以确定的，每个具体的含水率值一般对应的上述方程中的系数也是具体和确定的。

表3

表3为预热温度和时间与压缩层位置的试验结果，从表3可以看出，第一组预热处理的预热时间规定为720s，按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置。当含水率为12％时，第一组的系数a1和c1分别为7.5091和31.53(通过归纳已知，其它特定条件下的系数均可通过采样进行归纳作为已知条件)，在设定预热温度为120℃，压缩层距表面距离为4.42mm，在设定预热温度为180℃，压缩层距表面距离为7.46mm，由此可以得出按照y1＝a1ln(x1)-c1的对数函数关系，通过调整预热温度来控制木材的压缩层位置。

第二组预热处理的预热温度规定为180℃，按照的函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。当含水率为12％时，第一组的系数a3、b3和c3分别为1e-05、0.008和0.999，在设定预热时间为40s，压缩层距表面距离为1.34mm，在设定预热时间为480s，压缩层距表面距离为7.14mm，由此可以得出按照的函数关系，通过调整预热时间来控制木材的压缩层位置。