一种原木直接压密成板材的方法与流程

本发明属于木板加工技术领域，特别涉及一种原木直接压密成板材的方法。

背景技术：

木材是人类应用最多的原材料，随着森林资源的减少和环境保护意识的提升，我国对木材的采伐量将会逐渐缩减，同时着手于人工林的发展，而人工林种植的木材存在着材质软、密度低的缺点，因此使用前需要将这些木材进行压密，现有技术已公开多种压密技术，但这些压密技术大多需要提前将原木裁切为木板，再进行压缩，操作非常麻烦，而将原木直接压密为板材，压缩率低时，板材的各种性能均无法满足要求，当压缩率高时，则板材的回弹率将大幅度上升，或者需要向原木内灌注化学物质才能够保持较低的回弹率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种原木直接压密成板材的方法，该方法制备的木板材回弹率低、尺寸稳定性高、不易开裂，在短时间被水浸湿或受到阳光直射也不会变形。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种原木直接压密成板材的方法，该方法至少包括预处理、加热处理、加热加压处理和冷却处理，所述加热加压处理包括以下步骤：

(1)第一次加热加压处理：将加热处理后的原木继续加热至芯材温度为130℃-280℃，保温4min-6min，以40％-60％的压缩率对原木进行压缩，保温加压4min-8min，释放压力，温度降至芯材温度为90℃-110℃，保温3min-5min；

(2)第二次加热加压处理：将第一次加热加压处理后的原木再次加热至芯材温度为130℃-280℃，保温8min-10min，以90％-95％的压缩率对原木进行压缩，保温加压20min-24min，释放压力。

其中，本发明中的原木泛指密度较低的原木材，如沉香木和杨木等，预处理后的原木的含水率为35％-45％，原木的密度为0.3-0.4g/cm³；本发明通过对原木进行两次压密，并具体限定压密的参数，在高压缩率条件下，能够显著地降低压密后的板材的回弹率，且保证压缩后的板材各性能符合标准。

进一步地，原木在预处理和加热处理之间还包括以下步骤：

(3)将原木在温度为140℃-150℃的密室中加热3h-4h，加热时保持密室的氧气含量为4-5体积％，余量为保护气体。

其中，保护气体包括二氧化碳、氮气、惰性气体和水蒸气中的一种或多种；本发明惊喜地发现，通过先将沉香木在氧气含量为4-5体积％的密室中加热，然后再进行热压，能够进一步降低板材的回弹率。

进一步地，保护气体为体积比为1:4的二氧化碳和氮气。

当保护气体为1:4的二氧化碳和氮气时，制得的板材的回弹率最低。

进一步地，高周波装置的上垫板和下垫板上均设有通孔，步骤(1)所述温度降至芯材温度为90℃-110℃的具体步骤是通过水冷技术向高周波装置的上垫板和下垫板的通孔处喷射10℃-20℃的冷水，喷射速度是3m/s-5m/s。

本发明通过在上垫板和下垫板上设置通孔，在水冷过程中，能够进一步提高冷水与板材的接触面积，使板材的6个侧面均能够与冷水接触，从多个角度散热，快速达到目标温度，从而降低板材的脆性。

进一步地，步骤(1)所述第一次加热加压处理的加压速度为18mm/min-20mm/min。

本发明通过大量的研究发现，随着加压速度的提高，板材压缩的位置与上下垫板之间的距离逐渐减少，而沉香木的密度由四周向中间逐渐增大，因此，在首次加压时，通过较大的加压速度，使板材在压密过程中，首先压缩上下两侧的沉香木，使沉香木的上下两侧的密度迅速增加，逐渐减少与沉香木中间部位的密度差，使沉香木各部位之间的密度更均匀，为下一步压密做好准备，进一步降低板材的脆性。

进一步地，步骤(2)所述第二次加热加压处理的加压速度为3mm/min-5mm/min。

本发明通过具体限定第二次加热加压处理的加压速度，使第二次压密时，能够均匀地将第一次加热加压处理后的板材进一步压密，最终得到的板材的密度更加均匀，进一步降低板材的脆性。

进一步地，冷却处理后还包括干燥处理，所述干燥处理的具体方法是将冷却处理后的原木放置于温度为100℃-120℃的干燥机中干燥90min-180min。

本发明在冷却处理后又增加了干燥处理，能够显著地提高板材的尺寸稳定性。

进一步地，步骤(1)所述第一次加热加压处理后还包括步骤e：第一次除水处理：将第一次加热加压处理后的原木用风冷技术从下垫板向上垫板方向吹至原木的表面温度为75℃-85℃，风冷温度为40℃-50℃，风速为4m/s-6m/s。

进一步地，步骤(2)所述第二次加热加压处理后还包括步骤f：第二次除水处理：将第二次加热加压处理后的原木用风冷技术从下垫板向上垫板方向吹至原木的表面温度为25℃-35℃，风冷温度为10℃-15℃，风速为8m/s-10m/s。

本发明通过两次除水处理，在冷风的吹拂下，水分从板材的四周和下垫板的通孔排出，同时蒸发掉的水蒸气从板材的四周和上下垫板的通孔挥发，迅速除去板材外表面的水分，从而显著地提高板材各方面性能。

本发明提供的制备方法简单实用，制备的沉香木板材回弹率低、不易开裂，尺寸稳定性高，在短时间被水浸湿或受到阳光直射也不会变形，且制备过程中无需加入化学药物处理，克服了现有技术中生成压缩木带来的环境污染问题。

附图说明

图1为原木压密前的实物图；

图2为通过实施例9的方法制备的沉香木板材的实物图。

具体实施方式

实施例1-9提供了将原木直接压密成板材的方法，该方法包括预处理、加热处理、加热加压处理和冷却处理，所述加热加压处理包括以下步骤：

(1)第一次加热加压处理：将加热处理后的原木继续加热至芯材温度为130℃-280℃，保温4min-6min，以40％-60％的压缩率对原木进行压缩，保温加压4min-8min，释放压力，温度降至芯材温度为90℃-110℃，保温3min-5min；

(2)第二次加热加压处理：将第一次加热加压处理后的原木再次加热至芯材温度为130℃-280℃，保温8min-10min，以90％-95％的压缩率对原木进行压缩，保温加压20min-24min，释放压力；

原木在预处理和加热处理之间还包括以下步骤：

(3)将原木在温度为140℃-150℃的密室中加热3h-4h，加热时保持密室的氧气含量为4-5体积％，余量为保护气体；

高周波装置的上垫板和下垫板上均设有通孔，步骤(1)所述温度降至芯材温度为90℃-110℃的具体步骤是通过水冷技术向高周波装置的上垫板和下垫板的通孔处喷射10℃-20℃的冷水，喷射速度是3m/s-5m/s；

步骤(1)所述第一次加热加压处理的加压速度为18mm/min-20mm/min；

步骤(2)所述第二次加热加压处理的加压速度为3mm/min-5mm/min；

冷却处理后还包括干燥处理，所述干燥处理的具体方法是将冷却处理后的原木放置于温度为100℃-120℃的干燥机中干燥90min-180min；

步骤(1)所述第一次加热加压处理后还包括步骤e：第一次除水处理：将第一次加热加压处理后的原木用风冷技术从下垫板向上垫板方向吹至原木的表面温度为75℃-85℃，风冷温度为40℃-50℃，风速为4m/s-6m/s；

步骤(2)所述第二次加热加压处理后还包括步骤f：第二次除水处理：将第二次加热加压处理后的原木用风冷技术从下垫板向上垫板方向吹至原木的表面温度为25℃-35℃，风冷温度为10℃-15℃，风速为8m/s-10m/s。

实施例1-8均采用密度为0.35g/cm³的沉香木作为原木，实施例9采用松木为原木，实施例1-9的板材制备方法的具体参数见表1。

表1.实施例1-9的具体参数

注：表1中所有未标记的时间的单位均为min，温度的单位均为℃；

保护气体中，a为水蒸气，b为二氧化碳，c为氮气，d为氦气，实施例2、7中b与c、a与d的比例均为1:4，实施例8中a、b、c的比例为1:1:1。

对照例1-3

对照例1-3提供了将原木直接压密成板材的方法，以下方法与实施例1-9的区别在于参数不同，具体参数见表2。

表2.对照例1-8的具体参数

注：表1和表2中所有未标记的时间的单位均为min，温度的单位均为℃。

试验例1吸湿变形回弹率试验

分别设置试验1-4组、对照1-2组和阳性对照1-2组，试验1-4组采用实施例1-3、9的实施例，对照1-2组采用对照例1-2，阳性对照1-2组分别采用中国专利104354201b的新型硬木(压缩比为40％)和中国专利cn103753664b的压缩木(压缩比为50％)，分别测量实施例1-4、对照例1-2和阳性对照1-2组的板材压缩前试验的绝干厚度(l0)，原木的绝干厚度为原木的最大直径，再将各组板材分别在103℃条件下干燥至绝干后，测量厚度(l1)，再将各组板材放入恒温恒湿箱内，在温度为40℃、相对湿度为90％的条件下调湿处理至恒重，再次经过103℃条件下干燥至绝干，测量各组板材的厚度(l2)，计算各板材的含水率变化和厚度变化，并按以下公式对吸湿变形回弹率进行计算，r—吸湿变形回弹率(％)，l0、l1、l2—分别为压缩前、压缩后、吸湿处理后试样的绝干厚度(mm)，试验结果见表3和表4。

表3.各组板材含水率和厚度变化率试验结果

表4.各组板材的回弹率试验结果

由表3和表4可知，本发明提供的方法制备的板材的回弹率很低，吸湿后不易变形，而对照例1只进行了一次压密，结果显示，在相同压缩率条件下只进行一次压密制得的板材吸湿后严重变形，回弹率也高，而对照例2也只压密一次，其回弹率较低，但压缩率不够，板材各性能参数不达标，而阳性对照1-2组的回弹率与实施例1-3相当，证明本发明提供的板材虽然压缩率很高，但是回弹率依然控制的较低，满足常规使用，而实施例9的方法制备的板材在温度高达280℃的情况下也未发生炭化，且能够显著降低板材的回弹率。

试验例2脆性测定试验

对实施例1-4和对照例1-3的方法制备的板材进行静态弯曲分析，通过测定多个位移和弯曲载荷，得到沉香木的位移和弯曲载荷之间的应变曲线，对应变曲线的直线增长段进行线性拟合，得到弹性区域的应力-应变方程；利用决定系数r²＝0.999，求得比例极限，利用二次方程，拟合塑性区域的应力-应变方程，利用mathematica9软件计算积分，得到w01和w12，按照以下公式计算脆性，脆性＝w01/(w01+w12)，w01为弹性区域所吸收的能量，w12为塑性区域所吸收的能量，单位均为n﹒mm，试验结果见表5。

表5.各组板材脆性测定试验结果

由表5可知，本发明提供的方法制备的板材的脆性较对照组低，实施例1通过两次压密，降低了板材的脆性，实施例3进行了水冷，进一步降低了板材的脆性，实施例4使用本发明的加压速度，制得的板材的脆性比实施例3更低，而对照例1和2只进行了一次压密，且对照例1删除了水冷步骤，结果显示，对照例1和对照例2制得的板材脆性升高，而对照例3改变了本发明方法中的其他步骤或参数，其脆性也有不同程度的升高。

试验例3尺寸稳定性测试

采用gb/t35913-2018《地采暖用实木地板技术要求》对实施例4-6的方法制备的板材进行耐热和耐湿的尺寸稳定性测试，同时测定厚度的变化，每组做三个平行样，试验结果见表6。

表6.尺寸稳定性试验结果

由表6可知，本发明实施例6通过进一步的干燥处理，能够显著提高板材的尺寸稳定性，实施例4-5删除了干燥处理步骤，结果显示，制得的板材的尺寸稳定性大幅度降低。

试验例4各组板材性能测试试验

分别采用实施例5-8的方法制备板材，测定每种板材的比重、顺纹抗压、顺纹抗拉、抗弯强度、顺纹剪切和横纹剪切，每种板材分别做5个平行样，结果取平均值，考察结果见表7。

表7.高温高压处理各参数的考察结果

由表7可知，本发明实施例7-8通过进一步的除水处理，能够显著提高板材的各种性能，实施例5-6删除第一次除水处理或第二次除水处理，结果显示，制得的板材的各性能均显著降低。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。