專利名稱：變性木制品及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變性木制品及其加工方法。本發(fā)明尤其涉及一種由經(jīng)受微波處理而在其徑向—縱向平面上產(chǎn)生許多孔洞的木材所形成的變性木制品。至少一些孔洞通過徑向、切向和/或縱向孔洞間的通道相互連通。通過浸注粘合劑組分來填充孔洞，隨后在壓力下至少部分封閉孔洞形成木制品。
背景技術(shù)：
木基材料在例如建筑行業(yè)中是公知的和廣泛使用的。這些木基材料包括例如層壓板和層積單板木料(LVL)。但是后者存在缺乏天然外觀、特性不一致、技術(shù)復(fù)雜和單板制品費用高及對原料質(zhì)量要求高的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可以用作替代這些和其它材料、木基或者其它材料的變性木制品，并且可以避免一些或者所有的上述缺陷。變性木制品具有高強(qiáng)度和良好的尺寸穩(wěn)定性，并具有自然外觀和結(jié)構(gòu)并且它可以用劣等木材如輻射松或花旗松的心材來加工。與層積單板木料所要求的技術(shù)相比，變性木制品生產(chǎn)工藝需要的技術(shù)簡單，因此致使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本更低廉。
本發(fā)明提供一種變性木制品的加工方法，該方法包括通過將木材經(jīng)受微波輻射0.1至100秒時間使?jié)衲静淖冃砸孕纬纱罅颗帕性谀静膹较颉v向平面內(nèi)的孔洞，所述微波具有從100至4000焦耳/厘米3能量和具有從0.1至10千兆赫茲頻率，至少一些孔洞通過在木材徑向、切向和/或縱向里的通道相互連通；干燥變性木材；用粘合劑組分浸注變性木材；及向浸注的木材加壓以至少部分封閉在變性步驟期間所形成的孔洞和通道并用粘合劑組分粘結(jié)木纖維。
本發(fā)明還提供一種用前文描述的方法所制成的變性木制品。
另一方面，本發(fā)明提供一種包括許多木紋(veins)的變性木制品，該木紋排列在變性木制品徑向—縱向平面內(nèi)，其中木紋含有將變性木制品的木纖維粘結(jié)在一起的粘合劑組分，并且通過向徑向-縱向平面內(nèi)具有許多開放孔洞的變性木制品施加壓力來形成木紋，其中孔洞中已經(jīng)浸注了粘合劑組分且至少一些孔洞由位于木制品徑向、切向和/或縱向內(nèi)的通道相互連通。
在木材上應(yīng)用微波的變性步驟拉長木材中的木射線以形成孔洞代替位于徑向、縱向和切向內(nèi)的射線組織和/或鄰近的射線組織，因而拉伸了微波處理區(qū)內(nèi)的木材。變性步驟還可使木材細(xì)胞孔膜、壁破裂，且它還破壞硬木樹種的木纖維或者木纖維素內(nèi)的甲基纖維素，這樣就形成了通道。在木材的徑向、切向和/或縱向上形成通道，并且通道至少相互連通一些孔洞。在優(yōu)選實施例中，變性步驟期間木材材積增加高達(dá)15％(基于干木材材積)。
應(yīng)用微波之后，為了把木材的含水量控制在所需要的水平上，可選擇性的通過包括那些通?？捎玫娜魏芜m合的手段干燥變性木材。在干燥步驟中最好通過應(yīng)用微波，對流或者其它方式來干燥木材。相似的，由于微波處理后木材的滲透性提高，可通過任何適合方式將粘合劑組分浸注到木材中。比如在浸注步驟中，可通過浸漬或者在壓力容器中壓力浸灌來浸注木材。而且可按所需要使用應(yīng)用到浸注木材上的壓力，但在應(yīng)用壓力的步驟中，最好先沿木材切向向浸注木材施加壓力。
粘合劑組分可包括任何可浸注到變性木材中且當(dāng)將壓力應(yīng)用于木材時可有效的將變性木材木纖維粘結(jié)在一起的任何組分。但是，在優(yōu)選實施例中，粘合劑組分是從包括二苯甲烷二異氰酸脂、甲醛基樹脂(如苯酚甲醛、三聚氰胺脲甲醛等)，的組中精選出來的樹脂；在板材加工中使用的快速固化樹脂或粘合劑，比如由植物或動物材料-淀粉及干酪素構(gòu)成的膠。
粘合劑組分中還可包括其它添加劑，或者將其它添加劑分別加入粘合劑組分中以改善最終產(chǎn)品的技術(shù)特性。比如可以加入阻燃劑、殺真菌劑、殺蟲劑、斥水劑或能提高木材穩(wěn)定性的化學(xué)改性劑。也可以向粘合劑組分中添加變色劑以改變最終產(chǎn)品的天然外觀?；诖?，才可能通過在另一種木材中使用含有變色劑的粘合劑組分來復(fù)制一種樹木。例如，向變性輻射松浸注黑色粘合劑組分以便使其受壓和固化之后的最終產(chǎn)品外觀近似于橡樹。
非樹脂粘合也可以實現(xiàn)，這通過加熱，使用等離子部分碎漿或化學(xué)改性如使用乙?；饔没虮砻婊钚詣?br> 只要至少部分封閉和/或全部封閉的孔洞以及連通至少一些孔洞的通道形成，則在壓力施加步驟期間所用壓力可以是在預(yù)定時間上持續(xù)施加的任何適合的壓力以獲得所需要的結(jié)果，如上述壓力最好主要施加在木材的切向方向上。可施加壓力以將木材恢復(fù)到原有的尺寸，或者選擇施加較低的壓力以便最終變性木制品具有比原有木材樣品更大的尺寸，或者施加較大的壓力以便所形成的變性木制品比原有的木材樣品具有較小的尺寸。應(yīng)能理解所施加壓力的大小也影響最終變性木制品的強(qiáng)度特性。在變性木制品中用不同的粘合劑組分與不同比值(百分比)的粘合劑組分來浸注木材還可使變性木制品具有不同的物理和機(jī)械性能。變性木制品最好含有基于木材的干重的約1％至40％的粘合劑組分。而且，向已浸注的木材施加壓力以使變性木制品具有不同的形狀。例如，使已浸注的木材經(jīng)受壓力來形成矩形、圓形、橢圓形或其它橫截面。在加壓工藝期間，還可將各種壓力施加在材料的不同部分以使加工各種形狀的產(chǎn)品。
可以理解這里所描述的微波改變木材結(jié)構(gòu)，浸注粘合劑及隨后的彎曲，比如使用模具，和粘合劑固化可以為彎曲木制品和家具與細(xì)木工制品的組件的生產(chǎn)提供一種快速的方法。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用6-14％(基于干重)的二苯甲烷二異氰酸鹽(MDI)樹脂浸注微波變性桉樹(王桉)，并使其經(jīng)受壓力來生產(chǎn)橫截面形狀相當(dāng)于原始天然木料的變性木制品，該變性木制品徑向抗彎強(qiáng)度比天然木材高1.5-2.1倍，且切向抗彎強(qiáng)度比天然木材高1.3-1.6倍。變性木制品中的粘合劑組分主要分布在其徑向-縱向平面內(nèi)，因此變性木材制品徑向抗彎強(qiáng)度比其切向抗彎強(qiáng)度大。變性木制品(徑向和切向表面)的硬度通常比天然木材高約1.4-2.3倍。
下表1示出了建筑木料(基于軟木材)與本發(fā)明變性木制品的比較關(guān)系。
表1

從上表可以看出與其它木基材料相比本發(fā)明變性木制品具有良好的強(qiáng)度和實用特性。
可以看出可根據(jù)例如木材種類、木材最初含水量、所處理木材的直徑、粘合劑組分特性和最終產(chǎn)品的需要來改變用于最初的微波變性木材、干燥變性木材、浸注木材和木材最終加壓工藝的參數(shù)。還可以看出可將最初的微波處理應(yīng)用在整個木材上或者將其應(yīng)用到木材的預(yù)定部分上。該預(yù)定部分可包括木材的外表部分，也就是說，保留木材的中心部分不處理。作為可選擇的技術(shù)方案，可沿著木材縱向長度上使木材多個區(qū)域經(jīng)受微波以便使最終變性木制品縱向長度上具有大小不同強(qiáng)度的區(qū)域。
本發(fā)明的另一方面是提供一種低密度變性木制品的加工方法，該方法包括通過微波輻射木材0.1到100秒時間來使?jié)衲静淖冃砸孕纬稍S多分布在木材橫向-縱向平面內(nèi)的孔洞，所述微波具有從100至4000焦耳/厘米3能量和具有0.1至10千兆赫茲的頻率，至少一些孔洞通過在木材徑向、切向和/或縱向里的通道相互連通；干燥變性木材；用粘合劑組分浸注變性木材。


下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖1和2是本發(fā)明實施例變性木制品的主視圖；及圖3是變性木制品生產(chǎn)線的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，實例a)，b)，c)和d)，e)，f)具有沿徑向和切向的斷面圖，A視圖和B視圖。實例a)和d)是具有射線組織10的濕天然木材。微波變性之后，實例b)具有分布在徑向-縱向平面內(nèi)的孔洞12，這是通過破裂和拉伸木射線形成的，導(dǎo)致其材積增加高達(dá)15％。尺寸l2比尺寸l1大。浸注之后，孔洞中充滿了粘合劑組分，如樹脂。沿切向加壓之后，就形成了帶有封閉孔洞14的變性木制品(實例c))。加壓后尺寸l3與尺寸l1一樣。根據(jù)加壓的程度，木制品切向尺寸可以大于或小于天然木材的切向尺寸l1。與天然木材實例a)相比，變性木制品實例c)的強(qiáng)度更大。
實例d)中僅殼層經(jīng)受微波變性以致在實例e)兩邊的表面層具有孔洞12。在浸注和加壓之后，如果在其切向施加荷載，則變性木制品實例f)具有更好的彎曲強(qiáng)度特性。已處理的表面也將比未處理的木材具有更大的硬度。
基于此，可以在木材橫截面的不同區(qū)域制造孔洞以生產(chǎn)具有指定強(qiáng)度特性的變性木制品。封閉的孔洞使木材具有更好的尺寸穩(wěn)定性。
參照圖2，實例g)是具有射線組織16的天然濕木材。在微波變性區(qū)域18(實例h))之后，木材在徑向縱向平面內(nèi)具有孔洞20。浸注和加壓之后，就形成了具有封閉孔洞22(實例I))和比天然木材(實例g))具有更好強(qiáng)度特性的區(qū)域24的變性木制品。
參照圖3，生產(chǎn)線包括微波裝置26，用于木材28變性；樹脂缸30，用于樹脂浸泡木材；恒壓或靜壓機(jī)32，用于給木材加壓并浸入樹脂；橫向傳送裝置34，用于沿樹脂缸運送木材；可選擇性的預(yù)壓機(jī)36，用于清除多余樹脂；熱壓機(jī)38，用于木材的膠合；鋸割裝置40及成品貯存庫42。
參照下述實施例示例性的描述本發(fā)明，實施例僅是示例性的，不應(yīng)解釋為以任何方式限定本發(fā)明。
實施例1原始數(shù)據(jù)成材橫截面(亞輻射松心材)100×100毫米長度 4-6.5米含水量 35-40％浸注前含水量 10-13％在微波裝置中變性成材28(圖3)，參數(shù)如下頻率-0.922千兆赫茲，微波功率-42千瓦，喂入速度-12毫米/秒。微波處理后木材含水量為10-12％，不需要進(jìn)行干燥。已處理的木材具有大量的分布在徑向-縱向平面內(nèi)的孔洞，這些孔洞是由破裂和拉伸木射線而形成的，且它使木材具有很高的滲透性。木料的厚度在切向上增加高達(dá)110毫米。
恒壓機(jī)32消除孔洞中的空氣以方便浸注和向含有樹脂Rubinate1840的缸30送入木料。橫向傳送裝置34用30-90分鐘的時間移動變性木材通過缸以獲得良好的樹脂滲透。
浸漬后，預(yù)壓機(jī)36清除木材上多余的樹脂，熱壓機(jī)38將木材的厚度壓到100毫米以獲得與原始木材具有相同橫截面的變性木制品。熱壓機(jī)的溫度為120-130℃，加壓85-180分鐘。
加壓之后，變性木制品的強(qiáng)度特性是天然木材的1.4-1.9倍。
硬木材的生產(chǎn)方法與上述相似，但是如果原始含水量為80-100％，微波處理后含水量可以是40-50％。為了將含水量降到10-13％最好進(jìn)行干燥。在這種情況下也可使用微波裝置，但它與對流干燥相比耗費會更高。出于經(jīng)濟(jì)原因，通常在溫度100-120℃的對流干燥爐中進(jìn)行木材干燥。
通過浸泡來浸注一些硬木材樹木要花費很長的時間，因而最好使用壓力浸注。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到除了那些具體描述之外，這里所描述的本發(fā)明容許各種改變和修改，很顯然本發(fā)明包括所有這些改變和修改。本發(fā)明還包括說明書中指出的或示出的單個或者共同組合的步驟、特征、組分和化合物，以及任何與所有的兩個或者多個上述步驟或特征的組合。
除了文中需要，整個說明書和權(quán)利要求中單詞“包括”可以理解成包括所述整體(integer)或步驟或者整體或步驟組，但不排除任何其它整體或步驟或者整體或步驟組。
權(quán)利要求
1.一種變性木制品的加工方法，所述方法包括通過微波輻射木材0.1至100秒的時間來使?jié)衲静淖冃砸孕纬稍S多分布在木材徑向-縱向平面內(nèi)的孔洞，所述微波具有從100至4000焦耳/厘米3能量和具有0.1至10千兆赫茲的頻率，至少一些孔洞通過在木材徑向、切向和/或縱向里的通道相互連通，干燥變性木材；用粘合劑組分浸注變性木材；及向浸注的木材加壓以至少部分封閉在變性步驟期間所形成的孔洞和通道并用粘合劑組分粘結(jié)木材纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在變性步驟過程中，所述微波處理使木材的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁破裂，且其中如果木材是硬木樹種，所述微波處理破裂木材導(dǎo)管中的甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在變性步驟過程中，木材的材積增加高達(dá)15％(基于木材的干材積)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在干燥步驟中，通過應(yīng)用微波、對流或者其它方式來干燥木材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在浸注步驟中通過浸泡或者通過在壓力容器中壓力浸漬來浸注木材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在施加壓力的步驟中，主要沿木材切線方向向已浸注的木材施加壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粘合劑組分是從包括二苯甲烷二異氰酸脂、甲醛基樹脂如苯酚甲醛、三聚氰胺脲甲醛，快速固化樹脂或粘合劑膠如淀粉和干酪素的組中選出來的樹脂；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粘合劑組分中至少包括一種其它添加劑，添加劑是從阻燃劑、殺真菌劑、殺蟲劑、斥水劑或能提高木材穩(wěn)定性的化學(xué)改性劑和變色劑中選擇出來。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中變性木制品包含基于其干重的約1-40％的粘合劑組分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在施加壓力的步驟中，向已浸注的木材的不同部分施加不同的壓力以生產(chǎn)所需形狀的產(chǎn)品。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中變性步驟包括使整個木材或者木材的指定部分經(jīng)受微波輻射。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中指定部分包括木材的外表部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中可沿著木材縱向長度上使木材各個區(qū)域經(jīng)受微波輻射以便最終變性木制品包括縱向長度上具有不同性能的區(qū)域。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制成的變性木制品。
15.一種加工低密度變性木制品的方法，所述方法包括通過微波輻射木材0.1至100秒的時間來使?jié)衲静淖冃砸孕纬稍S多分布在木材切向-縱向平面內(nèi)的孔洞，所述微波具有從100至4000焦耳/厘米3能量和具有0.1至10千兆赫茲的頻率，至少一些孔洞通過在木材徑向、切向和/或縱向里的通道相互連通，干燥變性木材；用粘合劑組分浸注變性木材。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求15所述方法制成的低密度變性木制品。
17.一種徑向-縱向平面內(nèi)分布有許多木紋的變性木制品，其中木紋含有將變性木制品的木纖維粘合在一起的粘合劑組分，該木紋通過向徑向-縱向平面內(nèi)具有許多開放孔洞的變性木制品施加壓力來形成木紋，其中孔洞中已經(jīng)浸注了粘合劑組分且至少一些孔洞由位于木制品徑向、切向和/或縱向內(nèi)的通道相互連通。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種木制品，其中粘合劑組分是從包括二苯甲烷二異氰酸脂、甲醛基樹脂如苯酚甲醛、三聚氰胺脲甲醛快速固化樹脂或粘合劑膠如淀粉和干酪素的組中選出來的樹脂。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種木制品，其中包含基于木材干重的約1-40％的粘合劑組分。
全文摘要
一種變性木制品的加工方法，所述方法包括通過微波輻射木材0.1至100秒的時間來使?jié)衲静淖冃砸孕纬稍S多分布在木材徑向－縱向平面內(nèi)的孔洞，所述微波具有從100至4000焦耳/厘
文檔編號B27K5/00GK1498153SQ02806929
公開日2004年5月19日 申請日期2002年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者格里戈里·托爾格夫尼科夫, 彼得·文登, 文登, 格里戈里 托爾格夫尼科夫 申請人:墨爾本大學(xué)