專利名稱：提高木材力學強度的處理方法
技術領域：
本發(fā)明是一種新型的提高木材力學強度的處理方法，屬于木材工業(yè)中木材改性技術領域。
背景技術：
由于對林木資源的過度采伐和森林植被面積的大幅減少，導致地球災害頻繁發(fā)生，人類生存環(huán)境惡化。國家森林經(jīng)營政策的調(diào)整和天然林保護工程的實施，致速生樹種的種植量和生長量迅速增加，以大青楊等為代表的速生林木材的蓄積量和采伐量連年遞增。 速生林木材的特點生長迅速，成材周期短；缺點較原始次生林木材相比，力學強度明顯降低，耐菌耐蟲能力減弱，致木材的使用場所和環(huán)境受到限制。對速生木材進行增強處理， 提高木材力學強度的指標，是木材加工領域重要的研究內(nèi)容，是節(jié)約木材、保護森林資源、 改善人類生存環(huán)境的重要途徑之一。傳統(tǒng)的提高木材力學強度的處理方法，是將被處理的木材置于高壓處理罐內(nèi)，依靠壓力將強化藥劑注入到木材中去。傳統(tǒng)方法的缺點是使用的高壓處理罐設備比同類常壓設備結(jié)構(gòu)復雜、操作繁瑣，價格高，木材干燥處理時間長，生產(chǎn)效率低；浸注到木材內(nèi)的藥劑分布不均勻，影響強化木材的性能指標，因此急需研制新型的提高木材力學強度的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高木材力學強度的處理方法，使用該方法能明顯提高木材的力學強度，且設備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本明顯降低，同時，提高了作業(yè)環(huán)境的安全性。本發(fā)明的技術方案是一種提高木材力學強度的處理方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)、選取木材板材選取在設計尺寸范圍內(nèi)的木材干板或濕板，濕板的最大含水率為被水飽和狀態(tài)；(2)、調(diào)整設備在處理槽中裝有輥壓機，調(diào)整輥壓機的上壓輥與下壓輥的間距為設定間距；(3)、填加木材強化藥劑將粘度為10秒-18秒/涂4杯，濃度53% -55%質(zhì)量分數(shù)的酚醛樹脂或脲醛樹脂或三聚氰胺樹脂原膠配制成30% -40%質(zhì)量分數(shù)的水溶液，將水溶液注入處理槽中，使藥劑的液面與上壓輥軸線平齊；(4)、輥壓浸注藥劑將待處理的木材板材置于輥壓機輸入端，啟動輥壓機，板材從輥壓機的兩個壓輥之間通過，到達壓輥機輸出端；(5)、重復步驟 4，1-5 次;(6)、干燥和樹脂的聚合處理輥壓后的木材板材立于空置的容器內(nèi)，待表面不再有樹脂滲出時，將木材板材放于電熱干燥箱內(nèi)，箱內(nèi)溫度100-150 V，干燥至含水率為
38-10%的強化木材板材。本發(fā)明的核心內(nèi)容是通過特制設備中壓輥的壓縮使木板壓縮方向的尺寸變小，在離開壓輥的瞬間，由于板材壓縮方向尺寸的回彈在木材內(nèi)形成的真空將強化藥劑吸入到木材內(nèi)，并可通過后續(xù)的多次輥壓將強化藥劑推向木材的深層。木材是一種由空腔細胞構(gòu)成的天然的高分子復合材料，絕大部分密度在0.35g/ cm3至0. 80g/cm3之間，具有粘彈性特征；木材內(nèi)的細胞絕大部分呈長條形、纖維狀，長寬比大，細胞的排列接近平行于樹干高度方向。在常溫常壓條件下，木材分子受到垂直于纖維方向的機械壓力，木材細胞被橫向壓扁，細胞腔變小或消失；在外力消除的瞬間，由于細胞回彈而形成真空狀態(tài)，木材強化處理藥劑被吸進木材表層的一定厚度內(nèi)，形成一定的浸注深度和浸注量，通過后期處理，達到增大木材力學強度的目的；該方法使用的浸注強化藥劑以水溶性為主，常溫下被處理木材板材在壓縮-注液的處理過程中封閉在藥液中進行，與空氣完全隔離。木材內(nèi)除一部分細胞壁物質(zhì)外，其余部分是被水分(水蒸氣)、空氣、無機物質(zhì)和內(nèi)含物占據(jù)的細胞腔和細胞間隙，而木材內(nèi)的水分又分為自由水和吸著水，木材壓縮處理的瞬間，宏觀上木材的橫向尺寸變小，微觀則是木材內(nèi)的細胞腔和細胞間隙被壓扁，其中的一部分自由水和空氣被擠出木材，外力消除時，被壓扁的細胞腔和細胞間隙要恢復到原來的形狀和尺寸(不是完全的彈性回復)，木材內(nèi)的空隙出現(xiàn)負壓，大氣將把強化藥劑壓擠到細胞腔和細胞間隙中。在壓縮木材過程中，木材細胞壁上的紋孔(液體出入木材的主要通道)可能受到破壞，細胞壁的個別部位可能出現(xiàn)裂隙，這些都將顯著地改善木材對強化藥劑的貫透性和吸附性能。上述對本發(fā)明原理的說明，與其他的提高木材力學強度的處理方法迥然有別。本發(fā)明使用的輥壓機，一為主動輥，另一為從動輥；兩輥間距可調(diào)整，輥間距應小于木板厚度，對板材造成一定的壓力，而靠摩擦力使木材板材由輥間通過。本發(fā)明具有如下優(yōu)點①巧妙地利用“吸入”作用，處理時間極短，效率高，可連續(xù)化生產(chǎn)；②從濕材、生材直接進行加工，省去木材預干燥過程，節(jié)省大量能源；③在機械壓力作用下，木材細胞被瞬時壓扁，胞壁紋孔被壓潰，木材浸透性大為改善，強化藥劑浸注均勻，木材的干燥性能也得到顯著改善；④后期的再次輥壓處理不僅能排除多余強化藥劑，循環(huán)使用，降低成本，且能將表層藥劑壓入深層；⑤在常壓下即可進行，作業(yè)環(huán)境安全，省掉昂貴的高壓處理罐設備和加壓、抽真空設備，能量消耗少，成本顯著降低。
具體實施例方式本發(fā)明中使用的材料包括木材板材和強化藥劑兩類。木材板材的樹種以密度較小、材質(zhì)較疏松、力學強度較低的速生林木材為對象，板材厚度5mm 60mm，寬度50mm 200mm，長度不限；當木板含水率在10% 30%范圍內(nèi)時，壓縮率的取值范圍為5% 15%; 當木板含水率在30% 被水飽和(飽和含水率因樹種而異)范圍內(nèi)時，壓縮率的取值范圍為5% 50%。本發(fā)明的強化藥劑是酚醛樹脂或脲醛樹脂或三聚氰胺樹脂，是能夠溶于水的小分子樹脂，又稱甲階樹脂，粘度為10秒-18秒/涂4杯，濃度53% -55%質(zhì)量分數(shù)。實施例一大青楊板材浸注酚醛樹脂
取大青楊木材，加工成標準的徑切板和弦切板，尺寸 300mm(長)X120mm(寬)X20mm(厚)，含水率為 86% 133%。酚醛樹脂(PF)，原膠粘度為10秒-18秒/涂4杯、濃度55%質(zhì)量分數(shù)，調(diào)整為濃度30%和40%質(zhì)量分數(shù)的水溶液，注入處理槽中，上液面與上壓輥軸線平齊。輥壓機，壓輥直徑250mm，上輥為主動輥，轉(zhuǎn)速為20r/min，下輥為從動輥。輥壓工藝壓縮率定為10%和30%兩種，壓縮次數(shù)分為1次、3次和5次。沿長度方向，將木板置于兩個壓輥之間，隨著壓輥的轉(zhuǎn)動，木板在一定的壓縮量下，由壓輥的帶動從輥壓機的一端到達另一端，完成一定壓縮率下的一次輥壓，根據(jù)制定的工藝條件，迅速進行3次或5次輥壓。輥壓后的木板立于空置的容器內(nèi)，待木板表面不再有樹脂滲出時，將木板放于電熱干燥箱內(nèi)，進行木板的干燥和樹脂的聚合處理，干燥溫度 120士5°C，時間為42小時左右，干燥至含水率為8-10%。為驗證本發(fā)明的有益效果，按照國家有關標準(GB/T 1928-1991, GB/T 1936. 1-1991、GB/T 1936. 2-1991和GB/T 1941-1991)測定了未處理板材和處理后板材的力學強度值，并進行了抗彎強度、抗彎彈性模量和硬度試驗結(jié)果的對照比較。結(jié)果見表1。表1浸注酚醛樹脂的大青楊木板力學強度變化表
權利要求
1. 一種提高木材力學強度的處理方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)、選取木材板材選取在設計尺寸范圍內(nèi)的木材干板或濕板，濕板的最大含水率為被水飽和狀態(tài)；(2)、調(diào)整設備在處理槽中裝有輥壓機，調(diào)整輥壓機的上壓輥與下壓輥的間距為設定間距；(3)、填加木材強化藥劑將粘度為10秒-18秒/涂4杯，濃度53%-55%質(zhì)量分數(shù)的酚醛樹脂或脲醛樹脂或三聚氰胺樹脂原膠配制成30% -40%質(zhì)量分數(shù)的水溶液，將水溶液注入處理槽中，使藥劑的液面與上壓輥軸線平齊；G)、輥壓浸注藥劑將待處理的木材板材置于輥壓機輸入端，啟動輥壓機，板材從輥壓機的兩個壓輥之間通過，到達壓輥機輸出端；(5)、重復步驟4，1-5次；(6)、干燥和樹脂的聚合處理輥壓后的木材板材立于空置的容器內(nèi)，待表面不再有樹脂滲出時，將木材板材放于電熱干燥箱內(nèi)，箱內(nèi)溫度100-150°C，干燥至含水率為8-10%的強化木材板材。
全文摘要
提高木材力學強度的處理方法，包括如下步驟(1)選取木材干板或濕板；(2)調(diào)整輥壓機間距；(3)向處理槽中注入木材強化藥劑，藥劑的液面與上壓輥軸線平齊；(4)輥壓浸注藥劑1-5次；(5)將木材板材放于電熱干燥箱內(nèi)，進行干燥和樹脂的聚合處理。本發(fā)明能明顯提高木材的力學強度，提高生產(chǎn)效率，且設備常壓運行，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，作業(yè)環(huán)境安全，成本低。
文檔編號B27M1/08GK102172941SQ20111004551
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者劉一星, 孫耀星, 龐久寅 申請人:孫耀星