一種提高木材聲學(xué)性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高木材聲學(xué)性能的新型處理方法，特別涉及一種在超聲波和高 溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下提高木材聲學(xué)性能的處理設(shè)備和處理方法，屬于木材聲學(xué)改良處理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 木材因其彈性模量高，密度小，具有較好的聲學(xué)性能，又有自然的美感，一直是制 作樂(lè)器的優(yōu)選材料。其中云杉、泡桐等木材以其優(yōu)良的聲學(xué)振動(dòng)特性，被廣泛應(yīng)用于樂(lè)器及 聲學(xué)器具等的共鳴音板的制作當(dāng)中。近年來(lái)，我國(guó)森林面積不斷增長(zhǎng)，林業(yè)產(chǎn)出得到了提 高，但是產(chǎn)出木材的質(zhì)量卻普遍不高。而樂(lè)器用材，雖然實(shí)際用量不大，但品質(zhì)要求較高。且 由于長(zhǎng)期以來(lái)很多木質(zhì)樂(lè)器有其特用的一些傳統(tǒng)珍貴樹(shù)種，使得樂(lè)器用木材的需求更加仍 然難以得到滿足。同時(shí)，木材用做樂(lè)器音板等部件時(shí)，出材率相對(duì)較低，這更加使得樂(lè)器用 材短缺。那么，如何解決這個(gè)困難，成了值得我們探索和思考的問(wèn)題。
[0003] 為了緩解這一供需矛盾，培育適合制作樂(lè)器的珍貴樹(shù)種是必然的，但這需要較長(zhǎng) 的周期。而充分利用現(xiàn)有的木材資源，并對(duì)其進(jìn)行改性處理，使普通的木材具有珍貴木材的 聲學(xué)性能，使新伐材能夠擁有陳放材的傳聲品質(zhì)。所以，對(duì)木材聲學(xué)進(jìn)行性能改良的研究勢(shì) 在必行。
[0004] 木材聲學(xué)改性就是通過(guò)一定的化學(xué)和物理方法改變木材的密度、含水率、吸濕特 性及抽提物含量和尺寸穩(wěn)定性等特性以實(shí)現(xiàn)對(duì)木材聲學(xué)振動(dòng)性能的改良。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)木材聲學(xué)性能的改良進(jìn)行了一定的研究，并且已經(jīng)取得了較多 的成果，但總體研究范圍較窄，主要集中于通過(guò)浸漬方法改善木材的吸濕特性及尺寸穩(wěn)定 性和改變抽提物含量來(lái)達(dá)到改善木材聲學(xué)振動(dòng)性能的目的。
[0006] 現(xiàn)有木材聲學(xué)改性的化學(xué)浸漬方法主要包括甲醛，硅烷等浸漬處理方法，其中甲 醛浸漬處理方法：將木材放入甲醛溶液中進(jìn)行浸漬處理，然后在真空烘箱10 〇°C烘4小時(shí)， 進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)。但是通過(guò)化學(xué)方法處理過(guò)的木材難免會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染， 應(yīng)該選取更加無(wú)害的改性處理方法來(lái)代替化學(xué)方法來(lái)提高木材的聲學(xué)性能，真正做到綠色 改性的目的。
[0007] 近年來(lái)，木材的超聲波處理作為一種新型高效的處理方式得到了越來(lái)越多的關(guān) 注。超聲波對(duì)于多孔性物質(zhì)具有良好的脫水作用，其產(chǎn)生的空穴效應(yīng)增加了木材中的傳質(zhì) 效率，使木材中的內(nèi)含物向外流出，改變了木材抽提物的含量。同時(shí)，適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚砟?促進(jìn)木材纖維素中微纖絲的有序排列，從而提高其結(jié)晶度，即提高了木材的聲學(xué)性能。而木 材高溫?zé)崽幚硪彩鼓静闹械陌肜w維素通過(guò)脫乙酰和解聚作用釋放出乙酸，產(chǎn)生一些低分子 量的化合物，也造成了木材中抽提物的變化。此外，高溫條件還使纖維素準(zhǔn)結(jié)晶區(qū)內(nèi)的分子 得到重新排列從而結(jié)晶化，半纖維素中包含的木聚糖和甘露聚糖也因?yàn)橐阴；娜コ@ 得了結(jié)晶化能力，使高溫?zé)崽幚聿牡慕Y(jié)晶度得到提高。而結(jié)晶度的提高和抽提物的變化都 有利于改善木材的聲學(xué)性能，因此，超聲波和高溫方式處理木材提高其聲學(xué)性能是有一定 實(shí)際意義和研究?jī)r(jià)值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是鑒于現(xiàn)有木材聲學(xué)改性的化學(xué)浸漬方法中存在的技術(shù)問(wèn)題提供 一種綠色新型的改善木材聲學(xué)性能的處理方法，本發(fā)明方法在不損壞木材材質(zhì)的前提下， 既不降低木材力學(xué)性能，又能提高了木材的聲學(xué)性能。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種改善木材聲學(xué)性能的方法，包括 對(duì)木材依次進(jìn)行超聲波處理、干燥處理、熱處理。
[0010] 其中，所述超聲波處理是將木材浸泡于裝有水的超聲波設(shè)備中，然后開(kāi)啟設(shè)備電 源，對(duì)木材進(jìn)行超聲波浸提處理。
[0011] 超聲波浸提處理使木材中的內(nèi)含物向外流出，減少了木材中的抽提物含量；并促 進(jìn)木材纖維素中微纖絲的有序排列，提高木材的結(jié)晶度，提高木材的聲學(xué)性能。
[0012] 特別是，所述超聲波處理過(guò)程中超聲波功率是160-400W，優(yōu)選為160-340W，進(jìn)一 步優(yōu)選為340W ;超聲波頻率是彡20KHz，優(yōu)選為20-40KHZ，進(jìn)一步優(yōu)選為40KHz。
[0013] 尤其是，超聲處理過(guò)程中的溫度為10-30 °C，優(yōu)選為20-30 °C。
[0014] 特別是，超聲處理時(shí)間為2-12min/mm，優(yōu)選為2-5min/mm，進(jìn)一步優(yōu)選為3_4min/ mm，即在超聲波處理過(guò)程中每Imm厚木材超聲處理時(shí)間為2-12min，優(yōu)選為2-5min，進(jìn)一步 優(yōu)選為3_4min，也就是如果木材厚度為1mm，則超聲處理過(guò)程中超聲處理時(shí)間為2_5min ;木 材厚度為l〇mm，則超聲處理時(shí)間為20-50min。
[0015] 尤其是，超聲波處理過(guò)程中浸泡木材的水與木材的體積之比為1-10:1，優(yōu)選為 4-10:1〇
[0016] 其中，所述木材選擇生材。
[0017] 特別是，所述生材的含水率彡80%。
[0018] 尤其是，所述木材采用鋸切、旋切方式制成，優(yōu)選為鋸切方式制成。
[0019] 特別是，所述木材選用水杉、川西云杉、云杉、魚(yú)鱗云杉或西加云杉等木材。
[0020] 其中，所述干燥處理是降低木材的含水率。
[0021] 干燥處理可以使木材尺寸穩(wěn)定性更好，含水率達(dá)到9± 1 %，利于后續(xù)高溫?zé)崽幚恚?使熱處理過(guò)程中的木材更穩(wěn)定，避免木材開(kāi)裂變形。
[0022] 特別是，所述干燥處理是采用間歇干燥方式對(duì)木材進(jìn)行干燥。
[0023] 尤其是，在所述間歇干燥過(guò)程中，加熱時(shí)間為12h，停止加熱時(shí)間為12h。
[0024] 其中，所述間歇干燥過(guò)程中以24h為一個(gè)干燥循環(huán)周期，即進(jìn)行一次間歇干燥的 時(shí)間為24h，其中12h為加熱處理，然后停止加熱12,也就是說(shuō)間歇干燥的間歇率為50%，加 熱12h，停止加熱12h。
[0025] 對(duì)木材進(jìn)行第一次加熱處理12h，然后第一次停止加熱12h，然后再進(jìn)行第二次加 熱處理12h，再第二次停止加熱12h，如此循環(huán)，每個(gè)干燥循環(huán)為24h。
[0026] 特別是，相鄰兩次間歇干燥過(guò)程中，前一次的干燥的加熱處理溫度低于后一次的 干燥的加熱處理溫度。
[0027] 特別是，相鄰兩次間歇干燥周期的中，前一次的干燥周期中加熱溫度低于后一次 的干燥周期中的加熱溫度。
[0028] 尤其是，相鄰兩次間歇干燥周期過(guò)程中前一次的間歇干燥周期的加熱處理溫度比 后一次的間歇干燥周期的加熱處理溫度低5-10°C，優(yōu)選為5°C。
[0029] 其中，所述干燥處理的初始干燥溫度為50°C。
[0030] 特別是，所述干燥處理的干燥初始加熱溫度為50°C，即第一次間歇干燥周期過(guò) 程中，加熱溫度保持為50°C，也就是說(shuō)第一次間歇干燥周期中，加熱溫度保持為50°C，加熱 12h后，停止加熱，保持12h。
[0031] 尤其是，相鄰兩次間歇干燥過(guò)程中加熱溫度相差5°C，后一次間歇干燥的加熱溫 度高于前一次間歇干燥的加熱溫度；即第一次間歇干燥過(guò)程中，加熱溫度保持為50°C，加 熱12h后，停止加熱，保持12h ;接著升溫至55°C，在保持溫度為55°C下加熱12h，然后停止 加熱，保持12h ;再升溫至60°C，在保持溫度為60°C的條件下加熱12h，然后停止加熱，保持 12h，如此循環(huán)。
[0032] 特別是，干燥處理后的木材的含水率彡10%，優(yōu)選為8-10%。
[0033] 其中，所述熱處理是用高溫過(guò)熱水蒸氣對(duì)木材進(jìn)行加熱處理。
[0034] 特別是，所述熱處理過(guò)程中的溫度為120°C~220°C ;在所述熱處理過(guò)程中每Imm 厚木材的超聲處理時(shí)間為2-8min，優(yōu)選為每Imm厚木材的超聲處理時(shí)間為3-6min，進(jìn)一步 優(yōu)選為3_4min，即熱處理時(shí)間為2-8min/mm，優(yōu)選為3-6min/mm，進(jìn)一步優(yōu)選為3-4min/mm， 也就是如果木材厚度為1mm，則熱處理時(shí)間為2-8min ;木材厚度為10mm，則超聲處理時(shí)間為 20-80min〇
[0035] 尤其是，熱處理過(guò)程中采用過(guò)熱蒸汽加熱木材，對(duì)木材進(jìn)行所述的熱處理。
[0036] 特別是，所述過(guò)熱蒸汽的溫度為120-220°C，優(yōu)選為160-220°C。
[0037] 特別是，還包括對(duì)熱處理后的木材進(jìn)行調(diào)濕處理。
[0038] 其中，所述調(diào)濕處理是將熱處理木材放入恒溫恒濕箱中，在恒溫恒濕條件下調(diào)節(jié) 木材的含水率達(dá)到12±5%。
[0039] 特別是，所述調(diào)濕處理后的木材的含水率優(yōu)選為12±1%。
[0040] 尤其是，所述恒溫恒濕條件是溫度為20°C ;相對(duì)濕度為65±5%，優(yōu)選為66%。
[0041] 本發(fā)明另一方面提供一種按照上述方法制備而成的聲學(xué)性能改善的木材。
[0042] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0043] 1、本發(fā)明的改善木材聲學(xué)性能的方法中對(duì)木材進(jìn)行超聲波處理改變了木材中抽 提物的種類組成并減少了抽提物的含量，并且，超聲波處理還能促進(jìn)木材纖維素中微纖絲 的有序排列，從而提高其結(jié)晶度，有效地提高了木材的聲學(xué)性能。
[0044] 2、本發(fā)明方法中的高溫?zé)崽幚硎鼓静牡慕佑|角變大，內(nèi)部應(yīng)力松弛，既可以提高 木材的尺寸穩(wěn)定性；又可以在短時(shí)間內(nèi)使木材纖維素結(jié)晶度得到了提高，高溫?zé)崽幚硪?的木材性質(zhì)的變化都顯著提高了木材的聲學(xué)性能。
[0045] 3、本發(fā)明中的木材的超聲波處理和高溫?zé)崽幚砭词褂萌魏位瘜W(xué)藥劑，屬于綠色 清潔的處理方法，對(duì)環(huán)境未造成危害。
[0046] 4、本發(fā)明的預(yù)處理設(shè)備簡(jiǎn)單，處理方法操作方便，擁有容易控制的工藝，適宜大規(guī) 模推廣應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而 更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式 進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0048] 本發(fā)明實(shí)施例中所處理的木材采用水杉（Metasequoia glyptostroboides Hu&W. C. Cheng)，產(chǎn)于中國(guó)廣西，無(wú)缺陷，初含水率50 % -60 %。
[0049] 將水杉木制成尺寸為200-300mm(縱向）X40-60mm(弦向）X2-5mm(徑向）的木 塊試