本發(fā)明涉及一種木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法，涉及木地板和家具領域。

背景技術：

木材壓縮技術最早出現(xiàn)于20世紀30年代的美國和德國(walshetal.,1923；olesheimer,1929)，最初的壓縮木使用在軍用飛機上，用來替代金屬材料，目的是防止被雷達發(fā)現(xiàn)。直到20世紀90年代，以改善軟質木材的性能，拓寬人工林木材的應用范圍為目標的木材壓縮技術研究才受到世界各國學者和產業(yè)界的重視。經過20多年的研究，木材壓縮技術，特別是濕熱軟化的木材壓縮技術在木材軟化、塑性變形、壓縮木材的性能變化、壓縮變形固定及其機理以及壓縮方式和壓縮工藝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)，并形成了濕熱軟化處理后的原木整形壓縮、鋸材整體壓縮、單板壓縮、鋸材表層壓縮，以及高頻加熱軟化和變形固定等壓縮木加工技術體系，而且已經在木材工業(yè)界推廣應用(足立等，2006；李等，2011)。

整體壓縮是將木材軟化后在一定的壓縮率下對木材進行壓縮密實，軟化過程一般只強調達到軟化溫度并保持一定的時間，因此，多數(shù)研究都是在飽水或飽和水蒸氣軟化條件下展開的(norimoto,1993；inoueetal.,1993,1998,2000；udakaetal.,1998,2000；李，2014)。

整體壓縮能夠顯著提高軟質木材的物理、力學性能，而且壓縮處理后的木材密度更均勻，但由于軟質木材密度非常低，只有通過提高壓縮率才能得到密度高、硬度大的壓縮木，這種壓縮方式會帶來很大的木材材積損失，提高了壓縮木的制造成本。為了減少壓縮帶來的木材體積的損失，很多學者開展了表層壓縮研究。有采用200℃以上的高溫熱板加熱軟化進行表層壓縮的研究報道(涂等，2012)，但這種方式是一種單純的熱軟化方式，由于被加熱的木材含水率低，形成的壓縮層厚度非常有限，而且密度梯度大，刨光加工后壓縮層有可能消失。通過表層浸漬酚醛樹脂、乙二醛樹脂和三聚氰胺樹脂等化學聚合物的方式進行木材的表層壓縮的研究報道很多(inoueetal.,1990,1991；tokudaetal.,2003；adachietal.,2005；劉等，2002)。表層樹脂浸漬雖然能獲得表面性能顯著改善的表層壓縮木材，但采用化學聚合物浸漬處理的壓縮木存在害物質釋放問題，不容易被使用者接受。

層狀壓縮是將木材的表層或者中間層進行壓縮密實，形成壓縮層和未壓縮層同時存在的壓縮木(huangetal.,2012)。水熱控制下的層狀壓縮方式是一種新型壓縮方式。這種壓縮方式是利用木材的多孔性和各向異性的特點，通過工藝過程設計實現(xiàn)的。層狀壓縮木材，壓縮層的密度可以達到0.8g/cm³以上，未壓縮層保持原有的密度。這種壓縮方式克服了單純高溫熱軟化表層壓縮存在的壓縮層厚度小，梯度大的缺點，而且處理過程中不使用任何化學藥劑，在一定程度上可以解決整體壓縮木材損失大的問題。但是以往的這些研究僅報道了層狀壓縮可以實現(xiàn)，但未說明如何控制壓縮層形成的位置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法。本發(fā)明可以有效地實現(xiàn)木材層狀壓縮的壓縮層位置控制，實現(xiàn)了木材的選擇性定向密實化，大大地提高了木材的使用性能和使用價值，具有較高的經濟效益和社會效益。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：一種木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法，該方法包括如下具體工序：

a、預熱：將備用木材置于壓機上預加熱；

b、壓縮：用壓機對備用木材進行壓縮，壓縮速度為0.05～3mm/s；

c、保溫：壓縮完成后保溫靜置20分鐘以上；

d、降溫，打開壓機，得到層狀壓縮木材。

上述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預熱前，對含水率14％以下的木材，先采用疏水性材料進行封端處理，封端處理后用水浸泡，浸泡時間30分鐘～3小時；對含水率14％～30％的木材直接進行預熱，或者浸泡30分鐘～1小時；對含水率大于30％的木材直接進行預熱。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預熱處理時按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系或者的二次函數(shù)關系，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置，以實現(xiàn)木材的選擇性定向密實化；其中a1、a2、b2、c1和c2為系數(shù)，y1、y2為壓縮層距木材表面的距離，x1、x2為預熱溫度。前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預熱處理時按照的二次函數(shù)關系或者的指數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱處理的預熱時間來控制木材的壓縮層位置，以實現(xiàn)木材的選擇性定向密實化；其中a3、a4、b3、c3和c4為系數(shù)，y3、y4為壓縮層距木材表面的距離，x3、x4為預熱溫度。前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預加熱的溫度優(yōu)選為80～200℃。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預熱前壓機的閉合速度大于0.5mm/s。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟a中，預熱前壓機的閉合速度大于5mm/s。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟b中，壓縮速度為0.1～2mm/s。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟b中，用壓機對備用木材進行壓縮，每壓縮1～5s時間后，停止增壓5～30s，循環(huán)這個過程，直至木材達到預定壓縮程度

前述的木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法中，步驟d中，所述的層狀壓縮木材的壓縮層位置位于表層至厚度方向中間部位，且具有1個以上的壓縮層；且壓縮量用厚度規(guī)控制，壓縮量為1～20mm，在木材厚度方向的上下表層分別形成0.5～10mm的壓縮層。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明對現(xiàn)有的木材層狀壓縮方法進行了改進，可以有效地實現(xiàn)木材層狀壓縮的壓縮層位置控制，實現(xiàn)了木材的選擇性定向密實化，大大地提高了木材的使用性能和使用價格，具有較高的經濟效益和社會效益。進一步地，申請人發(fā)現(xiàn)，在預熱工序時，按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系或者的二次函數(shù)關系，通過調整預熱溫度即可精確定量地控制木材的壓縮層位置；以及，在預熱工序時，按照的二次函數(shù)關系或者的指數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱處理的預熱時間來控制木材的壓縮層位置，實現(xiàn)了木材的選擇性定向密實化。由于可以精確地定量控制木材的壓縮層，且壓縮層的密度比未壓縮層高30％以上，即密度達到0.6g/cm³以上，或者密度差0.15g/cm³以上。經檢測，表層壓縮木材的表面硬可最高提高400％，表層壓縮木材的抗彎強度可最高提高100％，彈性模量可最高提高100％。

附圖說明

圖1是木材層狀壓縮的壓縮層的形成示意圖；

圖2是預熱溫度與壓縮層形成位置的關系圖；

圖3是預熱時間與壓縮層形成位置的關系；

圖4是木材層狀壓縮壓縮層不同位置的實物照片。

具體實施方式

實施例1：木材層狀壓縮的壓縮層位置控制方法，如附圖1所示，該方法具體包括以下具體工序：

1)根據(jù)含水率不同對木材進行封端或浸泡；

含水率在14％以下的木材，采用石蠟等疏水性材料進行封端處理，后用常溫水或者100℃以下的熱水進行浸泡，也可以不封端直接浸泡，時間10分鐘～6小時，優(yōu)選30分鐘～3小時，浸泡后進行預熱處理；含水率在14％～30％的木材可以直接進行后序的預熱處理，也可以短時間浸泡，在浸泡30分鐘～3小時后進行預熱處理；含水率大于30％的木材直接用于后序的預熱處理；

2)將木材置于預加熱至70～250℃的壓機上(即將壓機的壓塊先加熱到70～250℃)，壓機預加熱溫度優(yōu)選80～200℃；

3)壓機迅速閉合，閉合速度大于0.5mm/s，優(yōu)選5mm/s以上；

4)閉合后(即當木材與壓塊接觸后)進行預熱處理，如附圖1所示，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置：

如附圖2所示，預熱處理時按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系或者的二次函數(shù)關系，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置，以實現(xiàn)木材的選擇性定向密實化；其中a1、a2、b2、c1和c2為系數(shù)，其由木材的樹種、含水率、熱壓溫度、熱壓壓力等因素決定，y1、y2為壓縮層距木材表面的距離，x1、x2為預熱溫度。

以及通過調整預熱時間來控制木材的壓縮層位置：

如附圖3所示，預熱處理時按照的二次函數(shù)關系或者的指數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱處理的預熱時間來控制木材的壓縮層位置，以實現(xiàn)木材的選擇性定向密實化；其中a3、a4、b3、c3和c4為系數(shù)，y3、y4為壓縮層距木材表面的距離，x3、x4為預熱時間；

5)預熱處理后，增壓對木材進行壓縮，其中壓縮速度0.05～3mm/s，優(yōu)選0.1～2mm/s；作為優(yōu)選方案，也可以采用間歇式壓縮，方法：用壓機對備用木材進行壓縮，每壓縮1～5s時間后，停止增壓5～30s，循環(huán)這個過程，直至木材達到預定壓縮程度；

6)壓縮量用厚度規(guī)控制，壓縮量不限，或者壓縮量為1～20mm，壓縮后在木材厚度方向的上下表層分別形成0.5～10mm的壓縮層，優(yōu)選壓縮量2～5mm，在木材厚度方向的上下表層分別形成0.5～10mm的壓縮層；

7)壓縮完成后保持20分鐘以上，優(yōu)選30～50分鐘，保溫是的溫度可以是預加熱和壓縮時的溫度，也可以升高或者降低溫度；

8)對壓板和壓縮狀態(tài)下的木材進行降溫處理，降至70℃以下，優(yōu)選60℃以下～室溫；

9)打開壓機，即獲得壓縮層位置位于表層至厚度方向中間部位的，具有1個或者兩個以上壓縮層的層狀壓縮木材。如附圖4所示，木材層狀壓縮的壓縮層在不同位置形成的實物照片圖，圖中的數(shù)字為壓縮層距離表面的距離，由圖4可以看出，通過本發(fā)明可以精確得控制木材的壓縮層位置，實現(xiàn)了木材的選擇性定向密實化。

本發(fā)明采用的材料或儀器設備如下：

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，如楊柳科的樹種、杉木、泡桐、柳杉等國產速生材，也包括所有的進口速生材；

b、將木材加工廠板材，可以是弦向板、弦徑向板、徑向板，優(yōu)選弦向板；

c、厚度為0.5～500mm，也可以是任意可加工的厚度，優(yōu)選1～150mm；

d、對鋸解后的木材板面進行刨光、砂光處理，使表面平整，或者鋸解后的板材不進行表面平整處理；

e、封端劑：石蠟等疏水性材料；

f、軟化劑：水、氨、堿性水溶液和沸點低于200℃的亞胺、酮、醚、醇、腈、酰胺、酯、羧酸中的一種或多種；

儀器設備：

a、木材浸水用容器，如水槽，尺寸應能夠將木材整體浸泡為準。

b、熱壓機，帶有降溫功能或者不帶降溫功能，優(yōu)選帶有降溫功能；

壓力不小于10kgf/cm²，一般壓力不小于50kgf/cm²的壓機，優(yōu)選30～50kgf/cm²；

最大閉合速度要求盡可能快，以不小于0.5mm/s為宜，優(yōu)選5mm/s以上；

開檔高度2～40cm，優(yōu)選5～15cm；

單層或者多層；

最高溫度應達到220℃，優(yōu)選200℃。

實施例2：壓縮層位置與預熱溫度和時間的擬合方程如表1所示，

表1

申請人以厚度為25mm的木材進行試驗，要求壓縮量為5mm，預熱處理時分兩組進行試驗，第一組設定預熱溫度為變量x1(或x2)，預熱時間定為720秒，按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系或者的二次函數(shù)關系，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置，以實現(xiàn)木材的選擇性定向密實化；第二組設定預熱時間為變量x3和x4，預熱溫度為180℃，按照的二次函數(shù)關系或者的指數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱時間來控制木材的壓縮層位置。

如楊木等常規(guī)木材，含水率對上述擬合方程中的系數(shù)具有影響，經申請人反復試驗后發(fā)現(xiàn)，如楊木等常規(guī)木材，含水率對擬合方程中各系數(shù)的影響如下表2：

表2

從上表中可以看出，不同的含水率下各擬合方程的系數(shù)是可以確定的，每個具體的含水率值一般對應的上述方程中的系數(shù)也是具體和確定的。

表3

表3為預熱溫度和時間與壓縮層位置的試驗結果，從表3可以看出，第一組預熱處理的預熱時間規(guī)定為720s，按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置。當含水率為12％時，第一組的系數(shù)a1和c1分別為7.5091和31.53(通過歸納已知，其它特定條件下的系數(shù)均可通過采樣進行歸納作為已知條件)，在設定預熱溫度為120℃，壓縮層距表面距離為4.42mm，在設定預熱溫度為180℃，壓縮層距表面距離為7.46mm，由此可以得出按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關系，通過調整預熱溫度來控制木材的壓縮層位置。

第二組預熱處理的預熱溫度規(guī)定為180℃，按照的函數(shù)關系，通過調整預熱時間來控制木材的壓縮層位置。當含水率為12％時，第一組的系數(shù)a3、b3和c3分別為1e-05、0.008和0.999，在設定預熱時間為40s，壓縮層距表面距離為1.34mm，在設定預熱時間為480s，壓縮層距表面距離為7.14mm，由此可以得出按照的函數(shù)關系，通過調整預熱時間來控制木材的壓縮層位置。