本發(fā)明涉及一種木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法，涉及木地板和家具領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水熱控制下的層狀壓縮方式是一種新型壓縮方式。層狀壓縮是將木材的表層或者中間層進(jìn)行壓縮密實(shí)，形成壓縮層和未壓縮層同時(shí)存在的壓縮木(huangetal.,2012)。這種壓縮方式是利用木材的多孔性和各向異性的特點(diǎn)，通過工藝過程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。層狀壓縮木材，壓縮層的密度可以達(dá)到0.8g/cm³以上，未壓縮層保持原有的密度；硬度最高能夠提高500％以上；表層壓縮木材的抗彎強(qiáng)度提高200％以上，彈性模量提高200％以上。這種壓縮方式克服了單純高溫?zé)彳浕韺訅嚎s存在的壓縮層厚度小，梯度大的缺點(diǎn)，而且處理過程中不使用任何化學(xué)藥劑，在一定程度上可以解決整體壓縮木材損失大的問題。以往對層狀壓縮方式壓縮后的木材的密度梯度和密度分布等與層狀壓縮形成以及硬度、強(qiáng)度等性能方面、變形固定等方面已經(jīng)有一些研究報(bào)道，但這些研究僅報(bào)道了層狀壓縮可以實(shí)現(xiàn)，但未說明如何控制壓縮層的厚度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法。本發(fā)明可以有效地實(shí)現(xiàn)木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制，實(shí)現(xiàn)了木材的選擇性定向密實(shí)化，大大地提高了木材的使用性能和使用價(jià)值，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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

a、對木材用水進(jìn)行浸泡；

b、再將木材置于預(yù)加熱至70～250℃的壓機(jī)上；

c、壓機(jī)迅速閉合，對木材進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理時(shí)間根據(jù)壓縮層形成的位置確定；

d、用壓機(jī)對木材進(jìn)行壓縮，壓縮速度為0.05～3mm/s；

e、保溫：壓縮完成后保溫靜置20分鐘以上；

f、降溫，打開壓機(jī)，得到層狀壓縮木材。

上述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟a中，所述的木材選用密度在0.20-0.70g/cm³的木材。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟a中，預(yù)熱前，對含水率14％以下的木材，先采用疏水性材料進(jìn)行封端處理，封端處理后用水浸泡，或者不封端，直接用水浸泡，浸泡時(shí)間30分鐘～3小時(shí)；對含水率14％～30％的木材直接進(jìn)行預(yù)熱，或者浸泡30分鐘～1小時(shí)；對含水率大于30％的木材直接進(jìn)行預(yù)熱。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟c中，預(yù)熱處理時(shí)按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關(guān)系或者的二次函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱溫度來控制木材的壓縮層位置，以實(shí)現(xiàn)木材的選擇性定向密實(shí)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(yù)熱溫度。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟c中，預(yù)熱處理時(shí)按照的二次函數(shù)關(guān)系或者的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱處理的預(yù)熱時(shí)間來控制木材的壓縮層位置，以實(shí)現(xiàn)木材的選擇性定向密實(shí)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(yù)熱時(shí)間。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟d中，壓縮后在木材厚度方向的上下表層或者厚度方向的任意位置分別形成0.5～10mm的壓縮層。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟d中，壓縮后在木材厚度方向的上下表層或者厚度方向的任意位置分別形成1～2.5mm的壓縮層。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟d中，壓縮速度為0.1～2mm/s。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟d中，用壓機(jī)用木材進(jìn)行壓縮，每壓縮1～5s時(shí)間后，停止增壓5～30s，循環(huán)這個(gè)過程，直至木材達(dá)到預(yù)定壓縮厚度。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟c中，預(yù)熱的溫度優(yōu)選為90～200℃。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟c中，預(yù)熱前壓機(jī)的閉合速度大于5mm/s。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，步驟e中，壓縮完成后保溫靜置30-50分鐘。

前述的木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法中，木材的壓縮層位置確定后，通過砂光進(jìn)一步控制壓縮層的厚度。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用水熱控制方法，開發(fā)了實(shí)體木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制技術(shù)，選擇地將需要強(qiáng)化的部分壓縮增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了木材的選擇性定向密實(shí)化，包括壓縮層位置和壓縮層厚度的定向密實(shí)化，如附圖2所示。

(2)這種控制方法在生產(chǎn)上可以根據(jù)木制品生產(chǎn)工藝的要求，確定壓縮層的位置，即最大密度出現(xiàn)的位置和厚度，如砂光0.5mm，就調(diào)整工藝，使壓縮層位于表層下0.5mm，使層狀壓縮木材刨光或者砂光后壓縮層正好位于表層，保證低密度木材的表層密度既能達(dá)到使用要求，也可以減少壓縮的損失。如果壓縮層位置不可控，也就是目前的濕熱軟化木材壓縮技術(shù)提供的方法，密度最大的位置出現(xiàn)在表面或者表層，木材加工過程中，經(jīng)砂光或者刨光處理后，把密度最大的部分去掉了，既影響木材的使用性能，又造成很大的木材浪費(fèi)。

(3)經(jīng)申請人試驗(yàn)，本發(fā)明可以達(dá)到以下的性能指標(biāo)：

a、層狀壓縮木材的壓縮層位置可以控制在表層至厚度方向中心位置的厚度方向上的任何層面上的壓縮層厚度0.2～20mm；

b、層狀壓縮木材壓縮層的密度比未壓縮層高30％以上，即密度達(dá)到0.6g/cm³以上，或者密度差0.15g/cm³以上；

c、表層壓縮木材的表面硬度可最高提高500％；

d、表層壓縮木材的抗彎強(qiáng)度可最高提高200％，彈性模量可最高提高200％。

附圖說明

圖1是木材層狀壓縮的壓縮層的形成過程圖；

圖2是層狀壓縮木材壓縮層增厚控制下的剖面密度分布圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：木材層狀壓縮的壓縮層厚度控制方法，如附圖1所示，該方法具體包括以下具體工序：

1)木材含水率：木材含水率從絕干到飽水狀態(tài)的木材

含水率14％以下的木材，石蠟等疏水性材料進(jìn)行封端處理后用常溫水或者加熱水至100℃以下的水浸泡，或者不封端直接浸泡，時(shí)間10分鐘～6小時(shí)，優(yōu)選30分鐘～3小時(shí)；含水率14％～30％的木材可以直接使用，也可以短時(shí)間浸泡，浸泡時(shí)封端或者不封端，時(shí)間依據(jù)目標(biāo)壓縮層位置確定；含水率大于30％的木材直接進(jìn)行預(yù)熱；

2)木材厚度：(根據(jù)預(yù)設(shè)的壓縮層厚度、木材的原始密度確定和密度的最終要求確定)，木材的厚度為目標(biāo)厚度+壓縮層厚度的1倍以上；

壓縮層厚度0.2mm～20mm時(shí)，壓縮用木材的厚度為目標(biāo)厚度+0.5mm～40mm；

2)置于預(yù)加熱至70～250℃的壓機(jī)上，壓機(jī)預(yù)加熱溫度優(yōu)選90～200℃；

3)壓機(jī)迅速閉合，閉合速度大于0.5mm/s(這個(gè)要求盡可能快)，優(yōu)選5mm/s以上；

4)閉合后進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱處理時(shí)間根據(jù)壓縮層形成的位置確定；

5)壓縮層位置方案確定后或達(dá)到預(yù)定的預(yù)熱時(shí)間后，開始實(shí)施壓縮，采用直接壓縮或者間歇式壓縮方式壓縮；

壓縮速度0.05～3mm/s，優(yōu)選0.1～2mm/s；也可以采用間歇式壓縮，方法：壓機(jī)閉合后，進(jìn)行0～40s的木材預(yù)加熱處理，開始進(jìn)行間歇性加壓漸進(jìn)增厚壓縮處理。每次增壓間隔20s，直至木材達(dá)到預(yù)定壓縮厚度；

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或者厚度方向的任意位置分別形成0.5～10mm的壓縮層，優(yōu)選壓縮量，壓縮完成后，在木材厚度方向的上下表層或者厚度方向的任意位置分別形成1～2.5mm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(yù)加熱和壓縮時(shí)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(jìn)行降溫處理，降至70℃以下，優(yōu)選60℃以下～室溫；

9)打開壓機(jī)，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(gè)或者兩個(gè)以上壓縮層的各種壓縮層厚度的層狀壓縮木材。

本發(fā)明采用的材料或儀器設(shè)備如下：

材料：

a、密度在0.20-0.70g/cm³的木材，或者密度0.70g/cm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(chǎn)速生材，也包括所有的進(jìn)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(jìn)行刨光、砂光處理，使表面平整，或者鋸解后的板材不進(jìn)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(diǎn)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(shè)備：

a、木材浸水用容器，如水槽，尺寸應(yīng)能夠?qū)⒛静恼w浸泡為準(zhǔn)；

b、熱壓機(jī)，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(jī)就行，優(yōu)選30～50kgf/cm²；

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

開檔高度2～40cm，優(yōu)選5～15cm；

單層或者多層；

溫度達(dá)到250℃。

實(shí)施例2：壓縮層位置與預(yù)熱溫度和時(shí)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(jìn)行試驗(yàn)，要求壓縮量為5mm，預(yù)熱處理時(shí)分兩組進(jìn)行試驗(yàn)，第一組設(shè)定預(yù)熱溫度為變量x1(或x2)，預(yù)熱時(shí)間定為720秒，按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關(guān)系或者的二次函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱溫度來控制木材的壓縮層位置，以實(shí)現(xiàn)木材的選擇性定向密實(shí)化；第二組設(shè)定預(yù)熱時(shí)間為變量x3和x4，預(yù)熱溫度為180℃，按照的二次函數(shù)關(guān)系或者的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱時(shí)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(jīng)申請人反復(fù)試驗(yàn)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(gè)具體的含水率值一般對應(yīng)的上述方程中的系數(shù)也是具體和確定的。

表3

表3為預(yù)熱溫度和時(shí)間與壓縮層位置的試驗(yàn)結(jié)果，從表3可以看出，第一組預(yù)熱處理的預(yù)熱時(shí)間規(guī)定為720s，按照y1＝a1ln(x1)-c1的對數(shù)函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱溫度來控制木材的壓縮層位置。當(dāng)含水率為12％時(shí)，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(jìn)行歸納作為已知條件)，在設(shè)定預(yù)熱溫度為120℃，壓縮層距表面距離為4.42mm，在設(shè)定預(yù)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(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱溫度來控制木材的壓縮層位置。

第二組預(yù)熱處理的預(yù)熱溫度規(guī)定為180℃，按照的函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱時(shí)間來控制木材的壓縮層位置。當(dāng)含水率為12％時(shí)，第一組的系數(shù)a3、b3和c3分別為1e-05、0.008和0.999，在設(shè)定預(yù)熱時(shí)間為40s，壓縮層距表面距離為1.34mm，在設(shè)定預(yù)熱時(shí)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(guān)系，通過調(diào)整預(yù)熱時(shí)間來控制木材的壓縮層位置。