專利名稱：新型材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來生產(chǎn)具有可控的彎曲性質(zhì)的木材的工藝。該工藝可以用來生產(chǎn)一種具有高彈性度和高度的彎曲能力的木材。所得到的木材可以容易地變形成想要的形狀，此后還能以一種簡單的方式固定此一形狀，致使該木材重新獲得正常的彎曲性質(zhì)，同時該形狀已經(jīng)永久地改變了。本發(fā)明還涉及一種已經(jīng)用上面提到的工藝生產(chǎn)的木材。
發(fā)明的背景人類從遠(yuǎn)古時代起就已經(jīng)使用由彎曲的木材制成的結(jié)構(gòu)和物品。由于木材是堅硬的材料，所以在成形和彎曲之前必須使木材軟化，以便木材不致開裂。傳統(tǒng)上，此一軟化曾經(jīng)用加熱來實現(xiàn)，要不然的活，用加熱和潮濕(例如用水蒸氣)的組合來實現(xiàn)。木材還曾經(jīng)通過用化學(xué)品，諸如氨、聚乙二醇和吡啶之類，浸漬它來軟化。
在現(xiàn)代，具有高度彎曲和成形柔曲性的改性木材也已經(jīng)被開發(fā)出來。一種工藝基于粘合起來形成層積結(jié)構(gòu)的薄木材圓盤，該結(jié)構(gòu)的撓曲性大于未加工的木材的撓曲性。此一工藝的例子在JP，A，9/70804和JP，A，7/246605中描述。然而，在這些文件中描述的材料的柔曲性全都不能完全令人滿意。與彎曲步驟有關(guān)需要加熱。最后，在已經(jīng)發(fā)生想要的變形之后該木材不能恢復(fù)其正常的剛度。因而需要改進的工藝，用以暫時地提高木材的彈性并用以在發(fā)生了想要的彎曲之后把此一彈性再次降低到正常水平。
發(fā)明概要現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，借助于包括以下步驟的工藝，有可能大大提高散孔木材的彈性和可彎性a)供給散孔木材的樣品；以及b)用至少500bar的壓力均勻地壓制a)中的樣品。
通過把該木材樣品在一種液體中浸漬一段時間，該段時間長得足以使該液體能滲透整個該木材樣品，然后干燥該樣品，再次提高該剛度。發(fā)明的詳細(xì)描述定義這里使用的“均勻壓制”一詞涉及用沿空間中的所有方向大小相等的壓力來壓制。用這種性質(zhì)的壓力來壓制木材在WO 95/13908中描述。“散孔木材”是其中脈管均勻分布并且在整個年輪上有著幾乎均一的尺寸的木材。有散孔木材的樹木的例子是榿樹、山楊、樺樹、山毛櫸、槭樹、桉樹、加拿大糖槭、新疆白樺、歐亞槭、紅花槭、多花藍果樹、膠皮楓香樹、脂楊、歐洲水青岡、Banksia prionotes和Banksiailicifolia。
“木材樣品(wood specimen)”一詞在這里用來簡稱散孔木材的樣品。一個“復(fù)合木材樣品”指的是這樣一個樣品，該樣品包括若干個較小的散孔木材樣品，后者已經(jīng)在構(gòu)成的樣品中平行于纖維的方向地粘合在一起。原則上，適用于木材的大多數(shù)類型的膠在生產(chǎn)復(fù)合木材樣品時都可以使用?？梢蕴岬降睦邮抢渌z、熱熔膠、溶劑基膠、乳化液基膠以及有著一種或兩種組分的聚合基膠。特別是可以使用含有聚乙酸乙烯酯乳化液、PVC、聚苯乙烯、尿素、蜜胺、蜜胺甲醛、苯酚和聚氨酯的膠。根據(jù)給定的條件選擇適用的膠類型對于本專業(yè)的技術(shù)人員是很簡單的。
“液體”一詞在這里用來簡稱一種能夠滲透散孔木材的液體。這種液體的例子是水和按1/100～100/1的重量比率的亞麻籽油/松節(jié)油。該液體還可以包含諸如染料之類的其他物質(zhì)和提高防腐性和耐火性的物質(zhì)。
下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在諸附圖中


圖1示出如何靠根據(jù)權(quán)利要求1的工藝來改變彈性；圖2A示出一個已經(jīng)直接從樹干切下的圓盤。圖2B示出該圓盤的水平橫截面。畫出了年輪。圖2C(以水平橫截面)示出該圓盤結(jié)合在水中的浸漬的成形，而圖2D示出在干燥之后得到的碗形物的水平橫截面。
圖3示出可以如何通過均勻地壓制鋸切并粘合成特定圖案的散孔木材來生產(chǎn)具有高彈性度的復(fù)合木材樣品。在此一圖中完全畫出了年輪；以及圖4示出使用由已經(jīng)借助于根據(jù)本發(fā)明的工藝提高了其彈性的散孔木材樣品生產(chǎn)的復(fù)合木材樣品的彎曲實驗的結(jié)果。圖5簡要地介紹用來測定根據(jù)本發(fā)明的木材的彈性模量的設(shè)備。該測定依據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 310來進行。
圖6～圖8是表示作為撓度的函數(shù)的力的圖。圖7和圖8公開了針對本發(fā)明的木材的結(jié)果，而圖6給出未經(jīng)均勻地壓制的木材的結(jié)果。
發(fā)明的詳細(xì)描述如上面已經(jīng)指出的那樣，本發(fā)明基于以下意外的發(fā)現(xiàn)，即在用至少500bar的壓力均勻地壓制木材之后散孔木材樣品的彈性大大提高。沒有把本發(fā)明依賴于任何具體的原理，假定在均勻壓制之后彈性的提高是由于相當(dāng)大并在散孔木材中均勻分布的脈管或管孔以有序的結(jié)構(gòu)癟塌。纖維的強度似乎未改變，因為破壞纖維所需的力與普通木材相同。因而不是在所有的方向都出現(xiàn)提高了的彈性。
圖1示出在根據(jù)本發(fā)明的均勻壓制之后在散孔木材中如何改變彈性。圖1A示出一個散孔木材的樣品，其中纖維從ABCD表面向EFGH表面取向。在ABCD表面畫出了年輪。圖1b示出該木材樣品的DCGH側(cè)面。因而這里纖維從DC邊向GH邊取向。如果壓力施加在寬度DH的中部，則不可能觀察到彈性的任何提高。圖1c示出上述樣品的ABCD側(cè)面。相形之下，如果壓力施加在寬度AD的中部，則有可能觀察到彈性的顯著提高。此一結(jié)果示于圖1d。通過以圖1e中所示的方式把散孔木材樣品平行地粘合在一起，得到一種具有很高的彈性度的木材。
正如上面已經(jīng)提到的，還曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有可能降低已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明均勻地壓制的木材的彈性。該木材已經(jīng)在一種液體中浸漬一段時間，該段時間長得足以使該液體能滲透整個該木材樣品，之后恢復(fù)其剛度。木材為了再次恢復(fù)其剛度而需要浸漬的時間取決于所要成形的該樣品的尺寸。對于具有20×40mm的橫截面的較小的樣品，5～15分的浸漬時間就完全夠用了，但是對大樣品來說可能需要長達2小時的浸漬時間。原則上，只要該木材不被損壞而該液體仍然是液體，該浸漬可以在任何溫度下進行。該浸漬步驟可望在室溫下進行。借助于簡單的實驗，本專業(yè)的技術(shù)人員能夠在每個個別場合很容易地確定合適的浸漬時間和浸漬溫度。
沒有把本發(fā)明依賴于任何具體的原理，假定在浸漬期間，液體借助于滲透力和/或疏水性相互作用滲透到以前癟塌的管孔中，造成諸管孔恢復(fù)到其原始體積。
正如已經(jīng)提到的，本發(fā)明與把木材成形相結(jié)合，例如與制造家具相結(jié)合是十分有用的。即使是相當(dāng)復(fù)雜的形狀也能夠得到。首先生產(chǎn)一種具有提高了的彈性度的木材。如果需要，然后從所述木材鋸切一個合適的工件。然后該工件被成形為想要的形狀，例如用模板和/夾具。然后此一想要的形狀可以通過在合適的條件(如上面提到的)下在合適的液體中浸漬，繼之以干燥，來定形。
除了與所使用的壓制設(shè)備的尺寸有關(guān)的那些尺寸之外，關(guān)于木材樣品的尺寸沒有限制。然而，最好是壓制圓盤形木材樣品，而且只要壓力機的尺寸允許，具有超過2m2表面積的木材樣品可以毫不困難的被壓制。在SE-C-452 436中描述的壓力盒式壓力機代表合適的壓制裝置的例子，有關(guān)木材的均勻壓制讀者可以參照上面引述的WO95/13908。
在進行均勻壓制之前木材樣品應(yīng)該已經(jīng)干燥了。最好是含水率已經(jīng)降低到充其量活樹中的含水率的50％。然而，如果壓出的液體能夠，例如通過吸收，得到注意，或者從壓制裝置引開，也可以均勻地壓制潮濕的木材。均勻地壓制潮濕的木材的技術(shù)在WO 97/02936中描述。
下面將參照以下實施例，這些實施例是為了說明的目的給出的并且無意限制本發(fā)明，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。例1一個具有19.3cm的直徑和1cm的厚度的圓盤形木材樣品從山楊樹干切下。該圓盤被剝皮被干燥到原來的48％的含水率(見圖1A和1B)。然后以WO 95/13908中例1中所述的方式在一臺壓力盒式壓力機(ABB壓力系統(tǒng)，韋斯特羅斯，瑞典)上進行均勻壓制。最高壓力為850bar而溫度為33℃?？倝褐茣r間為2分。
以下步驟在室溫下進行。把所得到的彈性圓盤放在一個具有4cm的最大深度的碗形模板中并夾緊，致使它采取該模板的形狀(圖1C)。該模板和該木盤被浸沒在水中10分然后讓其干燥?，F(xiàn)在該圓盤的彈性已經(jīng)顯著降低而且即使在它已經(jīng)從該模板卸下之后它也保持其碗形(圖1D)。例2一個具有550×170×35mm的尺寸(圖3A，畫出了年輪)和活樹的48％的含水率的山楊樣品用作原始材料。以與例1中相同的方式均勻壓制該樣品。最高壓力1000bar，溫度34℃而壓制時間2分。壓制之后，樣品的尺寸為438×136×22mm。周圍進行手工刨削使它完全光滑。然后把該樣品沿其長度鋸開以便給出三個具有146×136×22mm的尺寸的樣品。這些樣品本身又被鋸成寬度約20mm的薄板，而且靠手工刨削把表面刨平；然后諸薄板彼此頂靠著擺放，使它們以與鋸開之前相同的方式放置(圖3B)，此外還使三個原始樣品彼此頂靠著擺放。因此，21個薄板以圖3C中所示的方式彼此頂靠著擺放。一種冷水膠(Casco 3350，卡斯科，瑞典)涂布在除了右側(cè)最外邊的薄板之外的所有薄板的上表面上(圖3D)。然后所有薄板沿順時針方向轉(zhuǎn)過四分之一圈(圖3F)接著彼此頂靠著用夾具加壓(圖3F)；然后讓膠干燥。這造成一個具有146×410×22mm尺寸的復(fù)合木材樣品(圖3G)。沿著其長度把該樣品橫切成15mm，得到一個具有15×410×22mm尺寸的樣品。然后把此一樣品手工彎曲到它成為具有125mm內(nèi)徑的馬掌形(圖4)。沒有觀察到開裂。例3此一例子涉及本發(fā)明的木材的彈性模量的測定。用1000bar的壓力來均勻壓制作為散孔的山楊木。接著，把該木鋸成20mm×20mm×200mm的條。諸條的纖維方向與該條的縱長方向垂直。然后把諸條分成三組，A、B和C。
提供第1組(A)20mm×20mm×200mm的條。此一組的條以與D組的條相同的方式鋸開和粘合，但是該木材不被均勻壓制。
第2組(B)的條既不鋸開也不重新粘合在一起。
第3組(C)的條分別被鋸成20mm×20mm×60mm，20mm×20mm×80mm和20mm×20mm×60mm的三條。然后以這樣一種方式用與例2中相同的膠把這些條重新粘合在一起，即得到一個新的20mm×20mm×200mm的復(fù)合條，而且該條的纖維方向與該條的縱長方向垂直。
第4組(D)的條被鋸成20mm×20mm×40mm的五條。然后以以這樣一種方式用與例2中相同的膠把這些條重新粘合在一起，即得到一個新的20mm×20mm×200mm的復(fù)合條，而且該條的纖維方向與該條的縱長方向垂直。
對來自所有各組的條測定彈性模量。該測定依據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN3101973(歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會，布魯塞爾，比利時)進行。在這些實驗中所使用的設(shè)備示于圖5。兩個支點2和3之間的距離l1為150mm。一個撓曲構(gòu)件F在精確地處于支承構(gòu)件1和2之間的中央的一點使被試條撓曲。
所得到的結(jié)果匯總于表1。
表1試驗組 彈性模量A 615MPa699MPaB 347MPa319MPaC 172MPa201MPaD 25.0MPa64.2MPa與表1中給出的撓曲試驗有關(guān)并作為撓度的函數(shù)示出力的三個圖還作為圖6(試驗組A)、圖7(試驗組C)和圖8(試驗組D)提供。
應(yīng)該指出，本發(fā)明的木材(組C和組D)比起控制組(組A和組B)來具有低得多的彈性模量。從圖8還應(yīng)該指出，組D的試驗條如此柔軟，以致它在撓曲試驗期間不開裂。來自組A～C的所有試驗條全都開裂。
權(quán)利要求
1.一種用來提高散孔木材的彈性和可彎性的工藝，該工藝包括以下步驟a)供給散孔木材的樣品；以及b)用至少500bar的壓力均勻地壓制a)中的樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，該壓力至少為850bar而最好是高于1000bar，該壓制溫度充其量為40℃而最好是充其量為35℃，以及該壓制時間充其量為5分。
3.一種用來生產(chǎn)具有大大提高的彈性的復(fù)合木材的工藝，該工藝包括以下步驟a)供給至少兩個散孔木材的樣品，已經(jīng)用一種根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的工藝使該散孔木材成為彈性的；以及b)以這樣一種方式，即在所得到的復(fù)合木材樣品中纖維平行地取向，把a)中的樣品粘合在一起。
4.一種用來生產(chǎn)由散孔木材制成的成形產(chǎn)品的工藝，該工藝包括以下步驟a)供給一個散孔木材的樣品或者一個散孔木材的復(fù)合樣品，其彈性已經(jīng)借助于根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任何一項的工藝提高了b)把在a)中所得到的彈性木材樣品成形為想要的形狀，繼之以使用在該技術(shù)領(lǐng)域是通常的定形元件把該樣品定形為想要的形狀；c)把在b)中已經(jīng)得到的該定形彈性木材樣品在一種液體中浸漬一段時間，該段時間長得足以使該液體能滲透整個該木材樣品；d)干燥所得到的木材樣品；以及e)從該定形元件松開該木材樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其特征在于，該彈性木材樣品在室溫下浸漬在水中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其特征在于，該彈性木材樣品浸漬在按1/100～100/1的重量比率的亞麻籽油/松節(jié)油中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的工藝，其特征在于，該浸漬時間在5分與2小時之間。
8.一種具有提高了的彈性的散孔木材，該散孔木材是用根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任何一項的工藝生產(chǎn)的。
9.一種成形的散孔木材，該散孔木材是用根據(jù)權(quán)利要求4～6中的任何一項的工藝生產(chǎn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工藝,用以大大提高散孔木材的彈性和可彎性并包括以下步驟:a)供給散孔木材的樣品;以及b)用至少500bar的壓力均勻地壓制a)中的樣品。通過把該木材樣品在液體中浸漬長達2小時,此后該樣品被干燥,再次提高剛度。這可以當(dāng)生產(chǎn)由散孔木材制成的成型產(chǎn)品時使用。
文檔編號B27H1/00GK1275941SQ9881014
公開日2000年12月6日 申請日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月16日
發(fā)明者奧韋·林德斯特倫 申請人:庫爾特·林德赫, 倫納特·卡斯特沃爾