專利名稱：一種表面增強型木材型材及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種表面增強型木材型材及其制造方法，屬于木材功能性改良和木材加工領域。
背景技術：
木材是四大材料中唯一可以再生的材料。但珍貴樹種木材的過度砍伐已嚴重影響了生態(tài)環(huán)境，珍貴樹種生長慢，砍伐量也越來越小，使珍貴木材價格日益增長。另一方面，為滿足人們對實木的需求，世界各地大量種植速生林，速生材成熟期一般1(Γ15年，生長速度快?？茖W研究表明林木每生長1立方米，平均約吸收1. 83噸二氧化碳。目前，全球森林資源銳減，減弱了對大氣中二氧化碳的吸收，成為導致全球氣候變化的重要因素之一。因為， 種植速生材也是低碳經(jīng)濟的重要組成部分。人工林木材主要包括楊木、杉木、馬尾松、落葉松、泡桐等樹種，它具有生長速度快、產(chǎn)量高、采伐周期短等特點，由于其生長速度快、材質(zhì)較差、密度及表面硬度低等缺陷限制了其應用范圍。很難應用于附加值高的實木地板、家具等領域。目前，速生材多應用于人造板、造紙等低附加值產(chǎn)品，速生材價值低，影響林農(nóng)種植積極性，不利于生態(tài)林業(yè)建設。目前，對速生林木材進行增強處理的方法有化學藥劑浸漬法和壓縮法。化學藥劑漬法是使用化學藥劑，如酚醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂或其他復合的化學溶劑來浸漬板材，然后再經(jīng)過一定的壓縮及干燥過程得到成品，得到的產(chǎn)品能在一定程度上提高原速生木材的抗彎強度和尺寸穩(wěn)定性。該技術主要由日本、原蘇聯(lián)及歐洲等使用較多。我國也有企業(yè)生產(chǎn)浸漬木，但設備、工序復雜，生產(chǎn)成本高。由上可以看出上述方法獲得的型材及生產(chǎn)過程均具有化學和有機物，會給環(huán)境帶來傷害。另外一種途徑提高型材的力學性能是采用壓縮的方法，很早就已經(jīng)開始了壓縮木的研究，在上世紀初美國就掌握了制造壓縮木的技術；德國在二戰(zhàn)之前就已經(jīng)有壓縮木的成品；前蘇聯(lián)則在1931年制訂出了爐中加熱壓縮法和蒸煮壓縮法的工藝。但是壓縮木的回彈嚴重，尤其是在有水條件下更為嚴重。為了改進壓縮木的缺點，常采用蒸汽或樹脂固定壓縮木回彈的方法，如，1996年方桂珍等使用不同濃度的低分子量三聚氰胺一甲醛(MF)樹脂為固定木材壓縮變形的交聯(lián)劑浸漬大青楊，處理材ASE為47%，MEE為36%，經(jīng)濃度為10%的交聯(lián)劑處理的試件，壓密后室溫下浸水可完全保持其固定變形；17. 5%和25%濃度的交聯(lián)劑處理的試件，在沸水中也保可持其變形。或用低分子量PF樹脂處理大青楊木材，提高了木材的尺寸穩(wěn)定性和力學強度。壓縮法由于也使用了各種化學藥劑處理，生產(chǎn)成本有不同程度的提高，而且板材使用中也會有不同程度的化學藥劑釋放，對環(huán)境及人體健康不利。近年來也有熱壓方法強化軟質(zhì)速生木材的方法，如，發(fā)明專利“木材熱壓炭化強化方法”(公告號200810059214. 0)是在160°C 260°C溫度條件下保溫10 240分鐘，通過控制壓縮率，使木材得到增強。這種方法時間長，是整體壓縮，成本較高。發(fā)明專利“表面強化實木型材、地板及其制造方法”(公開號200910099265. 0)，是在210°C 250°C溫度條
3件下保溫20 60分鐘，通過控制壓縮率，使木材得到增強。但這種方法得到的表面增強木材，所需要時間長，生產(chǎn)效率低，成本較高，而且在長期高溫下，木材易燒焦，影響木材美觀。 發(fā)明專利“一種實木地板”(公開號200910101611. 4)是在190°C 250°C溫度條件下保溫 20 60分鐘，通過控制壓縮率，使木材得到增強。這種方法得到的表面增強木材，所需要時間長，生產(chǎn)效率低，成本較高，而且在長期高溫下，木材易燒焦，影響木材美觀。中國專利文獻CN101486212A公開了 “壓縮炭化楊木三層實木復合地板的生產(chǎn)方法”技術專利，其公開的面層材料的制備將速生材楊木鋸剖成板材，經(jīng)干燥、刨削、根據(jù)壓縮率(壓縮率30%、 40%、50%、60%)和面板的厚度為2 4mm加工成含水率為20 40%的楊木薄板，板在壓機中被壓縮到所需的壓縮率，壓縮時的溫度70 110°C，施加的壓力根據(jù)薄板設計的壓縮率而確定；壓縮后的板在一定的壓力條件下或在特制的夾具中進行炭化固定，炭化過程在熱壓機中進行或在特制的夾具中進行，炭化溫度為190 220°C，時間1. 5 5小時，炭化裝置設有排氣孔；炭化處理結(jié)束后，在一定的壓力條件下將楊木薄板溫度降至40 60°C，取出楊木薄板，用寬帶砂光機砂去顏色變深的外層，砂光后的楊木薄板厚度在2 4mm?，F(xiàn)有技術的上述方案，楊木的含水率大，在纖維飽和點左右，在70 110°C的條件下進行干燥后木材收縮率很大會導致木材的殘余應力也很大，然后在190 220°C條件下炭化時，使得木材很容易開裂，而且木材壓縮率大，形成了整體壓縮，木材損耗率大，炭化裝置設有的排氣孔，會使得壓縮出來的木材表面出現(xiàn)凹凸不平的點，經(jīng)砂光后，這些點所在的位置會使得這一區(qū)域硬度降低，而且后期又沒有進行含水率調(diào)濕處理，會使得木材在使用過程中因吸濕而產(chǎn)生變形；這樣的工藝也不能利于產(chǎn)業(yè)化的運作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用用熱壓方法將軟質(zhì)木材加工而成的表面增強型木材型材，其力學性能好、尺寸穩(wěn)定性好、不易回彈，環(huán)保健康。本發(fā)明的表面增強的木材型材，包括增強層和自然層，所述增強層在所述自然層的表面，所述增強層的密度是自然層的密度的1. 3 3倍，所述增強層的含水率較自然層低 1 6%，所述增強層的厚度為0. 2 10mm。本發(fā)明的表面增強的木材型材，所述增強層是通過將自然層的表面熱壓后得到的。 優(yōu)選地，本發(fā)明的表面增強的木材型材其增強層比自然層顏色深，增強層與自然層的色差值Δ Eab*值為10 50。優(yōu)選地，所述表面增強的木材型材，其增強層的密度為0. 6 1. 3g/cm3,自然層的密度為 0. 35 0. 65g/cm3。優(yōu)選地，本發(fā)明的表面增強的木材型材，其木材型材取材于密度小于0. 65 g/cm3 的軟質(zhì)木材。優(yōu)選地，所述木材型材取材于速生材楊木、杉木、南方松、馬尾松等軟質(zhì)木材。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述表面增強型木材型材取材于速生材楊木的木材型材，所述增強層的密度為0. 5 1. 2g/cm3,自然層的密度為0. 40 0. 60g/cm3。本發(fā)明的表面增強的木材型材，可用于制造實木地板、實木家具或?qū)嵞緩秃系匕宓拿姘?、木門、家具面板等。本發(fā)明還提供上述表面增強的木材型材的制造方法，包括如下步驟(1)選材加工，將木材加工、干燥為含水率為4 15%的坯料；
(2)熱壓，將步驟(1)的坯料進行熱壓，在坯料表面形成增強層，熱壓溫度為230 320°C，熱壓時間30 600S，熱壓的壓力為6 15Mpa ；
(3)泄壓，熱壓過程結(jié)束后，緩慢泄壓，取出步驟(2)加工后的木料于冷壓條件或負壓條件下冷卻，經(jīng)養(yǎng)生或含水率恢復(含水率平衡)后得到。優(yōu)選地，上述制備方法中，其熱壓步驟中的壓合速度為0. 5 7mm/s。優(yōu)選地，上述制備方法中，其熱壓步驟中坯料的壓縮率為5% 20%。具體地，在制造過程中，先制材和干燥，所用的低密度軟質(zhì)木材，在制材過程中做好下鋸法，多出弦切板，提高木材的出材率；對制材得到的木材坯料，堆垛時隔條間距盡可能要小，一般間距為15 30cm，可以提高木材干燥的平整度，提高木材合格率。為了防止木材發(fā)霉，應該盡快堆垛干燥。堆垛好的木材被放入干燥設備中進行干燥處理，經(jīng)干過養(yǎng)生等，使燥后使木材的含水率降為4 15%，殘余應力指標小于2. 0%?；虺龈G后，通過含水率進一步均勻，殘余應力指標減小。對于干燥過程，優(yōu)選地采用氣干與窯干聯(lián)合干燥法。速生材在干燥過程中容易產(chǎn)生皺縮。因為，速生材在干燥過程中水分容易流失，當采用氣干時，白天起到干燥的作用，晚上起到平衡的作用，使木材在橫斷面上的分層含水率偏差小，從而不容易產(chǎn)生皺縮和開裂， 采用氣干先使木材的含水率降低到25%后，已渡過木材易皺縮含水率40 60%，再采用窯干常規(guī)干燥時，就不容易出現(xiàn)干燥缺陷，而且還是一種節(jié)能環(huán)保的干燥方法。木材表面增強處理?？蓪⒏稍锖玫暮蕿? 15%的木材置于熱壓機上熱壓， 迅速閉合熱壓機熱壓板，熱壓板的溫度為230 320°C，施加的壓力為6 15Mpa，熱壓時間為 3(T600s，熱壓結(jié)束后緩慢泄壓，取出木材置于冷壓機上冷卻或木材上面負壓塊置于地面上冷卻，經(jīng)養(yǎng)生或含水率恢復后而得。230 320°C的熱壓板迅速閉合熱壓機壓至要求厚度，使熱壓板接觸木材，使木材表面軟化加壓形成密實的增強層，并在高溫的條件下保持較短的時間30 600s快速軟化定形，同時使木材增強層顏色變略深至深，一般呈黃色、褐色、咖啡色，黑色，同時自然層仍保持木材原來的顏色。使木材表面紋理更清晰，提高木材的表面裝飾效果，然后再緩慢泄壓，以防止木材發(fā)生鼓泡，取出型材，置于冷壓機上冷卻或木材上面負壓條件下冷卻。為了得到更好的型材表面質(zhì)量，如果要得到單面增強或兩面增強，只需要進行壓刨，如果要進行四面增強則要通過四面刨機床進行四面刨光。冷卻后的表面增強型材根據(jù)使用區(qū)域不同， 把木材含水率控制到比使用區(qū)域平衡含水率低2 4%的范圍。如果含水率過底，應放入干燥窯進行含水率恢復處理，也可置于室內(nèi)養(yǎng)生或放入平衡房內(nèi)進行含水率平衡處理。如含水率在要求的范圍，可直接使用。本發(fā)明的表面增強型木材型材，其增強層的顏色比自然層的顏色深，增強層比自然層顏色深，增強層與自然層的色差值Δ Eab*值為10 50，增強層一般呈黃色、褐色、咖啡色，黑色，自然層保持木材原來的顏色，使木材表面的紋理更加顯現(xiàn)出來，呈現(xiàn)出更優(yōu)秀的木材紋理微環(huán)境視覺特性。增強層是在自然層上直接熱壓得到，增強層和自然層之間自然連接，不需要另外的粘合劑粘合，更環(huán)保、健康。增強層的厚度為0. 2 10mm，使得木材的出材率更高，克服了整體壓縮時的木材損耗量，及容易壓裂的缺陷；增強層的含水率較自然層低1 6%，使得型材密實層的尺寸穩(wěn)定性更好，從而強化整個型材的穩(wěn)定。
本發(fā)明的表面增強型木材型材是木制品加工利用的好材料，其熱壓強化后的型材表面硬度大大增強，可達到高檔硬質(zhì)木料的標準，而且整體含水率穩(wěn)定，根據(jù)所得到的型材尺寸規(guī)格、色澤要求，配合普通油漆涂裝工藝、套色互對印刷技術、表面雕刻等處理，從而能制造出實木地板、實木家具或?qū)嵞緩秃系匕宓拿姘?、木家具面板等高附加值木制品。采用復合式的?lián)合干燥工藝，克服了速生材在干燥過程中容易產(chǎn)生干燥皺縮的缺陷，使干燥得到的木材含水率低，木材內(nèi)部含水均勻，殘余應力小，避免木材在后續(xù)的熱壓固定過程中容易變形，泄壓時容易鼓泡，同時使熱壓固定得到的表面增強層回彈率大大降低，型材在使用過程中不易變形。采用熱壓固定一次成型技術，在高溫條件下，通過控制熱平板與木材表面接觸的時間、接觸方式，控制表面增強層的顏色的深淺和變色的厚度，快速使表面增強層得到固定。通過控制溫度和接觸時間，使木材表面材色變深，紋理更清晰，裝飾性能得到改善，同時又使自然層保持了其原來的顏色。本技術方案生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過程中無廢水、廢氣物產(chǎn)生，生產(chǎn)過程環(huán)保，可實現(xiàn)多層熱壓(型材的多個表面都經(jīng)過熱壓形成增強層)，可連續(xù)化、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的表面增強型木材型材，是通過將木材的物理性能進行改良，增強木質(zhì)的硬度，解決了軟質(zhì)木材的質(zhì)軟、密度小、容易開裂變形等缺陷。本發(fā)明的表面增強型木材型材，壓縮后穩(wěn)定性好、回彈性小、不易變形；而且制備過程，木材損耗小，不需要浸漬樹脂等會導致環(huán)境污染的化學物質(zhì)，出材率高；制備過程簡單、能耗低，得到的表面增強型型材表面硬中間軟，或表面硬底部軟，尺寸穩(wěn)定性好，環(huán)保健康，用途廣泛，裝飾性的效果好。


圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，單面增強的表面增強型木材型材的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，兩面增強的表面增強型木材型材的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施例中，四面增強的表面增強型木材型材的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1
選用楊木原木，通過制材采用三面下鋸法使楊木盡可能多地出弦切板實木地板規(guī)格坯料，規(guī)格為930 X 135 X 26mm,采用氣干與窯干聯(lián)合干燥方法，采用氣干干燥(晝夜平均溫度 25. 3°C，晝夜平均風速2. lm/s，時季9月份)，使木材含水率低25%左右時，移動到干燥窯按表一生產(chǎn)型工藝進行干燥。干燥坯料含水率到8%左右，經(jīng)四面刨進行四面光處理得到四面光板。
權利要求
1.一種表面增強型木材型材，其特征在于，包括增強層和自然層，所述增強層在所述自然層的表面，所述增強層的密度是自然層的密度的1. 3 3倍，所述增強層的含水率較自然層低1 6%，所述增強層的厚度為0. 2 10mm。
2.如權利要求1所述的表面增強型木材型材，其特征在于，所述增強層是通過將自然層的表面熱壓后得到的。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種木材表面增強型材，其特征在于，增強層比自然層顏色深，增強層與自然層的色差值Δ Eab*值為10 50。
4.如權利要求1所述的表面增強型木材型材，其特征在于，所述增強層的密度為0.6 1. 3g/cm3,自然層的密度為0. 35 0. 65g/cm3。
5.如權利要求1所述的表面增強型木材型材，其特征在于，所述木材型材取材于密度小于0.65 g/cm3的軟質(zhì)木材。
6.如權利要求5所述的表面增強型木材型材，其特征在于，所述木材型材取材于速生材楊木、杉木、南方松、馬尾松。
7.如權利要求6所述的表面增強型木材型材，其特征在于，取材于速生材楊木的木材型材，所述增強層的密度為0. 5 1. 2g/cm3,自然層的密度為0. 40 0. 60g/cm3。
8.如權利要求1所述的表面增強型木材型材，其特征在于，用于制造實木地板或?qū)嵞炯揖?，或用于制造實木復合地板的面板、木門或家具面板。
9.如權利要求1所述的表面增強的木材型材的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選材加工，將木材加工、干燥為含水率為4 15%的坯料；(2)熱壓，將步驟(1)的坯料進行熱壓，在坯料表面形成增強層，熱壓溫度為230 320°C，熱壓時間30 600S，熱壓的壓力為6 15Mpa ；(3 )泄壓，熱壓過程結(jié)束后，緩慢泄壓，取出步驟(2 )加工后的木料于冷壓條件或負壓條件下冷卻，經(jīng)含水率平衡后得到。
10.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，熱壓步驟中的壓合速度為0.5 7mm/ s，熱壓步驟中坯料的壓縮率為5% 20%。
11.如權利要求9所述的制造方法，其特征在于，選材加工中，干燥方式為氣干與窯干聯(lián)合干燥法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面增強型木材型材及其制造方法，屬于木材功能性改良和木材加工領域。包括增強層和自然層，所述增強層在所述自然層的表面，所述增強層的密度是自然層的密度的1.3～3倍，所述增強層的含水率較自然層低1～6%，所述增強層的厚度為0.2～10mm。所述增強層是通過將自然層的表面熱壓后得到的。本發(fā)明的表面增強型木材型材可用于制造實木地板、實木家具或?qū)嵞緩秃系匕宓拿姘?、木門、家具面板。本發(fā)明的表面增強型木材型材，其尺寸穩(wěn)定性好，環(huán)保健康。
文檔編號B27K7/00GK102554992SQ20101061430
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者于學利, 涂登云 申請人:于學利, 涂登云