本发明属于木制品生产工艺技术领域，更具体地，涉及一种单侧表层压缩木及其制备方法。
背景技术：
木材单侧表层压缩是一种理想的木材改性方法，因为对于很多实木制品，如实木地板、护墙板和桌椅面等，仅对与人体接触面的木材表面力学强度有较高要求，对于这类实木制品，单侧表层压缩十分有效，并可实现最小的材积损失和最低成本。中国专利cn102423889a公开了一种“喷蒸冷却热压机和单面压缩木质板材及其生产方法”，具体生产步骤如下：把板坯放入两块热压板间，对下热压板加热至一定温度，下热压板相对于上热压板移动而对板坯加压，向蒸汽通道内喷压力为5～8个大气压的蒸汽5～10秒，等到板坯的压缩率达到要求时，停止对热压板加热，对冷却通道通入冷却介质对下热压板进行冷却，然后卸压即得。文献(涂登云，杜超，周桥芳，杨莎莎，劳奕旻，董昊.表层压缩技术在杨木实木地板生产中的应用.木材工业，2012，26(4):46-48)利用单热端温差法(单侧热压板加热软化木材，另一侧不加热或通冷却水保持低温)在160℃和12兆帕的工艺条件单侧压缩含水率为10～15％的意杨木地板坯料，意杨压缩木的密实层厚度为2毫米，密度峰值达到1.24g/cm3。文献(beltt,rautkaril,lainek,hillc.cuppingbehaviourofsurfacedensifiedscotspinewood:theeffectofprocessparametersandcorrelationwithdensityprofilecharacteristics.journalofmaterialsscience.2013,48(18):6426-6430.)同样利用单热端温差法单侧压缩含水率为9～16％的欧洲赤松木材，赤松压缩木的密实层厚度可达4毫米，密度峰值达到0.92g/cm3。上述专利与文献中利用单热端温差法生产单侧表层压缩木时，由于木材内部存在一定的水分，在非对称加热时水分从热端向冷端传递形成含水率梯度，以及单侧表层压缩木本身结构呈非对称，压缩木不可避免地出现瓦弯变形问题，影响木材出材率，严重时使木材报废，同时水分的存在还使压缩木内部密度分布不易控制，因此使用效果并不理想。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，提供一种单侧表层压缩木的制备方法。该方法利用串联热阻形成传热时间差，并通过上、下压板等温加热的双热端法制备单侧表层压缩木，改变热阻大小可精准控制单侧表层压缩木密实层位置、厚度和形态，该方法克服了传统压缩木因温度和水分分布不均引起的瓦弯变形的问题。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备的单侧表层压缩木。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种单侧表层压缩木的制备方法，包括以下具体步骤：
s1.干燥：将木材干燥至含水率10～20％；
s2.铺装：把干燥木材铺装在隔热衬板上，木材两侧放置厚度规，当热压机的上压板和下压板的温度均达到120～220℃时，将隔热衬板和木材一并放到下压板上；
s3.预热：铺装完成后闭合压机使上压板和木材上表面接触预热；
s4.压缩：设定压机的压力为6～12兆帕，将木材压缩至需求厚度，然后保压；
s5.热平衡：将下压板升温至比上压板温度高0～5℃；
s6.保压固定：将压力降至1～3兆帕，并保压；
s7.卸载：压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
优选地，步骤s2中所述隔热衬板的导热系数为0.05～0.2w·m-1·k-1，所述隔热衬板单层厚度为1～2毫米，可多层组合使用；
更为优选地，步骤s2中所述的上压板和下压板的温度均达到150～200℃。
优选地，步骤s3中所述的预热的时间为15～240秒。
优选地，步骤s4中所述的压缩的速率为0.05～0.5毫米/秒，所述的保压的时间为120～360秒；步骤s5中所述的升温的速率为10～30℃/分钟。
优选地，步骤s6中所述的保压的时间为20～60分钟。
一种上述的方法制备的单侧表层压缩木，所述单侧表层压缩木包括预留加工层、密实层、过渡层和木材原始密度层，所述预留加工层、密实层、过渡层与木材原始密度层之间为木材本身的木纤维自然连接。
优选地，所述预留加工层的厚度为0～1.2毫米，所述密实层的厚度为0.5～5毫米；所述过渡层的厚度为0.5～10毫米，所述木材原始密度层的厚度为8～100毫米。
更为优选地，所述预留加工层的厚度为0.15～0.50毫米，所述密实层的厚度为1.5～3毫米，所述过渡层的厚度为2～6毫米，所述木材原始密度层的厚度为10～40毫米。
优选地，所述预留加工层的密度为450～680kg/m3；所述密实层的密度为681～1200kg/m3；所述过渡层的密度为300～680kg/m3；所述木材原始密度层的密度为300～650kg/m3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用双热端温差法制备压缩木，全程无需通冷却水，而传统的单热端温差法制备单侧表层压缩木，由于冷端压板需频繁通入冷却水及后期热端压板通入冷却水降温，能耗和生产成本显著提高，故可起到节省能耗、降低成本的效果。
2.本发明利用串联热阻可简便、快速形成木材单侧表层压缩结构，热阻的大小方便可控，配合预热时间可精准控制压缩木的热量和水分传递，从而可控制单侧表层压缩木的密实层位置和厚度。
3.本发明在压缩后期，根据热阻大小设定热压机下压板和上压板温差，使压缩木内部温度趋于平衡分布，同时促使含水率趋于平衡分布，温湿度场的平衡重构抑制了压缩木因含水率分布不均引起的瓦弯变形。
4.本发明单侧表层压缩木在压力下进行原位高温固定处理，密实层的固定能减小木材力学强度损失，同时木材半纤维素和木质素发生降解，木材的尺寸稳定性提高。
5.本发明制备的单侧表层压缩木具有非对称结构，会在内部形成较大应力，压缩后保压使木材内部温度分布均匀，减小木材热应力，大幅提高木材的平整度。
6.木材原始密度层由于木材在后续加工时要对木材表面进行加工，表层预留加工层密度低、力学强度低，可以有效保护刀具，同时可以节省木材压缩损耗，提高出材率。在进行表面加工时去除预留加工层，而密度最大的密实层成为表层，可以最大程度保证成品表面强度。
7.本发明的方法可简单、快速控制压缩木结构形成，能有效提高木材表面硬度、平整度、生产效率及合格率。
附图说明
图1为实施例1中毛白杨单侧表层压缩材和对照材vdp。
图2为实施例2中毛白杨单侧表层压缩材和对照材vdp。
图3为实施例3中橡胶木单侧表层压缩材和对照材vdp。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。
实施例1
(1)将窑干含水率为12％的毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为820×122×24毫米的板材；
(2)开启热压机，将上、下压板温度升高至120℃，把双面刨光的3块毛白杨木材单排整齐地铺装在3毫米隔热衬板上，木材两侧放置21毫米的厚度规，将垫板、木材一并放到预先加热至需求温度的下压板上；
(3)闭合压机，使压机上热板和毛白杨木材上表面接触，预热30秒；
(4)将压机压力设定为6兆帕，以0.10毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压100秒；
(5)将下压板升温至121℃，升温速率为10℃/分钟；
(6)将压力降低至1兆帕，并保持此压力，保压时间55分钟；
(7)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
图1为本实施例中毛白杨单侧表层压缩材和对照材的剖面密度分布(vdp)，木材的vdp是利用意玛x射线剖面密度分析仪dpx-300lte测试所得，扫描速度0.05毫米/秒，x射线源电压为29千伏。对照材是压缩处理前在毛白杨木材端头截取的试样，从图1可知，经单侧表层压缩后毛白杨木材剖面密度从均匀分布变为单侧峰分布，其中，1为预留加工层的厚度区间，2为密实层的厚度区间，3为过渡层的厚度区间，4为自然层木材原始密度层的厚度区间，木材原始密度层区间保持木材原有结构和密度。毛白杨单侧表层压缩木预留加工层的厚度为0.4毫米，密实层的厚度为2.1毫米，过渡层的厚度为4.7毫米，自然层木材原始密度层的厚度为14.0毫米，毛白杨单侧表层压缩材的密度峰值为830kg/m3，木材原始密度层的平均密度为500kg/m3。
实施例2
(1)将室干含水率为20％的毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为680×110×24毫米的板材；
(2)开启热压机，将上、下压板温度升高至220℃，把双面刨光的3块毛白杨木材单排整齐地铺装在12毫米隔热衬板上，木材两侧放置20毫米的厚度规，将垫板、木材一并放到预先加热至需求温度的下压板上；
(3)闭合压机，使压机上热板和毛白杨木材上表面接触，预热150秒；
(4)将压机压力设定为12兆帕，以0.22毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压180秒；
(5)将下压板升温至225℃，升温速率为30℃/分钟；
(6)将压力降低至3兆帕，并保持此压力，保压时间40分钟；
(7)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
图2为本实施例中毛白杨单侧表层压缩材和对照材剖面密度分布(vdp)，木材的vdp是利用意玛x射线剖面密度分析仪dpx-300lte测试所得，扫描速度0.05毫米/秒，x射线源电压为29千伏。对照材是压缩处理前在毛白杨木材端头截取的试样，从图2可知，经单侧表层压缩后毛白杨木材剖面密度从均匀分布变为单侧峰分布，其中，1为预留加工层的厚度区间，2为密实层的厚度区间，3为过渡层的厚度区间，4为木材原始密度层的厚度区间，木材原始密度层区间保持木材原有结构和密度。毛白杨单侧表层压缩木的预留加工层的厚度为0.8毫米，密实层的厚度为1.9毫米，过渡层的厚度为3.3毫米，木材原始密度层的厚度为14.7毫米，毛白杨单侧表层压缩材的密度峰值为952kg/m3，木材原始密度层平均密度为435kg/m3。
实施例3
(1)将室干含水率为10％的橡胶木材双面刨光制备成尺寸为980×105×21毫米的板材；
(2)开启热压机，将上、下压板温度升高至180℃，把双面刨光的3块橡胶木材单排整齐地铺装在8毫米隔热衬板上，木材两侧放置18毫米的厚度规，将垫板、木材一并放到预先加热至需求温度的下压板上；
(3)闭合压机，使压机上热板和橡胶木材上表面接触，预热70秒；
(4)将压机压力设定为10兆帕，以0.18毫米/秒的进给速度将木材压缩至需求厚度，然后保压200秒；
(5)将下压板升温至183℃，升温速率为20℃/分钟；
(6)将压力降低至2兆帕，并保持此压力，保压时间30分钟；
(7)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧表层压缩木。
图3为本实施例中橡胶木单侧表层压缩材和对照材剖面密度分布(vdp)，木材的vdp是利用意玛x射线剖面密度分析仪dpx-300lte测试所得，扫描速度0.05毫米/秒，x射线源电压为29千伏。对照材是压缩处理前在橡胶木材端头截取的试样，从图3可知，经单侧表层压缩后橡胶木材剖面密度从均匀分布变为单侧峰分布，其中，1为预留加工层的厚度区间，2为密实层的厚度区间，3为过渡层的厚度区间，4为木材原始密度层的厚度区间，木材原始密度层区间保持木材原有结构和密度。橡胶木单侧表层压缩木的预留加工层的厚度为0.2毫米，密实层的厚度为3.2毫米，过渡层的厚度为3.5毫米，木材原始密度层的厚度为11.4毫米，橡胶木单侧表层压缩材的密度峰值为938kg/m3，木材原始密度层的平均密度为502kg/m3。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。