一种单侧压缩木密度峰型形态的控制方法与流程

本发明属于木制品生产工艺技术领域，更具体地，涉及一种单侧压缩木密度峰型形态的控制方法。

背景技术：

当前，我国全面停止对天然林的商业性采伐，用材结构从天然林逐渐转变为速生人工林。然而，速生人工林木材密度低、力学性能低且稳定性差，主要用于胶合板、制浆造纸和物流包装等领域，实木化利用程度不高。对人工林木材进行功能性改良，拓宽人工林木材的应用领域及提高其实木化利用率，是解决国内优质木材短缺问题的根本之路，同时也是促进林业循环经济发展的必由之路。

单侧压缩木力学性能因密度峰型形态而异，精准控制单侧压缩木密度峰型形态是一种理想的木材功能性改良方法，因此实现单侧压缩木密度峰型形态控制，可扩宽单侧压缩木的应用领域，实现单侧压缩木多向化利用。中国专利cn106217566a公开了一种“一种木材表层压缩层渐进增厚的生产办法”，具体生产步骤如下：将板材干燥至含水率低于14％，对板材进行封端处理，浸水处理，浸水时间根据压缩厚度和浸水系数进行确定，将板材送入热压机热压，进行160s的预热处理，预热温度为100～200℃，之后对板材进行连续热压或者间隔3～25s的间歇式热压，加压压力为2～20mpa，压缩速度为0.1～8mm/s，热压温度为100～200℃，直至板材压缩到指定厚度，保持2min以上后降温到70℃以下，压缩处理完毕后，压缩后的板材在夹板夹持下送入热处理窑进行热处理，热处理完毕后，降温，调湿，出窑，得成品。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[j].木材工业，2012，26(4):46-48.)利用温差法(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[j].journalofmaterialsscience.2013,48(18):6426-6430)同样利用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。上述专利采用热压法制备表层压缩材，为控制表层压缩材密实层厚度，热压前期采用封端处理、浸水处理实现板材厚度方向含水率梯度的控制，在预热条件下实现软化层的控制，在此工艺条件下，未能精确控制表层水分迁移速率，软化层位置和厚度具有不确定性，目标密度峰型形态实现过程不易精准控制，造成合格率低，生产成本高。现有文献研究中木材单侧压缩木密度峰型单一，不能根据使用要求控制密实层峰型获得优化的应用效果。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明提供一种单侧压缩木密度峰型形态的控制方法。该方法通过控制热接触端板材表层水分迁移速率，配合玻璃软化点实现软化层位置和厚度精准控制，采用单级热压或多级热压模式实现单侧压缩木密度峰型形态控制。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种单侧压缩木密度峰型形态的控制方法，包括以下具体步骤：

s1.水分迁移控制：将木材置于热压板中，单侧热压板温度为100～200℃，控制木材表层水分迁移速率；

s2.软化层控制：根据软化层玻璃转化点的温度精准控制软化层的厚度，软化层与木材表面的位置；

s3.热压控制：根据密度峰型形态，采用单级热压或多级热压模式，压力为3～12mpa；所述单级热压为：压缩速度恒定0.03～0.5mm/s，压缩率为15～35％；所述多级热压为：在0～10s区间内加载速度0.1～0.5mm/s，在11～230s区间内加载速度0.01～0.03mm/s，在231～240s区间内加载速度0.1～0.5mm/s，压缩率为15～35％；

s4.塑化定型控制：在100～200℃，压力3～12mpa下进行保温保压塑化，在温度为40～60℃，压力1～2mpa时定型；

s5.泄压：压机泄压，张开压板，将木材取出，即得到具有特定密度峰型形态的单侧压缩木。

优选地，步骤s1中所述木材的含水率为8～25wt％，所述木材的绝干密度为0.3～0.65g/cm³。

优选地，步骤s1中所述木材为杨木、橡胶木、杉木、松木或桉木。

优选地，步骤s1中所述木材表层水分迁移速率为1.35×10^-2～4.46×10^-2m³/s。

优选地，步骤s2中所述软化层与木材表面的距离为0～5mm(0表示软化层紧贴木材表面)，所述软化层的厚度为2～10mm，所述软化层玻璃转化点的温度为80～200℃。

更为优选地，所述软化层与木材表面的距离为1～3mm，所述软化层的厚度为4～6mm，所述软化层玻璃转化点的温度为120～180℃。

优选地，步骤s4中所述塑化的时间为60～120秒，所述定型的时间为10～15分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用单热端温差法制备单侧压缩木，压机单侧热压板加热升温，相对双侧热压板加热升温，其起到节省能耗，降低成本的效果。

2.在恒定热源状态下，木材热接触表面的细胞腔内温度升高，部分自由水蒸发，其余水蒸气膨胀，使得半封闭的木材细胞腔内压力上升，形成较大的压力差。木材细胞腔内温度压力升高，破坏细胞壁上的纹孔，极大改善了水分的渗透途径，木材中水分渗透性可以提高上千倍，基于此原理，通过改变热压板温度，实现板材表层水分迁移速率控制。配合预热时间实现软化层精准控制，实操过程简单，可控。

3.在单侧压缩过程中，在力场作用下，木材含水率较高的部位易于发生软化压缩，在单级热压模式即匀速式加载条件下，与非匀速式的软化层迁移速率不能耦合，获得剖面密度曲线形态(图1和2)；在多级热压模式即非匀速式加载条件下，与非匀速式的软化层迁移速率相耦合，获得剖面密度曲线形态(图3)。

4.本发明在单侧压缩后期采用塑化固定回弹，在热保温保压阶段，木材水分蒸发，并继续向芯层迁移，致密层木材成分的玻璃态转化温度提高，木材塑性降低，变形得到固定，实现过程可控，操作简单。

5.本发明实现的单侧压缩木结构非对称会在内部形成较大应力，压缩后期采用低温低压模式减小木材热应力，大幅提高木材的平整度。

6.本发明实现单侧压缩木密度峰型形态的控制，可以满足实木地板、实木家具、实木柜体等不同领域对木材力学性能的要求，控制单侧压缩木内部密度分布和峰型，获得最佳使用效果。

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组材的剖面密度分布(vdp)。

图2为实施例2中毛白杨单侧表层压缩材和对照组材的vdp。

图3为实施例3中毛白杨单侧表层压缩材和对照组材的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)水分迁移控制：将干燥至含水率10wt％的毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为900×120×24毫米的板材，将两块毛白杨板材置于单侧热平板温度为180℃的热压机中，木材两侧放置20毫米的厚度规；

(2)软化层控制：将软化层控制在板材表层，不用预热；

(3)热压控制：压机压力设为12mpa，以恒定的压缩速度0.5mm/s将板材压缩至目标厚度20mm，压缩率16％；

(4)塑化定型控制：在单侧热平板温度180℃，压力12mpa条件下保温保压60s，在双侧热平板温度50℃，压力2mpa条件下保温保压10分钟；

(5)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧压缩木。

图1为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中可知，对照材的剖面密度均匀分布，平均密度为500kg/m³，经单侧表层压缩后毛白杨木材的剖面密度呈单侧峰分布，峰值位于和热板接触的木材表面，峰值密度为1200kg/m³。

实施例2

(1)水分迁移控制：将室干至含水率20wt％的毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为900×120×30毫米的板材，将两块毛白杨板材置于单侧热平板温度为120℃的热压机中，木材两侧放置20毫米的厚度规；

(2)软化层控制：将软化层控制在距离板材表面2mm位置，预热时间30秒；

(3)热压控制：压机压力设为12mpa，以恒定的压缩速度0.03mm/s将板材压缩至目标厚度20mm，压缩率33％；

(4)塑化定型控制：在单侧热平板温度120℃，压力12mpa条件下保温保压60s，在双侧热平板温度50℃，压力2mpa条件下保温保压10分钟；

(5)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧压缩木。

图2为毛白杨单侧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中可知，对照材的剖面密度总体分布较为均匀，对照材平均密度为450kg/m³，经单侧压缩后毛白杨木材的剖面密度呈单侧峰分布，峰值距离热板接触的木材表面2mm，峰值密度为890kg/m³。

实施例3

(1)水分迁移控制：将室干至含水率15wt％的毛白杨木材双面刨光制备成尺寸为900×120×25毫米的板材，将2块毛白杨板材置于单侧热平板温度为150℃的热压机中，木材两侧放置20毫米的厚度规；

(2)软化层控制：软化层厚度5mm，不用预热；

(3)热压控制：压机压力设为3mpa，在0-10s区间压机进给速度0.1mm/s，11-230s区间压机进给速度0.01mm/s，231-240s区间压机进给速度0.2mm/s的非匀速式加载形式下将板材压缩至目标厚度20mm，压缩率20％；

(4)塑化定型控制：在单侧热平板温度150℃，压力3mpa条件下保温保压60s，在双侧热平板温度50℃，压力2mpa条件下保温保压10分钟；

(5)压机泄压，张开压板，将木材取出，制得单侧压缩木。

图3为毛白杨单侧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3中可知，对照材的剖面密度总体分布较为均匀，对照材平均密度为500kg/m³，经单侧压缩后毛白杨木材的剖面密度呈单侧峰分布，密实层厚度5mm，峰值密度为850kg/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。