一种防止木材端面严重开裂的方法

本发明涉及一种防止木材端面发生严重开裂的方法。

背景技术：

木材干燥收缩时，会产生干缩应力，与树木生长应力合并，形成了垂直于木材纵向(轴向)的拉应力，当拉应力大于木材横纹抗拉强度时，木材组织就会发生开裂，当存放或运输环境的相对湿度和木材含水率变动时，开裂现象尤为严重，开裂深度(沿木材纵向)可达50cm以上，木材的利用率和出材率显著降低。目前的防开裂方法和措施，包括两种，一种是使用化学涂料(石蜡、油漆等)涂刷在木材的端面，封闭端面木材与空气的接触，阻止木材端部区域的水分向空气中散发；二是当木材端面出现裂缝时，使用扒钉，又称蚂蟥钉、马王钉、铁焗子，呈ㄇ形，钉入木材端面，扒钉的长度方向与裂纹走向垂直，以机械力约束裂缝的发展和扩大。

两种防开裂方法均存在缺陷：涂料涂刷法：(1)药剂会浸入木材端面一定深度，对木材造成污染，后期加工中，污染部分的木材需要锯掉，造成浪费，(2)药剂的挥发进入空气，污染环境，(3)温度低于0℃时，无法施工，(4)当木材在干燥窑中干燥时，石蜡熔融滴落、油漆变性，防裂效果下降。扒钉法：(1)仅当木材端面出现裂缝后，才能实施，无预防功能，(2)对于木材端部刚开裂时有一定的抑制作用，随着裂隙逐渐发展，失去保护功能，(3)扒钉在使用期间，需固定在木材端面，不能取下，增加生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的是，一种防止木材端面严重开裂的方法，该方法能将木材端面可能发生的大尺寸开裂化解为均匀分布的细微裂隙，实现节约木材,提高木材的出材率。

本发明的技术方案是：一种防止木材端面严重开裂的方法，具有下述步骤：

1)将实体木材的端面加工成一个平面，使该平面与实体木材顺纹方向相垂直；2)在与该平面垂直方向钉入若干个分布均匀的圆锥形钢钉；3)取下圆锥形钢钉，使实体木材端部平面上形成分布均匀的钉孔。

所述的实体木材是原木、方材或板材。

所述的圆锥形钢钉的侧面有6条刃槽，均匀分布，刃槽由钉尖到钉底逐渐加深，钉底刃槽深度1mm。

所述的圆锥形钢钉，其钉体为实心、钉长30mm，钉底直径5mm。

所述的圆锥形钢钉，其钉底与钉板焊接，钢钉长度方向与钉板垂直，钉尖朝外，若干个圆锥形钢钉在钉板上分布均匀，钉板的另一面焊接有拉手，用于人力或设备对钉板的移动和固定。

钉板为圆形，由圆心开始，径向每间隔15mm为一个同心圆，圆锥形钢钉钉底的圆心位于同心圆的圆周线上，每一圈同心圆圆周线上的圆锥形钢钉均匀分布。

钉板有七种规格，直径分别为15cm、20cm、30cm、50cm、75cm、110cm和150cm，钉板厚度均为10mm。

钉板上，相邻同心圆上任意两个圆锥形钢钉钉底圆心的连线与钉板的圆心为错位排列。

钉板的圆心位置焊接有一枚圆锥形钢钉，第1圈同心圆圆周上均匀焊接有4枚钢钉，即p1＝4，其他各圈同心圆上钢钉的数量为：pn＝pn-1+8，式中，pn为第n圈钢钉的数量，n≥2。

本发明在木材端部用物理手段制造了预应力，即在木材端部形成分布均匀的钉孔，钉孔排列有序、密度适当、深度适中，促使该区域木材组织(细胞)相互靠拢、细胞腔被压扁、密度增大，发生黏弹性变形，形成了垂直于木材纵向的预应力，与木材干燥收缩时，形成的拉应力方向正相反，预应力将有效降低木材组织形成的横向拉应力，以数量众多的、分布均匀的、深度较浅的小裂隙(小钉孔)取代数量较少的、深度较大的开裂，外力卸载后，预应力仍维持相当长时间。因此本发明能够预防木材发生大尺寸开裂，提高了木材利用率，实现了节约木材的目的。虽然涂料涂刷法能防开裂，但在木材后期加工中，需要锯掉涂料污染的部分，仍然造成对木材的浪费；使用扒钉法仅当木材端面出现裂缝后才能实施，与本方法相比，区别在于扒钉法无预防开裂的功能；而且扒钉留在木材端面发挥作用，扒钉不能取下，而本方法使用钉板在木材端面仅留下钉孔发挥作用，钉板可反复使用，因而本方法能节省生产成本。本发明操作安全、简捷，效率高，对于直径50mm左右的原木端面，预应力的制造2-3分钟即可完成，且对木材和环境无污染。

本发明防止木材端面开裂的方法中，限定了在木材端面加工成一个平面，使该平面与实体木材顺纹方向相垂直，该设计是基于木材发生开裂的部位首先出现在木材端部，且垂直于木材纵向，木材端部开裂是由于水分逸出木材蒸发，端面区域首先失水致尺寸收缩，形成的干燥应力与树木生长应力相叠加，因此选定在端部区域制造预应力，更接近开裂的始发点，有利于抵御引起开裂的拉应力，其中的“平面”能使形成的钉孔分布均匀、深度一致。

本发明限定了圆锥形钢钉的侧面有6条刃槽，均匀分布，刃槽由钉尖到钉底逐渐加深，钉底刃槽深度1mm。是因为圆锥形钢钉更容易钉入木材，钢钉侧面均匀分布的6条刃槽，是针对木材的力学性质各向异性的表现，将钉孔周围设计形成了方向各异的局部较小预应力，配合各钉孔形成的分布均匀的局部较大预应力，互为配合，当端面开裂时，能将预发生的较大裂缝容易化解为分布均匀的、深度较浅的小裂隙。

木材是一种多孔性的材料，由大量的纵向排列的细胞组成，细胞壁具有一定厚度，细胞腔由空气和水分填充，细胞腔体积为木材体积的30％-70％。本发明通过对钉板和钢钉的尺寸、数量、位置的设计，使得钉孔体积为对应区域木材体积的30％-50％，制造预应力时，该区域木材细胞腔内的空气和水分(水蒸气)被挤出，细胞腔被压扁接近临界状态，细胞相互靠拢，密度增大，形成的预应力与木材组织构成的横向拉应力相当，因此在抵制木材发生大尺寸开裂而获得最佳效果的同时又不至于使细胞壁被压溃，致力学强度降低。

本发明限定在钉板上相邻同心圆上任意两个圆锥形钢钉钉底圆心的连线与钉板的圆心为错位排列，是指相邻同心圆上任意两个圆锥形钢钉锥底圆心的连线，不能通过圆形钢板的圆心。该设计原理是：在木材组织中，由髓心(近似于原木端面的圆心)向树皮方向分布着大量辐射状排列的横向组织-木射线(类似于自行车车轮的辐条)，木射线由薄壁细胞组成，力学强度低，原木端面开裂都是沿着木射线方向发生，由于使用钉板时，钉板的圆心与木材组织中的髓心相重合，本设计能避免钉孔与木射线的走向重叠，而避免加重木材端面的开裂趋势。

附图说明

图1是本发明原木端面设有防开裂钉孔的示意图。

图2是图1中ⅰ部放大图。

图3是图1的a-a剖面图。

图4是钉板的立体图。

图中1原木、2平面、3钉孔、4刃槽、5圆锥形钢钉、6钉板、7拉手。

具体实施方式

为了防止木材端面发生严重开裂，将木材端面可能发生的大尺寸开裂(裂缝纵向长、横向宽)化解为深度较浅的、裂缝较窄的、数量众多的、均匀分布的细微裂隙，达到节约木材的目的，本发明提出了通过制造预应力来化解木材干缩应力和生长应力的设计思想。在设置预应力时，是将木材组织区域性的挤压在一起，木材细胞被压扁变形，密度增大，形成了垂直于木材纵向的预应力，与拉应力的方向正相反，木材是一种黏弹性材料，预应力的释放是时间的函数，缓慢的释放过程正好抵消或减弱了拉应力的作用。本发明防止木材端面严重开裂的方法由下述步骤完成：

1)本实施例将实体木材选为原木1，在原木的端面加工成一个平面2，使该平面与实体木材顺纹方向相垂直；2)在与该平面垂直方向钉入若干个分布均匀的圆锥形钢钉5；3)取下圆锥形钢钉，使实体木材端部平面上形成分布均匀的钉孔3。所述的实体木材还可以是方材或是板材。有6条刃槽4，均匀分布，刃槽由钉尖到钉底逐渐加深，钉底刃槽深度1mm。该设计是针对木材的力所述的圆锥形钢钉的侧面学性质各向异性的表现，将钉孔周围形成方向各异、深度较浅的局部较小预应力，配合各钉孔形成的局部较大预应力，形成预应力网。所述的圆锥形钢钉，其钉体为实心、钉长30mm，钉底直径5mm。其钉底与钉板6焊接，钢钉长度方向与钉板垂直，钉尖朝外，若干个圆锥形钢钉在钉板上分布均匀，钉板的另一面焊接有拉手7，用于人力或设备对钉板的移动和固定。使用时，对于原木，钉板的圆心对正原木的髓心；对于方材和板材，钉板的圆心对正正方形或长方形端面的中心，在钉板的另一面施加垂直于钉板的外力，将钢钉完全钉入木材(30mm)，取下钉板，完成操作。钉板为圆形，由圆心开始，径向每间隔15mm为一个同心圆，圆锥形钢钉钉底的圆心位于同心圆的圆周线上，每一圈同心圆圆周线上的圆锥形钢钉均匀分布。圆形钉板有七种规格，直径分别为15cm、20cm、30cm、50cm、75cm、110cm和150cm，钉板厚度均为10mm。圆形钉板的圆心位置焊接有一枚圆锥形钢钉，第1圈同心圆圆周上均匀焊接有4枚钢钉，即p1＝4，其他各圈同心圆上钢钉的数量为：pn＝pn-1+8，式中，pn为第n圈钢钉的数量，n≥2。钢钉在钉板上的位置、尺寸和数量的设计，是基于木材的特性，木材的细胞腔体积为木材的30％-70％。而本发明钉孔体积为对应区域木材体积的30％-50％，因此钉孔不会使细胞壁被压溃，不会降低木材的力学强度，而形成的预应力与木材组织构成的横向拉应力相当，能获得最佳的抵御开裂效果。相邻同心圆上任意两个圆锥形钢钉钉底圆心的连线与钉板的圆心为错位排列，该连线不通过圆形钢板的圆心，可避免钉孔与木射线的走向重叠，避免加重木材端面的开裂趋势。

本发明提供的防止木材端面严重开裂的方法，将木材端面可能发生的大尺寸开裂化解为均匀分布的细微裂隙，实现了节约木材,减少污染和浪费的目的。