专利名称：一种表面增强型木材型材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种表面增强型木材型材及其制造方法，属于木材功能性改良和木材加工领域。
背景技术：
木材是四大材料中唯一可以再生的材料。但珍贵树种木材的过度砍伐已严重影响了生态环境，珍贵树种生长慢，砍伐量也越来越小，使珍贵木材价格日益增长。另一方面，为满足人们对实木的需求，世界各地大量种植速生林，速生材成熟期一般1(Γ15年，生长速度快。科学研究表明林木每生长1立方米，平均约吸收1. 83吨二氧化碳。目前，全球森林资源锐减，减弱了对大气中二氧化碳的吸收，成为导致全球气候变化的重要因素之一。因为， 种植速生材也是低碳经济的重要组成部分。人工林木材主要包括杨木、杉木、马尾松、落叶松、泡桐等树种，它具有生长速度快、产量高、采伐周期短等特点，由于其生长速度快、材质较差、密度及表面硬度低等缺陷限制了其应用范围。很难应用于附加值高的实木地板、家具等领域。目前，速生材多应用于人造板、造纸等低附加值产品，速生材价值低，影响林农种植积极性，不利于生态林业建设。目前，对速生林木材进行增强处理的方法有化学药剂浸渍法和压缩法。化学药剂渍法是使用化学药剂，如酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂或其他复合的化学溶剂来浸渍板材，然后再经过一定的压缩及干燥过程得到成品，得到的产品能在一定程度上提高原速生木材的抗弯强度和尺寸稳定性。该技术主要由日本、原苏联及欧洲等使用较多。我国也有企业生产浸渍木，但设备、工序复杂，生产成本高。由上可以看出上述方法获得的型材及生产过程均具有化学和有机物，会给环境带来伤害。另外一种途径提高型材的力学性能是采用压缩的方法，很早就已经开始了压缩木的研究，在上世纪初美国就掌握了制造压缩木的技术；德国在二战之前就已经有压缩木的成品；前苏联则在1931年制订出了炉中加热压缩法和蒸煮压缩法的工艺。但是压缩木的回弹严重，尤其是在有水条件下更为严重。为了改进压缩木的缺点，常采用蒸汽或树脂固定压缩木回弹的方法，如，1996年方桂珍等使用不同浓度的低分子量三聚氰胺一甲醛(MF)树脂为固定木材压缩变形的交联剂浸渍大青杨，处理材ASE为47%，MEE为36%，经浓度为10%的交联剂处理的试件，压密后室温下浸水可完全保持其固定变形；17. 5%和25%浓度的交联剂处理的试件，在沸水中也保可持其变形。或用低分子量PF树脂处理大青杨木材，提高了木材的尺寸稳定性和力学强度。压缩法由于也使用了各种化学药剂处理，生产成本有不同程度的提高，而且板材使用中也会有不同程度的化学药剂释放，对环境及人体健康不利。近年来也有热压方法强化软质速生木材的方法，如，发明专利“木材热压炭化强化方法”(公告号200810059214. 0)是在160°C 260°C温度条件下保温10 240分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。这种方法时间长，是整体压缩，成本较高。发明专利“表面强化实木型材、地板及其制造方法”(公开号200910099265. 0)，是在210°C 250°C温度条
3件下保温20 60分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。但这种方法得到的表面增强木材，所需要时间长，生产效率低，成本较高，而且在长期高温下，木材易烧焦，影响木材美观。 发明专利“一种实木地板”(公开号200910101611. 4)是在190°C 250°C温度条件下保温 20 60分钟，通过控制压缩率，使木材得到增强。这种方法得到的表面增强木材，所需要时间长，生产效率低，成本较高，而且在长期高温下，木材易烧焦，影响木材美观。中国专利文献CN101486212A公开了 “压缩炭化杨木三层实木复合地板的生产方法”技术专利，其公开的面层材料的制备将速生材杨木锯剖成板材，经干燥、刨削、根据压缩率(压缩率30%、 40%、50%、60%)和面板的厚度为2 4mm加工成含水率为20 40%的杨木薄板，板在压机中被压缩到所需的压缩率，压缩时的温度70 110°C，施加的压力根据薄板设计的压缩率而确定；压缩后的板在一定的压力条件下或在特制的夹具中进行炭化固定，炭化过程在热压机中进行或在特制的夹具中进行，炭化温度为190 220°C，时间1. 5 5小时，炭化装置设有排气孔；炭化处理结束后，在一定的压力条件下将杨木薄板温度降至40 60°C，取出杨木薄板，用宽带砂光机砂去颜色变深的外层，砂光后的杨木薄板厚度在2 4mm。现有技术的上述方案，杨木的含水率大，在纤维饱和点左右，在70 110°C的条件下进行干燥后木材收缩率很大会导致木材的残余应力也很大，然后在190 220°C条件下炭化时，使得木材很容易开裂，而且木材压缩率大，形成了整体压缩，木材损耗率大，炭化装置设有的排气孔，会使得压缩出来的木材表面出现凹凸不平的点，经砂光后，这些点所在的位置会使得这一区域硬度降低，而且后期又没有进行含水率调湿处理，会使得木材在使用过程中因吸湿而产生变形；这样的工艺也不能利于产业化的运作。
发明内容
本发明提供一种用用热压方法将软质木材加工而成的表面增强型木材型材，其力学性能好、尺寸稳定性好、不易回弹，环保健康。本发明的表面增强的木材型材，包括增强层和自然层，所述增强层在所述自然层的表面，所述增强层的密度是自然层的密度的1. 3 3倍，所述增强层的含水率较自然层低 1 6%，所述增强层的厚度为0. 2 10mm。本发明的表面增强的木材型材，所述增强层是通过将自然层的表面热压后得到的。 优选地，本发明的表面增强的木材型材其增强层比自然层颜色深，增强层与自然层的色差值Δ Eab*值为10 50。优选地，所述表面增强的木材型材，其增强层的密度为0. 6 1. 3g/cm3,自然层的密度为 0. 35 0. 65g/cm3。优选地，本发明的表面增强的木材型材，其木材型材取材于密度小于0. 65 g/cm3 的软质木材。优选地，所述木材型材取材于速生材杨木、杉木、南方松、马尾松等软质木材。在本发明的一个优选实施例中，所述表面增强型木材型材取材于速生材杨木的木材型材，所述增强层的密度为0. 5 1. 2g/cm3,自然层的密度为0. 40 0. 60g/cm3。本发明的表面增强的木材型材，可用于制造实木地板、实木家具或实木复合地板的面板、木门、家具面板等。本发明还提供上述表面增强的木材型材的制造方法，包括如下步骤(1)选材加工，将木材加工、干燥为含水率为4 15%的坯料；
(2)热压，将步骤(1)的坯料进行热压，在坯料表面形成增强层，热压温度为230 320°C，热压时间30 600S，热压的压力为6 15Mpa ；
(3)泄压，热压过程结束后，缓慢泄压，取出步骤(2)加工后的木料于冷压条件或负压条件下冷却，经养生或含水率恢复(含水率平衡)后得到。优选地，上述制备方法中，其热压步骤中的压合速度为0. 5 7mm/s。优选地，上述制备方法中，其热压步骤中坯料的压缩率为5% 20%。具体地，在制造过程中，先制材和干燥，所用的低密度软质木材，在制材过程中做好下锯法，多出弦切板，提高木材的出材率；对制材得到的木材坯料，堆垛时隔条间距尽可能要小，一般间距为15 30cm，可以提高木材干燥的平整度，提高木材合格率。为了防止木材发霉，应该尽快堆垛干燥。堆垛好的木材被放入干燥设备中进行干燥处理，经干过养生等，使燥后使木材的含水率降为4 15%，残余应力指标小于2. 0%。或出窑后，通过含水率进一步均勻，残余应力指标减小。对于干燥过程，优选地采用气干与窑干联合干燥法。速生材在干燥过程中容易产生皱缩。因为，速生材在干燥过程中水分容易流失，当采用气干时，白天起到干燥的作用，晚上起到平衡的作用，使木材在横断面上的分层含水率偏差小，从而不容易产生皱缩和开裂， 采用气干先使木材的含水率降低到25%后，已渡过木材易皱缩含水率40 60%，再采用窑干常规干燥时，就不容易出现干燥缺陷，而且还是一种节能环保的干燥方法。木材表面增强处理。可将干燥好的含水率为4 15%的木材置于热压机上热压， 迅速闭合热压机热压板，热压板的温度为230 320°C，施加的压力为6 15Mpa，热压时间为 3(T600s，热压结束后缓慢泄压，取出木材置于冷压机上冷却或木材上面负压块置于地面上冷却，经养生或含水率恢复后而得。230 320°C的热压板迅速闭合热压机压至要求厚度，使热压板接触木材，使木材表面软化加压形成密实的增强层，并在高温的条件下保持较短的时间30 600s快速软化定形，同时使木材增强层颜色变略深至深，一般呈黄色、褐色、咖啡色，黑色，同时自然层仍保持木材原来的颜色。使木材表面纹理更清晰，提高木材的表面装饰效果，然后再缓慢泄压，以防止木材发生鼓泡，取出型材，置于冷压机上冷却或木材上面负压条件下冷却。为了得到更好的型材表面质量，如果要得到单面增强或两面增强，只需要进行压刨，如果要进行四面增强则要通过四面刨机床进行四面刨光。冷却后的表面增强型材根据使用区域不同， 把木材含水率控制到比使用区域平衡含水率低2 4%的范围。如果含水率过底，应放入干燥窑进行含水率恢复处理，也可置于室内养生或放入平衡房内进行含水率平衡处理。如含水率在要求的范围，可直接使用。本发明的表面增强型木材型材，其增强层的颜色比自然层的颜色深，增强层比自然层颜色深，增强层与自然层的色差值Δ Eab*值为10 50，增强层一般呈黄色、褐色、咖啡色，黑色，自然层保持木材原来的颜色，使木材表面的纹理更加显现出来，呈现出更优秀的木材纹理微环境视觉特性。增强层是在自然层上直接热压得到，增强层和自然层之间自然连接，不需要另外的粘合剂粘合，更环保、健康。增强层的厚度为0. 2 10mm，使得木材的出材率更高，克服了整体压缩时的木材损耗量，及容易压裂的缺陷；增强层的含水率较自然层低1 6%，使得型材密实层的尺寸稳定性更好，从而强化整个型材的稳定。
本发明的表面增强型木材型材是木制品加工利用的好材料，其热压强化后的型材表面硬度大大增强，可达到高档硬质木料的标准，而且整体含水率稳定，根据所得到的型材尺寸规格、色泽要求，配合普通油漆涂装工艺、套色互对印刷技术、表面雕刻等处理，从而能制造出实木地板、实木家具或实木复合地板的面板、木家具面板等高附加值木制品。采用复合式的联合干燥工艺，克服了速生材在干燥过程中容易产生干燥皱缩的缺陷，使干燥得到的木材含水率低，木材内部含水均勻，残余应力小，避免木材在后续的热压固定过程中容易变形，泄压时容易鼓泡，同时使热压固定得到的表面增强层回弹率大大降低，型材在使用过程中不易变形。采用热压固定一次成型技术，在高温条件下，通过控制热平板与木材表面接触的时间、接触方式，控制表面增强层的颜色的深浅和变色的厚度，快速使表面增强层得到固定。通过控制温度和接触时间，使木材表面材色变深，纹理更清晰，装饰性能得到改善，同时又使自然层保持了其原来的颜色。本技术方案生产工艺简单，生产周期短，生产效率高，生产过程中无废水、废气物产生，生产过程环保，可实现多层热压(型材的多个表面都经过热压形成增强层)，可连续化、大规模产业化生产。本发明的表面增强型木材型材，是通过将木材的物理性能进行改良，增强木质的硬度，解决了软质木材的质软、密度小、容易开裂变形等缺陷。本发明的表面增强型木材型材，压缩后稳定性好、回弹性小、不易变形；而且制备过程，木材损耗小，不需要浸渍树脂等会导致环境污染的化学物质，出材率高；制备过程简单、能耗低，得到的表面增强型型材表面硬中间软，或表面硬底部软，尺寸稳定性好，环保健康，用途广泛，装饰性的效果好。
图1为本发明的一个优选实施例中，单面增强的表面增强型木材型材的横截面结构示意图2为本发明的另一个优选实施例中，两面增强的表面增强型木材型材的横截面结构示意图3为本发明的再一个优选实施例中，四面增强的表面增强型木材型材的横截面结构示意图。
具体实施例方式实施例1
选用杨木原木，通过制材采用三面下锯法使杨木尽可能多地出弦切板实木地板规格坯料，规格为930 X 135 X 26mm,采用气干与窑干联合干燥方法，采用气干干燥(昼夜平均温度 25. 3°C，昼夜平均风速2. lm/s，时季9月份)，使木材含水率低25%左右时，移动到干燥窑按表一生产型工艺进行干燥。干燥坯料含水率到8%左右，经四面刨进行四面光处理得到四面光板。
权利要求
1.一种表面增强型木材型材，其特征在于，包括增强层和自然层，所述增强层在所述自然层的表面，所述增强层的密度是自然层的密度的1. 3 3倍，所述增强层的含水率较自然层低1 6%，所述增强层的厚度为0. 2 10mm。
2.如权利要求1所述的表面增强型木材型材，其特征在于，所述增强层是通过将自然层的表面热压后得到的。
3.根据权利要求1所述的一种木材表面增强型材，其特征在于，增强层比自然层颜色深，增强层与自然层的色差值Δ Eab*值为10 50。
4.如权利要求1所述的表面增强型木材型材，其特征在于，所述增强层的密度为0.6 1. 3g/cm3,自然层的密度为0. 35 0. 65g/cm3。
5.如权利要求1所述的表面增强型木材型材，其特征在于，所述木材型材取材于密度小于0.65 g/cm3的软质木材。
6.如权利要求5所述的表面增强型木材型材，其特征在于，所述木材型材取材于速生材杨木、杉木、南方松、马尾松。
7.如权利要求6所述的表面增强型木材型材，其特征在于，取材于速生材杨木的木材型材，所述增强层的密度为0. 5 1. 2g/cm3,自然层的密度为0. 40 0. 60g/cm3。
8.如权利要求1所述的表面增强型木材型材，其特征在于，用于制造实木地板或实木家具，或用于制造实木复合地板的面板、木门或家具面板。
9.如权利要求1所述的表面增强的木材型材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤(1)选材加工，将木材加工、干燥为含水率为4 15%的坯料；(2)热压，将步骤(1)的坯料进行热压，在坯料表面形成增强层，热压温度为230 320°C，热压时间30 600S，热压的压力为6 15Mpa ；(3 )泄压，热压过程结束后，缓慢泄压，取出步骤(2 )加工后的木料于冷压条件或负压条件下冷却，经含水率平衡后得到。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，热压步骤中的压合速度为0.5 7mm/ s，热压步骤中坯料的压缩率为5% 20%。
11.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，选材加工中，干燥方式为气干与窑干联合干燥法。
全文摘要
本发明涉及一种表面增强型木材型材及其制造方法，属于木材功能性改良和木材加工领域。包括增强层和自然层，所述增强层在所述自然层的表面，所述增强层的密度是自然层的密度的1.3～3倍，所述增强层的含水率较自然层低1～6%，所述增强层的厚度为0.2～10mm。所述增强层是通过将自然层的表面热压后得到的。本发明的表面增强型木材型材可用于制造实木地板、实木家具或实木复合地板的面板、木门、家具面板。本发明的表面增强型木材型材，其尺寸稳定性好，环保健康。
文档编号B27K7/00GK102554992SQ20101061430
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者于学利, 涂登云 申请人:于学利, 涂登云