一种木材改性方法与流程

1.本发明涉及木材加工技术领域，具体为一种木材改性方法。


背景技术：

2.为适应木材加工产业的快速发展态势，人工林速生材的应用逐渐成为我国林业经济发展和家具产业发展的必由之路。我国人工林速生材主要包括杨木、杉木和松木，其显著特点是蓄积量大和分布广。然而，因其材质疏松、力学强度低、尺寸稳定性差，实木化高值利用的程度并不高，极大地限制了其应用范围。为实现软质速生材的实木化高值利用，木材强化改性成为人工林木材综合高效利用技术的研究热点。木材压缩改性技术作为一种木材物理强化改性方法，具有无化学污染、易于产业化生产等优势，压缩木具有环保、强重比高、木材原生态利用及环境使用特性良好等优点，可广泛应用于家具、地板、室内装饰、木结构等领域。


技术实现要素：

3.本发明提供一种木材改性方法，该处理方法不仅简化了设备结构，降低了制造和维护成本,而且使木材软化速度更快，程度更深，而且木材压缩与定型连贯，木材改性效果更好，更稳定。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种木材改性方法，包括以下步骤：
5.①
木材润湿：将木材放入密封的处理罐中，充入加压水蒸气对木材润湿一段时间；
6.②
木材软化：润湿完成后，再次充入高温高压水蒸气进一步提高处理罐中的压力，同时对木材照射微波加热，通过蒸汽加热和微波加热对木材进行软化处理；
7.③
木材压缩与定型：抽出处理罐中的积水，向处理罐中充入低分子量的树脂溶液，对木材进行浸渍处理，在树脂浸渍入木材细胞腔的过程中同时对木材进行压缩；
8.④
木材烘干：抽出树脂溶液，移出木材后采用冷风烘干。
9.其中，步骤
②
中，木材的芯层温度不低于80℃。
10.其中，步骤
①
润湿后，木材的含水率不低于35％。
11.其中，步骤
③
中充入树脂溶液后，采用加压和微波加热方式，使树脂溶液温度不低于150℃。
12.其中，所述处理罐包括圆筒形罐身、固定封堵罐身一端开口的固定盖体以及活动封堵罐身另一端开口的活动盖体；所述固定盖体和活动盖体内侧中部分别设置有第一木材固定机构和第二木材固定机构，所述第一木材固定机构和第二木材固定机构由两端夹持木材使其与罐身内圆周壁保持间距；所述罐身内绕木材设置有多组电极；一外部电路对所述电极施加高压强电场，形成液电效应，使步骤
③
中树脂溶液与木材表面产生冲击作用。
13.其中，所述罐身包括外筒和内筒；所述内筒围合出液腔；所述外筒与内筒之间围合出空腔；所外筒与内筒之间通过肋板连接；所述内筒向空腔延伸多个凸台；多个凸台绕内筒圆周均分布；一朝向内筒圆心的通孔贯穿所述凸台；一杆状活塞密封滑动套设在所述通孔
上，所述杆状活塞一端伸入液腔，且端部固定有推液块；所述杆状活塞另一端伸入空腔且与凸台之间设置有活塞复位机构；一液管和一气管由外部连通液腔；所述液管和气管上分别设置有电磁阀控制管路开闭；所述电极固定在推液块前端面。
14.其中，所述活塞复位机构为连接杆状活塞与凸台的弹簧；所述推液块靠近内筒的后端面为向四周导流的弧面结构。
15.其中，所述第一木材固定机构包括绕固定盖体圆心均匀分布的多块第一弧形支撑板和对应第一弧形支撑板的第一弧形夹持板；所述第一弧形支撑板和第一弧形夹持板之间通过第一液压伸缩机构连接，多个所述第一液压伸缩机构驱动多块第一弧形夹持板共同夹持木材。
16.其中，所述第二木材固定机构包括与活动盖体圆心同心分布的第一支撑环和第二支撑环；所述第一支撑环与第二支撑环间距设置并围合出夹持腔；多块第二弧形支撑板可滑动的插入夹持腔中，所述第二弧形支撑板通过固定在夹持腔中的第二液压伸缩机构驱动向外伸缩；对应所述第二弧形支撑板设置有多块第二弧形夹持板；所述第二弧形支撑板与第二弧形夹持板之间通过第三液压伸缩机构连接；多个所述第三液压伸缩机构驱动多块第二弧形夹持板共同夹持木材。
17.其中，所述罐身和/或固定盖体和/或活动盖体内侧面设置有经过防水处理的微波发射口；所述罐身、固定盖体和活动盖体内侧面均镀附或涂覆有微波反射层；在步骤
②
和步骤
③
中对木材和树脂溶液进行微波照射，能够在步骤
②
的软化过程中与高温高压水蒸气共同促使木材内部相邻纤丝间、微纤丝间和微晶间产生相对滑移，且滑移的位置可被固定，从而减少压缩时所需要的压力，亦可在一定程度上保持被压缩层细胞壁的完整性。也能够在步骤
③
的压缩与定型中加热树脂溶液和木材，对压缩后木材进行热处理，达到定型的作用。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果：
19.1、本发明不仅简化了设备结构，降低了制造和维护成本,而且使木材软化速度更快，程度更深，而且木材压缩与定型连贯，木材改性效果更好，更稳定。
20.2、本发明利用电液效应与树脂溶液配合，同时实现对木材的压缩以及浸入定型，不仅简化了设备结构，降低了制造和维护成本；而且简化合并了本来需要多道工艺，只需一道工艺即可同时实现木材压缩与定型，且两者产生了相互促进的作用，树脂溶液冲击木材的过程不仅实现了各向同步无死角压缩的作用，该冲击力还促进了树脂溶液的浸入；而高温高压的树脂溶液的浸入又反过来进一步深入软化了木材，从而促进木材的被压缩；此外，避免了传统采用气压或液压方式助力树脂溶液浸入时设备内部整体压强需要长时间保持很高的程度带来的对设备的要求和压力以及能量的浪费；并且，其冲击力大，耗能少，作用速度快，且结合推液块的设计，利用第一次的电液效应冲击力实现木材细胞的突破，紧接着利用推液块回复力的冲击力实现树脂溶液的持续浸入；从而实现树脂溶液对木材更快、更深入的浸入。
21.3、本发明电液效应产生的冲击力不仅作用于木材表面，也同时作用于推液块，使推液块向空腔一侧移动，在这过程中压缩活塞复位机构，待第一次冲击结束后，活塞复位机构使杆状活塞快速复位，从而再次向木材方向挤压树脂溶液，推液块的设置不仅可以减缓电液效应产生的冲击力，起到自动平衡冲击力的作用，而且还能将单次强冲击转化为多次不同时的弱冲击，不仅能够有效的保护木材和处理罐，避免木材和处理罐受过大冲击力损
害，还能够高效利用冲击能量，减少用电成本；同时减小处理罐的强度和制造要求，降低成本。
22.4、本发明的处理罐集成了木材固定、抽注水蒸气、抽注树脂溶液、微波照射、木材压缩、树脂溶液浸入定型等功能于一身，木材只需一次置入即可完成完整的改性过程，设备整体结构简单，集成度高，无复杂部件，使用寿命长，制造和维护成本低。
附图说明
23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
24.图1是本发明的方法流程图；
25.图2是本发明处理罐的径向剖视示意图；
26.图3是本发明固定盖体和第一木材固定机构的结构示意图；
27.图4是本发明第一木材固定机构夹持木材的示意图；
28.图5是本发明活动盖体和第二木材固定机构的结构示意图。
29.图中标号：1、罐身；11、外筒；12、内筒；14、空腔；15、凸台；16、杆状活塞；17、活塞复位机构；18、液腔；19、推液块；2、固定盖体；3、活动盖体；4、第一木材固定机构；41、第一弧形支撑板；42、第一弧形夹持板；43、第一液压伸缩机构；5、第二木材固定机构；51、第一支撑环；52、第二支撑环；53、夹持腔；54、第二弧形支撑板；55、第二液压伸缩机构；56、第二弧形夹持板；57、第三液压伸缩机构；6、电极；7、液管；8、气管；9、木材。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
31.实施例：如图1-5所示，本发明提供一种技术方案，一种木材改性方法，包括以下步骤：
32.①
木材润湿：将木材9放入密封的处理罐中，充入加压水蒸气对木材9润湿一段时间；
33.②
木材软化：润湿完成后，再次充入高温高压水蒸气进一步提高处理罐中的压力，同时对木材9照射微波加热，通过蒸汽加热和微波加热对木材9进行软化处理；
34.③
木材压缩与定型：抽出处理罐中的积水，向处理罐中充入低分子量的树脂溶液，对木材9进行浸渍处理，在树脂浸渍入木材细胞腔的过程中同时对木材进行压缩；
35.④
木材烘干：抽出树脂溶液，移出木材9后采用冷风烘干。
36.进一步的，步骤
②
中，木材9的芯层温度不低于80℃。
37.进一步的，步骤
①
润湿后，木材9的含水率不低于35％。
38.进一步的，步骤
③
中充入树脂溶液后，采用加压和微波加热方式，使树脂溶液温度不低于150℃。
39.进一步的，所述处理罐包括圆筒形罐身1、固定封堵罐身1一端开口的固定盖体2以及活动封堵罐身1另一端开口的活动盖体3；所述固定盖体2和活动盖体3内侧中部分别设置有第一木材固定机构4和第二木材固定机构5，所述第一木材固定机构4和第二木材固定机
构5由两端夹持木材9使其与罐身1内圆周壁保持间距；所述罐身1内绕木材9设置有多组电极6；一外部电路对所述电极6施加高压强电场，形成液电效应，使步骤
③
中树脂溶液与木材9表面产生冲击作用。
40.进一步的，所述罐身1包括外筒11和内筒12；所述内筒12围合出液腔18；所述外筒11与内筒12之间围合出空腔13；所外筒11与内筒12之间通过肋板14连接；所述内筒11向空腔13延伸多个凸台15；多个凸台15绕内筒11圆周均分布；一朝向内筒12圆心的通孔贯穿所述凸台15；一杆状活塞16密封滑动套设在所述通孔上，所述杆状活塞16一端伸入液腔18，且端部固定有推液块19；所述杆状活塞16另一端伸入空腔13且与凸台15之间设置有活塞复位机构17；一液管7和一气管8由外部连通液腔18；所述液管7和气管8上分别设置有电磁阀控制管路开闭；所述电极5固定在推液块19前端面。
41.进一步的，所述活塞复位机构17为连接杆状活塞16与凸台15的弹簧；所述推液块19靠近内筒12的后端面为向四周导流的弧面结构。
42.进一步的，所述第一木材固定机构4包括绕固定盖体2圆心均匀分布的多块第一弧形支撑板41和对应第一弧形支撑板41的第一弧形夹持板42；所述第一弧形支撑板41和第一弧形夹持板42之间通过第一液压伸缩机构43连接，多个所述第一液压伸缩机构43驱动多块第一弧形夹持板42共同夹持木材9。
43.进一步的，所述第二木材固定机构5包括与活动盖体3圆心同心分布的第一支撑环51和第二支撑环52；所述第一支撑环51与第二支撑环52间距设置并围合出夹持腔53；多块第二弧形支撑板54可滑动的插入夹持腔53中，所述第二弧形支撑板54通过固定在夹持腔53中的第二液压伸缩机构55驱动向外伸缩；对应所述第二弧形支撑板54设置有多块第二弧形夹持板56；所述第二弧形支撑板54与第二弧形夹持板56之间通过第三液压伸缩机构57连接；多个所述第三液压伸缩机构57驱动多块第二弧形夹持板56共同夹持木材9。
44.进一步的，所述罐身1和/或固定盖体2和/或活动盖体3内侧面设置有经过防水处理的微波发射口；所述罐身1、固定盖体2和活动盖体3内侧面均镀附或涂覆有微波反射层；在步骤
②
和步骤
③
中对木材9和树脂溶液进行微波照射，能够在步骤
②
的软化过程中与高温高压水蒸气共同促使木材9内部相邻纤丝间、微纤丝间和微晶间产生相对滑移，且滑移的位置可被固定，从而减少压缩时所需要的压力，亦可在一定程度上保持被压缩层细胞壁的完整性。也能够在步骤
③
的压缩与定型中加热树脂溶液和木材9，对压缩后木材进行热处理，达到定型的作用。
45.进一步的，所述步骤
③
的具体方法为：
46.①
外部电路同时向多个电极6施加强电场，高压强电场通过液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体就迅速汽化、膨胀，迅速膨胀的气腔外沿在液体介质中产生强大的冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于周围介质；从而使树脂溶液以较大的冲击压力作用于木材9表面，沿木材9外周均匀分布的电极6同时产生冲击波，由各个方向同时对木材表面进行力的冲击，可同时完成木材9的压缩过程，与此同时，由于与木材9直接接触，部分树脂溶液在冲击力的助力下更快速、更深入的浸入木材9内部，在后期实现树脂的固化以胶结木材9压缩后的相邻细胞壁，从而抑制压缩层的吸湿弹性恢复，实现细胞腔形变的固定。在这一过程中由于多个电极6是绕木材9均匀分布的，因此其产生的冲击力相互抵消，木材的压缩是各向同步的，不仅压缩更加均匀，压缩效果更好，而且木材9整体不会
发生形状的变化或断裂；利用电液效应与树脂溶液配合，同时实现对木材9的压缩以及浸入定型，不仅简化了设备结构，降低了制造和维护成本；而且简化合并了本来需要多道工艺，只需一道工艺即可同时实现木材压缩与定型，且两者产生了相互促进的作用，树脂溶液冲击木材9的过程不仅实现了各向同步无死角压缩的作用，该冲击力还促进了树脂溶液的浸入；而高温高压的树脂溶液的浸入又反过来进一步深入软化了木材9，从而促进木材9的被压缩；此外，避免了传统采用气压或液压方式助力树脂溶液浸入时设备内部整体压强需要长时间保持很高的程度带来的对设备的要求和压力以及能量的浪费；并且，其冲击力大，耗能少，作用速度快，且结合推液块19的设计，利用第一次的电液效应冲击力实现木材细胞的突破，紧接着利用推液块19回复力的冲击力实现树脂溶液的持续浸入；从而实现树脂溶液对木材9更快、更深入的浸入。
47.②
产生的冲击力不仅作用于木材9表面，也同时作用于推液块19，使推液块19向空腔14一侧移动，在这过程中压缩活塞复位机构17，待第一次冲击结束后，活塞复位机构17使杆状活塞16快速复位，从而再次向木材9方向挤压树脂溶液，推液块19的设置不仅可以减缓电液效应产生的冲击力，起到自动平衡冲击力的作用，而且还能将单次强冲击转化为多次不同时的弱冲击，不仅能够有效的保护木材9和处理罐，避免木材9和处理罐受过大冲击力损害，还能够高效利用冲击能量，减少用电成本；同时减小处理罐的强度和制造要求，降低成本。
48.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。