增強型高溫熱處理木材及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于木材加工領域的木材功能性改良范疇，具體涉及一種增強型高溫熱處理木材及其制造方法。
【背景技術】
[0002]木材熱處理的基本原理主要是利用160_260°C的溫度條件對木材處理一定時間，木材細胞壁物質(zhì)發(fā)生熱解和分子結(jié)構(gòu)重組，木材組分發(fā)生永久性化學改變，使處理木材吸濕性降低、尺寸穩(wěn)定性、耐候性提高，從而適用于戶外地板、戶外裝飾墻板、庭院家具、木柵欄等，另一方面，木材熱處理又會導致木材力學強度降低和重量減輕，成為其主要缺點。
[0003]木材熱處理技術的商業(yè)化應用主要始于歐洲國家，但近些年來國內(nèi)熱處理技術及商業(yè)化推廣應用有明顯提升，熱處理技術或工藝漸進成熟。因國內(nèi)天然林資源嚴重短缺，部分木材加工企業(yè)開始將目光轉(zhuǎn)向資源豐富的人工林速生木材的開發(fā)利用，但人工林木材因生長速度快導致密度較低、強度等級差、尺寸穩(wěn)定性低，熱處理技術雖然可以改善其尺寸穩(wěn)定性，但若直接對其進行熱處理則木材強度會進一步降低，無法很好的滿足使用要求。針對人工林木材密度低、強度差、不宜直接用于熱處理改性的問題，催生了木材熱處理與化學增強改性技術或熱處理與物理增強改性技術聯(lián)合改性的一體化技術，如樹脂浸漬增強-熱處理一體化技術，熱處理-壓縮增強一體化技術。對于前者，木材經(jīng)樹脂浸漬之后強度有明顯增強，但后續(xù)的熱處理會在一定程度上導致樹脂失效，材料脆性增加，部分破壞了已經(jīng)得到的增強效果；對于后者，木材進行熱處理后塑性明顯降低，后續(xù)通過壓縮增強的難度顯著增加，且壓縮處理不僅在一定程度上會造成木材材積的損失，還存在壓縮處理后的回彈問題。
[0004]人工林速生材在我國資源非常豐富，通過更加科學的改性處理，尋求合理高效利用方法以解決其強度和尺寸穩(wěn)定性等問題，對于提高產(chǎn)品附加值，拓寬其應用領域，緩解天然林資源嚴重短缺等問題具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種既能提高木材力學強度又能改善木材尺寸穩(wěn)定性且綠色環(huán)保的增強型高溫熱處理木材的制造方法，還提供一種以人工林木材為原材料、力學強度高、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異且綠色環(huán)保的增強型高溫熱處理木材。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種增強型高溫熱處理木材的制造方法，包括以下步驟:
O高溫熱處理:以人工林木材為原材料，對人工林木材進行高溫熱處理，得熱處理材；
2)浸漬增強處理:將步驟I)所得熱處理材浸漬于樹脂膠黏劑中，得浸漬材；
3)固化定型處理:將步驟2)所得浸漬材進行固化定型處理，得增強型高溫熱處理木材。
[0007]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述步驟I)的高溫熱處理包括如下步驟: 1.1)一次干燥:將人工林木材置于高溫熱處理罐中，先以15°C /h?20°C /h的升溫速率升溫至100°C，再以5°C /h?10°C /h的升溫速率升溫至130°C，保溫Ih?5h ;
1.2)保溫熱處理:將一次干燥后的木材由130°C升溫至160°C?260°C，升溫速率為10C /h?15°C /h，保溫時間為Ih?4h，木材的含氧量控制在彡2%范圍內(nèi)；
1.3)降溫調(diào)濕:將保溫熱處理后的木材進行噴蒸處理，待高溫熱處理罐內(nèi)溫度降至100°C時，停止噴蒸處理，待木材溫度降至室溫后出罐，得熱處理材。
[0008]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述步驟2)的浸漬增強處理包括如下步驟:
2.1)抽真空:將步驟I)所得熱處理材置于浸漬罐中進行抽真空處理，真空度為
0.06MPa ?0.095MPa，保壓時間為 0.25h ?Ih ；
2.2)加壓浸漬:向浸漬罐內(nèi)加入樹脂膠黏劑，對抽真空處理后的熱處理材進行加壓浸漬處理，浸漬壓力為0.5MPa?2.5MPa，浸漬時間為30min?120min ；
2.3) 二次干燥:將加壓浸漬后的熱處理材進行二次干燥，至最終含水率為10%?15%，得浸漬材。
[0009]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述步驟3)的固化定型處理包括如下步驟:
3.1)固化成型:將步驟2)所得浸漬材置于高溫熱處理罐中，以5°C /h?10°C /h的升溫速率升溫至105°C?130°C，保溫6h?12h ；
3.2)降溫調(diào)濕:對固化成型后的浸漬材進行噴蒸調(diào)濕處理，至最終含水率為5%?8%，得增強型高溫熱處理木材。
[0010]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述制造方法還包括平衡處理，具體步驟為:將步驟
3)所得增強型高溫熱處理木材置于室內(nèi)環(huán)境中密堆陳放14天?30天。
[0011]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述樹脂膠黏劑為低分子量樹脂膠黏劑，所述低分子量樹脂膠黏劑的固含量為35%?50%，所述低分子量樹脂膠黏劑的動力粘度為1MPa.s?20MPa.so (本發(fā)明中低分子量是指粘均分子量的平均值基本在300?500內(nèi))。
[0012]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述低分子量樹脂膠黏劑包括脲醛樹脂膠黏劑或水溶性酚醛樹脂膠黏劑。
[0013]上述的制造方法中，優(yōu)選的，所述人工林木材為人工林速生楊木或人工林速生杉木；所述人工林木材的初含水率為12%?20%。
[0014]作為一個總的技術構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的制造方法制得的增強型高溫熱處理木材。
[0015]上述的增強型高溫熱處理木材中，優(yōu)選的，所述增強型高溫熱處理木材的密度為
0.55g/cm3?0.7g/cm 3；
所述增強型高溫熱處理木材的抗彎強度相比于所述原材料、所述步驟I)得到的熱處理材的抗彎強度分別提高72.7%?90.9%, 84.2%?137.5% ；
所述增強型高溫熱處理木材的抗彎彈性模量相比于所述原材料、所述步驟I)得到的熱處理材的抗彎彈性模量分別提高51.7%?78.5%,66.7%?112.5% ；
所述增強型高溫熱處理木材的徑向干縮率相比于所述原材料的徑向干縮率降低33.3% ?70% ；
所述增強型高溫熱處理木材的弦向干縮率相比于所述原材料的弦向干縮率降低38.2% ?65% ； 所述增強型高溫熱處理木材的徑向濕脹率相比于所述原材料的徑向濕脹率降低25.3% ?90.6% ；
所述增強型高溫熱處理木材的弦向濕脹率相比于所述原材料的弦向濕脹率降低35.5% ?90.7%。
[0016]本發(fā)明中，二次干燥包括自然干燥和人工干燥。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明的增強型高溫熱處理木材的制造方法，其原理是首先對木材進行高溫熱處理以降低其吸濕吸水性，提高其尺寸穩(wěn)定性，再利用低分子量樹脂對熱處理材進行浸漬增強處理，以彌補熱處理對力學強度造成的負面影響，并進一步提高其尺寸穩(wěn)定性，最后通過一定溫度的固化成型處理，使樹脂完全固化并與木材細胞壁物質(zhì)形成穩(wěn)定化學鍵結(jié)合而不會流失，且釋放掉固化階段未完全反應的游離甲醛和游離苯酚，使得處理材更加安全環(huán)保。
[0018](2)本發(fā)明的制造方法相比于木材熱處理技術、浸漬增強-熱處理技術、熱處理-壓縮增強技術等，本發(fā)明的熱處理-浸漬增強一體化技術很好的解決了熱處理材力學強度降等的問題，亦可以避免先浸漬樹脂后高溫熱處理致使樹脂失效的問題，充分發(fā)揮了樹脂浸漬增強的處理效果，處理后木材的力學強度、尺寸穩(wěn)定性更優(yōu)異，且不存在物理壓縮所致的回彈問題。
[0019](3)本發(fā)明的增強型高溫熱處理木材，以人工林木材為原料，經(jīng)本發(fā)明的制造方法處理后各項性能均有明顯改善。其密度約為0.55g/cm3?0.7g/cm 3，相比于素材(即原材料)提高了 57%?100% ;抗彎強度相比于素材、熱處理材、常規(guī)浸漬-熱處理方法制備的浸漬-熱處理材分別提高了 72.7%?90.9%,84.2%?137.5%、14.1%?58.3% ;抗彎彈性模量相比于素材、熱處理材、常規(guī)浸漬-熱處理方法制備的浸漬-熱處理材分別提高了 51.7%?78.5%, 66.7%?112.5%、21.9%?63.4% ;徑向、弦向干縮率(濕材至絕干)分別比素材降低了 33.3%?70%、38.2%?65% ;徑向、弦向濕脹率(絕干至吸水穩(wěn)定)分別比素材降低了25.3% ?90.6%, 35.5% ?90.7%。
【具體實施方式】
[0020]以下利用具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一