一种木材表层辊压储能密实化生产方法及得到的木材与流程

本发明涉及木材加工技术领域，特别涉及一种木材表层辊压储能密实化生产方法及得到的木材。

背景技术：

木材是人类社会使用最悠久最广泛的材料之一，木材的性能同木材的密度密切相关，通过压缩提高密度改善木材性能去满足人们在生产、生活甚至军事方面的需要，至今已有近百年的历史，是一种十分有效的方法，但是由于现有方法生产效率低，能耗高，导致成本高，性价比低，缺乏市场竞争力。比如，在日本用柳杉生产的压缩木地板价格折合人民币达到800－900元/㎡以上。已同热带硬木地板价格相当，这必然影响到市场接受程度。当今优质木材资源十分缺乏，用科学技术提高低等级人工林木材的性能去满足社会的需要已成为共识，压缩密实化技术是最主要的方法之一，而提高生产效率，降低成本，提高性价比是关键，为此人们做了很大努力，一种是由整体压缩密实化，改成表层压缩密实化以节约木材，如专利cn101966713a、cn101603623a、ca106217566a等，更早还有一些日本专利；另一种是在把木板两侧表层都压密实技术的基础上，改进成只做单侧表面的压缩密实，进一步节约能源和材料。

近年来，这方面的专利连续不断出现，有的已有少量产品面世，有的已建立了示范生产线，但总的来看，市场的接受程度仍然很低，实质上仍是效率和成本没有根本性改变，性价比仍不够高，其原因主要有三点：

1.这种表层和层状压缩密实化的原理是基于通过水热作用对木材进行选择性压缩，让水和热在一定时间到达木材指定的位置，使这部分木材变软，然后在外力作用下，让其受到更多的压缩而变得密实，要做到这一点，就需要把木材干燥到相对降低的含水率后，再把两端用疏水物质封闭，因为木材纵向对水的传输远高于横向，易于使木材内部进入太多水，然后把干燥而又端封的木材浸入水中，让水通过侧面浸入木材，这比较耗时，有时甚至需要在侧面刻痕，以加快水浸入的速度；

2.浸水的木材在热压机上经过一百多度的高温预热和压缩后，又不能立即取出来，因木材内部的水和热会导致木材膨胀回弹，为了节约时间需对热压板和被压缩的木材进行强制冷却到不再反弹为止。而下一个周期又需要再加热热压板，如此循环，导致能耗大增；

3.压缩后的木材需要定形去限制其回复到原状，通常使用化学法，热处理法和热蒸汽处理法。前两种有环保和时间长的问题。所以目前多用热蒸汽处理法，将要处理的压缩密实化木材在压力容器中低氧和夹持下，经过热蒸汽对流接触加热定形，时间至少数个小时。

从以上三点可以看出，木材在干、湿、冷、热之间反复变化时，时间和能耗必然增加，难以大幅度提高效率，降低成本。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种木材表层辊压储能密实化生产方法，通过利用对木材的辊压，使木材表层密实的同时，也将压辊的动能转化成了木材细胞形变的势能这一特性，将辊压化后木材分层放在电热薄板之间，锁紧后通电加热，表层木材在向内传递热量的同时，自身已被软化，内层木材受热的同时会释放细胞辊压变形时储存的能量对已软化的表层木材再一次压缩，最后得到的辊压密实化木材表面平整、光洁，克服了现有木材加工技术所存在的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种木材表层辊压储能密实化生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、将含水率为18－20％的木材经辊压机辊压；

s2、将辊压后的木材装入有电加热薄板和锁紧功能的定形装置中；

s3、将装好木材并已锁紧的定形装置送进压力容器中，关闭压力容器，通入压缩空气，并同时对加热薄板通电加热；

s4、容器压力维持在0.7－0.8mpa，木材温度升到160－180℃，保持10－30min后，断电排气，在30min内降至常压，然后取出定形装置。

在上述方法中，由于木材是一种各向异性天然高分子材料，其在横向外力作用时细胞易变形，但又不易损坏，同时在水、热作用下这种变形又易于恢复原状，这一特性在木材压缩密实化现有技术中更多时候是作为一种需要克服的不利因素存在，比如，木材压缩前需要浸水加热软化，压缩后要经过冷却才能松开热压板，这既耗时又耗能，这是现有木材加工技术主要存在的不足。本发明的方法为了克服这些问题，先对木材进行辊压，用冷辊压缩代替用水热软化后的热平压，效率增加数倍，能耗降低数倍，然后再将辊压化后木材分层放在电热薄板之间，锁紧后通电加热，表层木材在向内传递热量的同时，自身已被软化，内层木材受热的同时会释放细胞辊压变形时储存的能量对已软化的表层木材再一次压缩，热效率高，热能集中在木材中，同时再通过压力容器实现加热加压定形处理，而压力容器温度仅需保持几十度，最后得到的辊压密实化木材表面平整、光洁，压缩层厚度为2－3mm，表层密度可提高50－90％，而且均匀，梯度小，吸水吸湿恢复率较低，根据需要还可以使两面表层密度有20－40％的差别，工艺流程简洁，能耗和使用成本低，产品加工质量优异，显著优于传统木材加工技术。

在本发明，为了实现自动化、连续化生产，用其他已装好辊压木材的定形装置置换压力容器内已处理好的定形装置后，再进行新一轮的加热加压定形处理，重复此操作，直至完成一次生产任务。

在本发明中，为进一步实现连续化生产，取出的已处理好的定形装置自然冷却至50－60℃后，由码垛机或人工取出木材，并返回再次使用。

进一步，在s1中，辊压机的辊压速度为4－6m/min，木材压缩率为10－30％。

进一步，木材温度升至100℃前，升温速度为1－3℃/min，100℃以后为0.5－1℃/min。木材温度以定形装置设置的热电偶温度为准。

在本发明中，有特殊要求时也可以作进一步热处理，当容器内压力接近常压时，容器内氧气少，充满木材排放的水蒸气，木材含水率一般为8－10％，木材温度仍在100℃以上可继续通电加热进行碳化热处理。

在本发明中，为了更好地实施定形装置，所述定形装置包括上下对称设置的上压板和下压板，所述上压板和下压板的左右两端分别通过左支柱和右支柱连接，上压板、下压板、左支柱和右支柱共同构成框架结构，框架结构内设置有电加热薄板，所述电加热薄板沿上下方向层层叠放，相邻电加热薄板之间留有用于容纳木材的空间，电加热薄板通过导线与电源连接，所述上压板的两端分别通过锁紧螺杆组件与左支柱和右支柱的上端连接，并通过锁紧螺杆组件来调整上压板和下压板之间的间距。将辊压化后木材分层放在电加热薄板之间，锁紧后通电加热，用电热薄板接触加热，热效率高，热能集中在木材中，环保清洁，不用水，无污染，克服了传统定形装置所存在的问题。

在本发明中，相邻电加热薄板之间的空间内，至少可以放置1层辊压后的木材，优选放置2层。每两块电加热薄板之间可以是一层辊压后的木材，也可以是两层或多层，木材与电加热薄板直接接触的一面，密实化的厚度和程度最大，可以得到两侧面密实化有差异的木材，差异的大小同木材厚度和定形处理时温升快慢有关。

进一步，相邻电加热薄板之间放置两层辊压木材时，可以得到两面密度不一样的木材。

作为优选，所述电加热薄板由多个金属薄片并排形成，所述金属薄片的两个端部分别通过上连杆和下连杆串联固定，所述上连杆或/和下连杆的端部构成导线接通端；所述金属薄片之间设置有绝缘层，金属薄片的端部通过可以导电的导电连接部连接形成串联电路。

作为优选，所述左支柱的下端与下压板铰接，左支柱的上端通过锁紧螺钉组件与上压板的左端固定连接，所述右支柱的下端与下压板固定连接，右支柱的上端设置锁紧螺钉组件，上压板的右端设置环扣部，上压板的环扣部套设在锁紧螺钉组件上。

在本发明中，每批木材的规格尺寸和树种保持一致，定形装置中的电加热薄板数量所装木材数量相对应。

在本发明的木材表层辊压储能密实化生产方法中，应设置多套定形装置，以保证整个生产流程的连续性，具体数量通生产线的生产能力相匹配，例如，速度为5m/min的辊压机，每小时可处理2cm规格厚度的木材1m³或4cm厚度规格的木材2m³。直径1.8m，长4.5m的压力容器，每次能处理4m³，周期为2－4h，连续生产时所需定形装置数量为：1m长定形装置需12套(其中4套在压力容器内，4套在装卸木材，4套在待冷却状态)，2米长的需6套，4米长的需3套。

本发明还包括一种木材，其由上述木材表层辊压储能密实化生产方法生产得到。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过利用对木材的辊压，使木材表层密实的同时，也将压辊的动能转化成了木材细胞形变的势能这一特性，将辊压化后木材分层放在电热薄板之间，锁紧后通电加热，表层木材在向内传递热量的同时，自身已被软化，内层木材受热的同时会释放细胞辊压变形时储存的能量对已软化的表层木材再一次压缩，最后得到的辊压密实化木材表面平整、光洁，压缩层厚度为2－3mm，表层密度可提高50－90％，而且均匀，梯度小，吸水吸湿恢复率较低，根据需要还可以使两面表层密度有20－40％的差别，工艺流程简洁，能耗和使用成本低，产品加工质量优异，显著优于传统木材加工技术；

2、本发明所涉及的工艺流程和工艺设备，均简单紧凑，占地面积小，生产能力大，能耗低，生产成本低，环保清洁，不用水，无污染，易于高度自动化、连续化生产，生产效益好。

附图说明

图1是本发明的一种定形装置结构示意图；

图2是本发明的一种电加热薄板结构示意图；

图3是本发明的一种木材表层辊压储能密实化生产设备流程结构示意图；

图中标记：1为辊压机，2为木材定形装置，201为上压板，202为下压板，203为左支柱，204为右支柱，205为电加热薄板，206为金属薄片，207为上连杆，208为下连杆，209为导线接通端，210为导电连接部，211为锁紧螺杆组件，212为搁架，213为环扣部，214为滚轮，3为压力容器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种定形装置2，包括上下对称设置的上压板201和下压板202，所述上压板201和下压板202的左右两端分别通过左支柱203和右支柱204连接，即左支柱203的两端分别连接上压板201和下压板202的左端，右支柱204的两端分别连接上压板201和下压板202的右端，上压板201、下压板202、左支柱203和右支柱204共同构成框架结构，即组成矩形或类矩形框架结构，框架结构内设置有电加热薄板205，所述电加热薄板205沿上下方向层层叠放，相邻电加热薄板205之间留有用于容纳木材的空间，电加热薄板205通过导线与电源连接。将木材置于电加热薄板205之间的空间内，根据需要层数层层叠放，然后通过组成的框架结构对叠放的木材进行定形处理。

进一步地，为了便于电加热薄板205上的木材被压缩空气加压，所述电加热薄板205由多个金属薄片206并排形成，如图2所示，所述金属薄片206的两个端部分别通过上连杆207和下连杆208串联固定，所述上连杆207或/和下连杆208的端部构成导线接通端209，以图2所示的电加热薄板205为例，上连杆207的两个端部构成导线接通端209。作为优选，金属薄片优选为不锈钢薄片，当然，其也可以采用其他金属材料代替。

进一步地，为了便于对电加热薄板205进行通电加热，以尽可能避免出现漏电触电事故，所述金属薄片206之间设置有绝缘层(未画出)，金属薄片206的端部通过可以导电的导电连接部210连接形成串联电路，以图2为例，左端第一块竖向设置的金属薄片206的上端与上连杆207的导线接通端209连接，其下端通过导电连接部210与相邻的第二块竖向设置的金属薄片206的下端连接，而第二块金属薄片206的上端则通过导电连接部210与相邻的第三块金属薄片206的上端连接，由此类推，多个金属薄片206通过导电连接部210连接形成串联电路。作为优选，导电连接部210优选为铝片，当然，其也可以采用其他导电材料替代。

进一步地，为了便于电加热薄板205的拆卸和安装，同时便于对电加热薄板205施加压力，所述上压板201的两端分别通过锁紧螺杆组件211与左支柱203和右支柱204的上端连接，并通过锁紧螺杆组件211来调整上压板201和下压板202之间的间距。锁紧螺钉组件211采用常用的锁紧螺钉及其组件即可，例如其包括锁紧螺钉、螺帽等组成件，通过锁紧螺钉可实现上压板201的拆卸和安装，进而便于电加热薄板205的拆卸和安装，同时还能调节上压板201和下压板202之间的间距，进而调节上压板201和下压板202对电加热薄板205施加的压力。

进一步地，所述上压板201上设置有搁架212，所述电加热薄板205挂放在搁架212上。

作为一种优选地实施方式，如图1所示，所述左支柱203的下端与下压板202铰接，左支柱203的上端通过锁紧螺钉组件211与上压板201的左端固定连接，所述右支柱204的下端与下压板202固定连接，右支柱204的上端设置锁紧螺钉组件211，上压板201的右端设置环扣部213(优选为u型件)，上压板201的环扣部213套设在右支柱204上端的锁紧螺钉组件211上，下压板202的底部设置有滚轮214，以便于推动木材定形装置。工作时，上压板201可通过左支柱203绕下压板202翻动，以将电加热薄板205挂在搁架212上，然后再一层一层放置木材，达到设定层数后，通过锁紧螺杆组件211将上压板201与左支柱203和右支柱204锁紧固定，然后将其推入压力容器3内，用压缩空气加压并通电加热，进行定形处理。

本发明还包括一种木材表层辊压储能密实化生产设备，如图3所示，所述生产设备包括辊压机1、木材定形装置2和压力容器3，所述辊压机1用于辊压木材，所述木材定形装置2为上述的木材定形装置，其用于将辊压后的木材进行定形，所述压力容器3用于对木材进行加压。用冷辊压缩代替用水热软化后的热平压，效率增加数倍，能耗降低数倍，将辊压化后木材分层放在电加热薄板205之间，锁紧后在压力容器3内通电加热，表层木材在向内传递热量的同时，自身已被软化，内层木材受热的同时会释放细胞辊压变形时储存的能量对已软化的表层木材再一次压缩，最后得到的辊压密实化木材表面平整、光洁，压缩层厚度为2－3mm，表层密度可提高50－90％，而且均匀，梯度小，吸水吸湿恢复率较低，设备紧凑，易于高度自动化，设备造价低，仅需几百平米的厂房即可形成年产上万m³的产能。进一步地，上述辊压机可采用现有的木材辊压机，例如可以使用发明人在先专利cn206426238u的辊压模具，所述压力容器一方面用于容纳木材定形装置，并形成密闭空间，二是用于向密闭空间内提供压缩空气，因此采用一般的尺寸规格合适的压力容器即可。

进一步地，本发明的木材表层辊压储能密实化生产方法，包括以下步骤：

s1、将含水率为18－20％的木材经辊压机1辊压；

s2、将辊压后的木材装入定形装置2中；

s3、将装好木材并已锁紧的定形装置2送进压力容器3中，关闭压力容器3，通入压缩空气，并同时对加热薄板通电加热；

s4、容器压力维持在0.7－0.8mpa，木材温度升到160－180℃，保持10－30min后，断电排气，在30min内降至常压，然后取出定形装置2。

在上述方法中，当需要连续化生成时，用其他已装好辊压木材的定形装置置换压力容器内已处理好的定形装置后，再进行新一轮的加热加压定形处理，重复此操作，直至完成一次生产任务。

在本发明中，为进一步实现连续化生产，取出的已处理好的定形装置自然冷却至50－60℃后，由码垛机或人工取出木材，并返回再次使用。

进一步，在s1中，辊压机的辊压速度为4－6m/min，木材压缩率为10－30％。

进一步，木材温度升至100℃前，升温速度为1－3℃/min，100℃以后为0.5－1℃/min。木材温度以定形装置2设置的热电偶温度为准。每批木材的规格尺寸和树种保持一致，定形装置中的电加热薄板数量所装木材数量相对应。

为了更好地实施本发明，以下列举实例：

实例：生产19mm地热地板坯料，要求表层密度达到0.7－0.8g/cm³及以上，厚度3mm，浸水48h后吸水厚度膨胀率≤3％。

该坯料的木材表层辊压储能密实化生产方法，包括以下步骤：

s1、备料：含水率18－20％，1mx13cm(长x宽)，弦切板

巨桉23mm(厚度)杨木24mm

马尾松23mm桦木23mm

泡桐26mm柳杉25mm

节子不大于板厚二分之一；

s2、辊压：每次只能压同一规格同一树种木材，压辊速度为5m/min，上下两排压辊间的距离设定为进口比木材厚度小1mm，出口15－17mm内调整，以保证辊压后的木材厚度在19±0.1mm；

s3、定形装置的装取：

直径为1m的压力容器，定形装置外形尺寸为105cm(长)x72cm(宽)x72cm(高)，由螺栓锁紧的上压板和下压板组成，上压板可翻动以便电加热薄板和木材的码放与取出，电加热薄板用尺寸为720mm(长)x100mm(宽)x0.3mm(厚)的不锈钢薄板并排串联而成，从下压板开始码放，一块电加热薄板上码放两层木材，每层5块，共10块辊压木材，一个定形装置可码放13块电加热薄板，总计可码放120块辊压木材；

s4、定形

将已装好辊压木材并已锁定的定形装置，沿轨道送入压力容器，连接检测和电源，关门，通入压缩空气，同时通电加热。木材温度100℃以前每分钟升温为1－3℃/min，100℃以后为1℃/min，环境温度和木材种类都会影响升温速度，为了便于操作可采用在30－100s时间范围内，不同的通、断电时间来加以控制，升温速度的快慢对木材两侧表层密实化程度有影响，一般升温慢，加热板直接接触的木材表层密实化程度更高，容器内压力保持在0.7－0.8mpa，木材温度达到160－180℃，保持10－30min，断电，在30min内降至常压后即可用待处理定形装置换出已处理好的定形装置，已完成处理的定形装置应冷却到50℃再进行重新装卸。

表层辊压储能密实化木材的检测：

1)、表层密度采用x射线剖面密度分析仪检测，用千分之一天平和数显游标卡尺直接量取更方便实用。具体方法是：先将样品制成20mmx20mmx19mm，称重，测量两相对压缩面之间的厚度，然后砂去一面1mm厚度，再称重测量，可算出这1mm厚表层密度，同样重复操作可得出另一面相应密度，以及两面表层2mm或3mm厚的木材密度；

2)、吸水恢复率，试件尺寸为20mmx20mmx19mm，浸水48h，取出放至气干状态，在60℃下干燥4小时，103℃下干燥至绝干状态，测量其厚度并根据下述吸水恢复率计算公式计算：

吸水恢复率计算公式为：

检测结果见下表：

表1检测数据

注：1.正面指与电加热薄板直接接触面；

2.柳杉芯材与边材密度差异很大，应分别处理。

由表1得到，获得木材坯料的表层密度满足0.7－0.8g/cm³的要求，最高达到0.9g/cm³以上，吸水厚度恢复率在3％以下，满足了产品要求，由此说明，本发明所涉及的工艺方法在低成本、低能耗、低污染的条件下，能够生产出满足市场所需的产品，并能实现连续化生产，易于高度自动化、连续化生产，生产效益高，显著优于目前传统的木材加工技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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