專利名稱：楊木結構工程材及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種新型木材及其加工制造方法，尤其涉及一種以楊木為主材質的新型木材及其制造方法。
背景技術：
楊樹是我國最主要的三大速生人工林樹種之一，其生長速度快、分布面積廣、木材蓄積量大。目前，我國楊樹人工林面積已達800萬公頃，超過世界其它國家楊樹人工林面積的總和，但速生楊樹木材(簡稱楊木)存在著材質松軟、強度與密度低、易變形、易腐朽等缺 點，長期以來只能作為劣質材使用，產品附加值低。因此，如何高效利用豐富的速生人工林楊樹木材資源是我國木材科技工作者必須面臨和解決的重大課題。為此，近年來，我國木材科技工作者在速生楊木材性、漂白染色、木材壓密、增重與增強、高溫炭化、尺寸穩定化處理等方面開展了大量研究，取得了一批具有推廣價值的技術成果，大幅提升了我國楊樹木材的加工利用水平。目前，我國人工林楊樹木材的應用已經由最初的農村住宅建材、火柴、一次性木筷等性能要求和附加值低的產品擴展到膠合板、細木工板、中密度纖維板、刨花板和實木拼板制造等領域，楊樹木材的應用領域和產品附加值得到了拓展和提升。盡管如此，楊樹木材在實木高附加值領域的應用，特別是在高附加值結構工程材制造領域的應用仍然沒有取得突破性進展，楊樹木材的高質、高效利用難題仍然亟待破解。因此，運用新的技術手段，開發具有高密度和高強度的楊木結構工程材，拓展楊樹木材的應用領域以滿足人們日益增長的物質需求，具有非常重要的意義。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有高密度、高強度和具有多變紋理結構特征的楊木結構工程材，還相應提供一種操作簡單、設備投入小、原料來源廣泛、成本低的該楊木結構工程材的制造方法。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種楊木結構工程材，其是以楊木為主要原料經加工處理后制成，所述楊木結構工程材的密度為O. 8g/cm3 I. 5g/cm3,抗彎彈性模量在35000MPa以上。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述的楊木結構工程材的制造方法，包括以下步驟將楊樹原木旋切為單板，再對單板進行水蒸汽熱處理、一次干燥和剪切處理，然后對剪切處理后的楊木單板條進行浸膠、二次干燥和組坯，最后對板坯進行冷壓定型、加熱固化、微波平衡和后處理，制得楊木結構工程材。上述的制造方法中，優選的尺寸控制參數如下所述楊樹原木的長度優選控制為O. 5m 3. Om,旋切時采用的設備為弦切機和剪板機，所述旋切后控制單板的厚度優選為O. 5mm 3. Omm,單板寬度優選為O. 5m I. Om ;所述剪切是指采用單板剪切機沿著一次干燥后單板的縱向順紋剪切，剪切后的單板條為寬度在IOmm 50mm ;所述單板條經組坯、冷壓定型后得到的板還寬度為IOOmm 400mm,板還厚度為IOOmm 500mm,板還密度優選為O. 8g/cm3 I. 5g/cm3。上述的制造方法中，所述水蒸汽熱處理包括將旋切后的單板送入高溫高壓處理罐內，通過供給飽和水蒸汽對單板進行熱處理，將處理罐內水蒸氣的壓力控制在O. 3MPa O. 5MPa，熱處理時間控制為Ih 4h，直至單板顏色由灰白色變為咖啡色。上述的制造方法中，優選的干燥過程控制參數如下所述一次干燥采用的干燥方法為平板熱壓法、常規窯干法、網帶式干燥、大氣干燥法或微波干燥方法，所述二次干燥采用的干燥方法為常規窯干法、網帶式干燥法或微波干燥方法；所述一次干燥過程中，控制干燥介質或被干燥單板的表面溫度不超過120°C，一次干燥后使得干燥對象的含水率保持在8% 15% ;所述二次干燥過程中，控制干燥介質或被干燥單板條的表面溫度不超過65°C，所述二次干燥后使得干燥對象的含水率保持在10% 15%。上述的制造方法中，所述浸膠過程優選采用的膠液為固體含量在20% 45%的酚醛樹脂膠溶液，且在常溫常壓下浸潰Imin 20min。 上述的制造方法中，所述加熱固化優選是指將冷壓定型后的板坯連同模具一同送入鏈條隧道式加熱固化設備，加熱固化設備內的溫度控制在120°c 160°C，固化處理時間為8h 16h,自然冷卻。上述的制造方法中，優選的，所述微波平衡主要是指采用隧道式微波預處理裝置對加熱固化后的板方進行熱處理，熱處理時間為5min 15min，微波平衡過程中板方表面的溫度控制在60°C 80°C。上述的制造方法中，所述后處理優選包括密堆存放、裁邊和剖分操作，密堆存放時間為10 30天。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明克服了現有楊木存在的材質松軟、強度與密度低、易變形、易腐朽的缺陷，本發明制造出的新型楊木結構工程材具有密度高、強度和硬度大、裝飾效果好等特點，能被廣泛用于各種結構工程材料的制作加工，大大拓展了楊木實木加工應用領域，提高了楊木制品的附加值。由于拓展了楊木的應用范圍，且楊木屬于常規的速生木材，這也相應節約了其他昂貴的工程性結構木材的用量，有利于降低結構工程木材的消費成本、節約資源和生態環境保護。此外，本發明楊木結構工程材的制造方法具有操作簡單、設備投入小、原料來源廣泛、成本低等優勢，有利于本發明楊木結構工程材的工業化推廣及應用。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。實施例I :
一種本發明的楊木結構工程材，其是以楊木為主要原料經加工處理后制成，該楊木結構工程材的密度為I. Og/cm3，抗彎彈性模量54392MPa。本實施例的楊木結構工程材的制造方法包括如下步驟
(1)采用弦切機將長度為I.Om的楊樹原木加工成厚度為2. O mm的弦切單板；
(2)將弦切單板疊放整齊，裝進材車后直接送入高溫高壓處理罐內，用鍋爐供給的飽和水蒸汽對弦切單板進行炭化處理，將處理罐內水蒸氣的壓力控制在O. 4MPa (O. 3MPa O.5MPa均可)，炭化處理2. 5h，直至單板炭化為咖啡色；
(3 )采用常規窯干方法將步驟(2 )后的弦切單板含水率干燥至10%，干燥窯溫度控制在80 0C ；
(4)采用單板剪切機沿著步驟(3)后的單板的縱向順紋剪切，將單板剪切成寬度為25mm的單板條；
(5)對單板條進行浸膠處理，浸膠所采用的膠液為固體含量在30%的酚醛樹脂膠溶液，常溫常壓下浸潰，單板條在膠液中的浸潰時間為IOmin ；
(6 )采用常規窯干方法對步驟(5 )浸膠后的楊木單板條進行干燥處理，將其含水率干燥 至10% ;干燥過程中，干燥介質的溫度控制在60°C ；
(7)稱取步驟(6)干燥后的浸膠單板條(75.0kg)，將其沿同一方向放入帶有鎖緊裝置的模具中，用冷壓模壓機對其進行冷壓定型，板坯目標密度控制在1.0 g/cm3，壓縮到設定目標密度后，用鋼板和銷釘鎖緊模具，防止板坯反彈回復；壓縮到目標密度后，板坯的長度等于單板條的長度，板還寬度為250mm (IOOmm 400mm均可)，板還厚度為300mm (IOOmm 500mm 均可)；
(8)將步驟(7)后的楊木板坯連同模具一同送入隧道式加熱固化設備，加熱固化設備的溫度控制在140°C，固化處理時間為IOh ；
(9)加熱固化完成后，將楊木板坯連同模具置于室內陳放，待板坯完全冷卻后，采用拆模機將模具與固化后的楊木板坯分離；
(10)將步驟(9)后的楊木板坯置于隧道式微波預處理裝置中，采用微波對板坯進行加熱處理，處理時間為lOmin，加熱過程中板坯表面的溫度控制在70±2°C，減小板坯內的熱、濕應力，并降低板坯后期的游離甲醛釋放量；
(11)將步驟(10)后的成型板材密堆存放，存放時間控制在14天；
(12)對板材縱橫裁邊與剖分，得到本實施例的楊木結構工程材。本實施例制造出的新型高強度楊木結構工程材的規格為1. O m (長)X0.25m(寬)XO. 3 m (厚)。實施例2:
一種本發明的楊木結構工程材，其是以楊木為主要原料經加工處理后制成，該楊木結構工程材的密度為I. 2g/cm3，抗彎彈性模量66457MPa。本實施例的楊木結構工程材的制造方法包括如下步驟
(1)采用弦切機將長度為I.5m的楊樹原木加工成厚度為2. 5mm的弦切單板；
(2)將弦切單板疊放整齊，裝進材車后直接送入高溫高壓處理罐內，用鍋爐供給的飽和水蒸汽對弦切楊木單板進行炭化處理，將處理罐內水蒸氣的壓力控制在O. 35MPa，炭化處理
3.O h，直至單板炭化為咖啡色；
(3 )采用常規窯干方法將步驟(2 )后的弦切單板含水率干燥至12%，干燥窯溫度控制在90 0C ；
(4)采用單板剪切機沿著步驟(3)后的單板的縱向順紋剪切，將單板剪切為寬度為30mm的單板條；
(5)對單板條進行浸膠處理，浸膠所采用的膠液為固體含量在25%的酚醛樹脂膠溶液，常溫常壓下浸潰，單板條在膠液中的浸潰時間為12min ；(6 )采用隧道式微波干燥機對步驟(5 )浸膠后的楊木單板條進行干燥處理，將其含水率干燥到12% ;干燥過程中，浸膠楊木單板條表面的溫度控制在55°C ；
(7)稱取步驟(6)干燥后的浸膠單板條(135.Okg)，將其沿同一方向放入帶有鎖緊裝置的模具中，用冷壓模壓機對其進行冷壓定型，板坯目標密度控制在I. 2g/cm3，壓縮到設定目標密度后，用鋼板和銷釘鎖緊模具，防止板坯反彈回復；壓縮到目標密度后，板坯的長度等于單板條的長度，板還寬度為250mm,板還厚度為300mm ；
(8)將步驟(7)后的楊木板坯連同模具一同送入隧道式加熱固化設備，加熱固化設備的溫度控制在130°C，固化處理時間為14h ；
(9)加熱固化完成后，將楊木板坯連同模具置于室內陳放，待板坯完全冷卻后，采用拆模機將模具與固化后的楊木板坯分離；
(10)將步驟(9)后的楊木板坯置于隧道式微波預處理裝置中，采用微波對板坯進行加熱處理，處理時間為8min，加熱過程中板坯表面的溫度控制在75±2°C ；
(11)將步驟(10)后的成型板材密堆存放，存放時間控制在12天；
(12)對板材縱橫裁邊與剖分，得到本實施例的楊木結構工程材。本實施例制造出的新型高強度楊木結構工程材的規格為1. 5 m (長)X0. 25m(寬)X0. 3m (厚)。采用以上實施例生產的高強度楊木結構工程材可以廣泛用于高檔家具、地板、結構工程材等的加工制造，極大地提高了楊木制品的附加值。本領域的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例的描述只是為了更好地說明本發明的技術方案，在不脫離本發明精神和保護范圍的前提下的各種等同變化，均應落入本發明權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.ー種楊木結構工程材，其是以楊木為主要原料經加工處理后制成，其特征在于所述楊木結構工程材的密度為O. 8g/cm3 I. 5g/cm3，抗彎彈性模量在35000MPa以上。
2.一種如權利要求I所述的楊木結構工程材的制造方法，包括以下步驟將楊樹原木旋切為單板，再對單板進行水蒸汽熱處理、一次干燥和剪切處理，然后對剪切處理后的楊木單板條進行浸膠、二次干燥和組坯，最后對板坯進行冷壓定型、加熱固化、微波平衡和后處理，制得楊木結構工程材。
3.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述楊樹原木的長度控制為O.5m .3.Om,旋切時采用的設備為弦切機和剪板機，所述旋切后控制單板的厚度為O. 5mm .3.Omm,單板寬度為O. 5m I. Om ;所述剪切是指采用單板剪切機沿著一次干燥后單板的縱向順紋剪切，剪切后的單板條為寬度在IOmm 50mm ;所述單板條經組坯、冷壓定型后得到的板還寬度為100_ 400mm,板還厚度為100_ 500mm,板還密度為O. 8g/cm3 I. 5g/.3cm ο
4.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述水蒸汽熱處理操作包括將旋切后的單板送入高溫高壓處理罐內，通過供給飽和水蒸汽對單板進行熱處理，將處理罐內水蒸氣的壓力控制在O. 3MPa O. 5MPa，熱處理時間控制為Ih 4h，直至單板顏色由灰白色變為咖啡色。
5.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述一次干燥采用的干燥方法為平板熱壓法、常規窯干法、網帶式干燥、大氣干燥法或微波干燥方法，所述二次干燥采用的干燥方法為常規窯干法、網帶式干燥法或微波干燥方法；所述一次干燥過程中，控制干燥介質或被干燥單板的表面溫度不超過120°C，一次干燥后使得干燥對象的含水率保持在8% 15% ;所述二次干燥過程中，控制干燥介質或被干燥單板條的表面溫度不超過65°C，所述ニ次干燥后使得干燥對象的含水率保持在10% 15%。
6.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述浸膠過程中，采用的膠液為固體含量在20% 45%的酚醛樹脂膠溶液，且在常溫常壓下浸潰Imin 20min。
7.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述加熱固化是指將冷壓定型后的板坯連同模具一同送入鏈條隧道式加熱固化設備，加熱固化設備內的溫度控制在120°C 160°C ,固化處理時間為8h 16h,自然冷卻。
8.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述微波平衡主要是指采用隧道式微波預處理裝置對加熱固化后的板方進行熱處理，熱處理時間為5min 15min,微波平衡過程中板方表面的溫度控制在60°C 80°C。
9.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于所述后處理包括密堆存放、裁邊和剖分操作，密堆存放時間為10 30天。
全文摘要
本發明公開了一種楊木結構工程材及其制造方法，該楊木結構工程材是以楊木為主要原料經加工處理后制成，其密度為0.8～1.5g/cm3，抗彎彈性模量在35000MPa以上。本發明的制造方法包括將楊樹原木旋切為單板，再對單板進行水蒸汽熱處理、一次干燥和剪切處理，然后對剪切處理后的楊木單板條進行浸膠、二次干燥和組坯，最后對板坯進行冷壓定型、加熱固化、微波平衡和后處理，制得楊木結構工程材。本發明的產品具有高密度、高強度和具有多變紋理結構特征，本發明的制造方法具有操作簡單、設備投入小、原料來源廣泛、成本低等優點。
文檔編號B27L5/00GK102837347SQ20121035674
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者李賢軍, 周先雁, 謝力生, 唐忠榮, 牟群英, 王純 申請人:中南林業科技大學