专利名称：杨木结构工程材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种新型木材及其加工制造方法，尤其涉及一种以杨木为主材质的新型木材及其制造方法。
背景技术：
杨树是我国最主要的三大速生人工林树种之一，其生长速度快、分布面积广、木材蓄积量大。目前，我国杨树人工林面积已达800万公顷，超过世界其它国家杨树人工林面积的总和，但速生杨树木材(简称杨木)存在着材质松软、强度与密度低、易变形、易腐朽等缺 点，长期以来只能作为劣质材使用，产品附加值低。因此，如何高效利用丰富的速生人工林杨树木材资源是我国木材科技工作者必须面临和解决的重大课题。为此，近年来，我国木材科技工作者在速生杨木材性、漂白染色、木材压密、增重与增强、高温炭化、尺寸稳定化处理等方面开展了大量研究，取得了一批具有推广价值的技术成果，大幅提升了我国杨树木材的加工利用水平。目前，我国人工林杨树木材的应用已经由最初的农村住宅建材、火柴、一次性木筷等性能要求和附加值低的产品扩展到胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板和实木拼板制造等领域，杨树木材的应用领域和产品附加值得到了拓展和提升。尽管如此，杨树木材在实木高附加值领域的应用，特别是在高附加值结构工程材制造领域的应用仍然没有取得突破性进展，杨树木材的高质、高效利用难题仍然亟待破解。因此，运用新的技术手段，开发具有高密度和高强度的杨木结构工程材，拓展杨树木材的应用领域以满足人们日益增长的物质需求，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高密度、高强度和具有多变纹理结构特征的杨木结构工程材，还相应提供一种操作简单、设备投入小、原料来源广泛、成本低的该杨木结构工程材的制造方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种杨木结构工程材，其是以杨木为主要原料经加工处理后制成，所述杨木结构工程材的密度为O. 8g/cm3 I. 5g/cm3,抗弯弹性模量在35000MPa以上。作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的杨木结构工程材的制造方法，包括以下步骤将杨树原木旋切为单板，再对单板进行水蒸汽热处理、一次干燥和剪切处理，然后对剪切处理后的杨木单板条进行浸胶、二次干燥和组坯，最后对板坯进行冷压定型、加热固化、微波平衡和后处理，制得杨木结构工程材。上述的制造方法中，优选的尺寸控制参数如下所述杨树原木的长度优选控制为O. 5m 3. Om,旋切时采用的设备为弦切机和剪板机，所述旋切后控制单板的厚度优选为O. 5mm 3. Omm,单板宽度优选为O. 5m I. Om ;所述剪切是指采用单板剪切机沿着一次干燥后单板的纵向顺纹剪切，剪切后的单板条为宽度在IOmm 50mm ;所述单板条经组坯、冷压定型后得到的板还宽度为IOOmm 400mm,板还厚度为IOOmm 500mm,板还密度优选为O. 8g/cm3 I. 5g/cm3。上述的制造方法中，所述水蒸汽热处理包括将旋切后的单板送入高温高压处理罐内，通过供给饱和水蒸汽对单板进行热处理，将处理罐内水蒸气的压力控制在O. 3MPa O. 5MPa，热处理时间控制为Ih 4h，直至单板颜色由灰白色变为咖啡色。上述的制造方法中，优选的干燥过程控制参数如下所述一次干燥采用的干燥方法为平板热压法、常规窑干法、网带式干燥、大气干燥法或微波干燥方法，所述二次干燥采用的干燥方法为常规窑干法、网带式干燥法或微波干燥方法；所述一次干燥过程中，控制干燥介质或被干燥单板的表面温度不超过120°C，一次干燥后使得干燥对象的含水率保持在8% 15% ;所述二次干燥过程中，控制干燥介质或被干燥单板条的表面温度不超过65°C，所述二次干燥后使得干燥对象的含水率保持在10% 15%。上述的制造方法中，所述浸胶过程优选采用的胶液为固体含量在20% 45%的酚醛树脂胶溶液，且在常温常压下浸溃Imin 20min。 上述的制造方法中，所述加热固化优选是指将冷压定型后的板坯连同模具一同送入链条隧道式加热固化设备，加热固化设备内的温度控制在120°c 160°C，固化处理时间为8h 16h,自然冷却。上述的制造方法中，优选的，所述微波平衡主要是指采用隧道式微波预处理装置对加热固化后的板方进行热处理，热处理时间为5min 15min，微波平衡过程中板方表面的温度控制在60°C 80°C。上述的制造方法中，所述后处理优选包括密堆存放、裁边和剖分操作，密堆存放时间为10 30天。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明克服了现有杨木存在的材质松软、强度与密度低、易变形、易腐朽的缺陷，本发明制造出的新型杨木结构工程材具有密度高、强度和硬度大、装饰效果好等特点，能被广泛用于各种结构工程材料的制作加工，大大拓展了杨木实木加工应用领域，提高了杨木制品的附加值。由于拓展了杨木的应用范围，且杨木属于常规的速生木材，这也相应节约了其他昂贵的工程性结构木材的用量，有利于降低结构工程木材的消费成本、节约资源和生态环境保护。此外，本发明杨木结构工程材的制造方法具有操作简单、设备投入小、原料来源广泛、成本低等优势，有利于本发明杨木结构工程材的工业化推广及应用。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。实施例I :
一种本发明的杨木结构工程材，其是以杨木为主要原料经加工处理后制成，该杨木结构工程材的密度为I. Og/cm3，抗弯弹性模量54392MPa。本实施例的杨木结构工程材的制造方法包括如下步骤
(1)采用弦切机将长度为I.Om的杨树原木加工成厚度为2. O mm的弦切单板；
(2)将弦切单板叠放整齐，装进材车后直接送入高温高压处理罐内，用锅炉供给的饱和水蒸汽对弦切单板进行炭化处理，将处理罐内水蒸气的压力控制在O. 4MPa (O. 3MPa O.5MPa均可)，炭化处理2. 5h，直至单板炭化为咖啡色；
(3 )采用常规窑干方法将步骤(2 )后的弦切单板含水率干燥至10%，干燥窑温度控制在80 0C ；
(4)采用单板剪切机沿着步骤(3)后的单板的纵向顺纹剪切，将单板剪切成宽度为25mm的单板条；
(5)对单板条进行浸胶处理，浸胶所采用的胶液为固体含量在30%的酚醛树脂胶溶液，常温常压下浸溃，单板条在胶液中的浸溃时间为IOmin ；
(6 )采用常规窑干方法对步骤(5 )浸胶后的杨木单板条进行干燥处理，将其含水率干燥 至10% ;干燥过程中，干燥介质的温度控制在60°C ；
(7)称取步骤(6)干燥后的浸胶单板条(75.0kg)，将其沿同一方向放入带有锁紧装置的模具中，用冷压模压机对其进行冷压定型，板坯目标密度控制在1.0 g/cm3，压缩到设定目标密度后，用钢板和销钉锁紧模具，防止板坯反弹回复；压缩到目标密度后，板坯的长度等于单板条的长度，板还宽度为250mm (IOOmm 400mm均可)，板还厚度为300mm (IOOmm 500mm 均可)；
(8)将步骤(7)后的杨木板坯连同模具一同送入隧道式加热固化设备，加热固化设备的温度控制在140°C，固化处理时间为IOh ；
(9)加热固化完成后，将杨木板坯连同模具置于室内陈放，待板坯完全冷却后，采用拆模机将模具与固化后的杨木板坯分离；
(10)将步骤(9)后的杨木板坯置于隧道式微波预处理装置中，采用微波对板坯进行加热处理，处理时间为lOmin，加热过程中板坯表面的温度控制在70±2°C，减小板坯内的热、湿应力，并降低板坯后期的游离甲醛释放量；
(11)将步骤(10)后的成型板材密堆存放，存放时间控制在14天；
(12)对板材纵横裁边与剖分，得到本实施例的杨木结构工程材。本实施例制造出的新型高强度杨木结构工程材的规格为1. O m (长)X0.25m(宽)XO. 3 m (厚)。实施例2:
一种本发明的杨木结构工程材，其是以杨木为主要原料经加工处理后制成，该杨木结构工程材的密度为I. 2g/cm3，抗弯弹性模量66457MPa。本实施例的杨木结构工程材的制造方法包括如下步骤
(1)采用弦切机将长度为I.5m的杨树原木加工成厚度为2. 5mm的弦切单板；
(2)将弦切单板叠放整齐，装进材车后直接送入高温高压处理罐内，用锅炉供给的饱和水蒸汽对弦切杨木单板进行炭化处理，将处理罐内水蒸气的压力控制在O. 35MPa，炭化处理
3.O h，直至单板炭化为咖啡色；
(3 )采用常规窑干方法将步骤(2 )后的弦切单板含水率干燥至12%，干燥窑温度控制在90 0C ；
(4)采用单板剪切机沿着步骤(3)后的单板的纵向顺纹剪切，将单板剪切为宽度为30mm的单板条；
(5)对单板条进行浸胶处理，浸胶所采用的胶液为固体含量在25%的酚醛树脂胶溶液，常温常压下浸溃，单板条在胶液中的浸溃时间为12min ；(6 )采用隧道式微波干燥机对步骤(5 )浸胶后的杨木单板条进行干燥处理，将其含水率干燥到12% ;干燥过程中，浸胶杨木单板条表面的温度控制在55°C ；
(7)称取步骤(6)干燥后的浸胶单板条(135.Okg)，将其沿同一方向放入带有锁紧装置的模具中，用冷压模压机对其进行冷压定型，板坯目标密度控制在I. 2g/cm3，压缩到设定目标密度后，用钢板和销钉锁紧模具，防止板坯反弹回复；压缩到目标密度后，板坯的长度等于单板条的长度，板还宽度为250mm,板还厚度为300mm ；
(8)将步骤(7)后的杨木板坯连同模具一同送入隧道式加热固化设备，加热固化设备的温度控制在130°C，固化处理时间为14h ；
(9)加热固化完成后，将杨木板坯连同模具置于室内陈放，待板坯完全冷却后，采用拆模机将模具与固化后的杨木板坯分离；
(10)将步骤(9)后的杨木板坯置于隧道式微波预处理装置中，采用微波对板坯进行加热处理，处理时间为8min，加热过程中板坯表面的温度控制在75±2°C ；
(11)将步骤(10)后的成型板材密堆存放，存放时间控制在12天；
(12)对板材纵横裁边与剖分，得到本实施例的杨木结构工程材。本实施例制造出的新型高强度杨木结构工程材的规格为1. 5 m (长)X0. 25m(宽)X0. 3m (厚)。采用以上实施例生产的高强度杨木结构工程材可以广泛用于高档家具、地板、结构工程材等的加工制造，极大地提高了杨木制品的附加值。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例的描述只是为了更好地说明本发明的技术方案，在不脱离本发明精神和保护范围的前提下的各种等同变化，均应落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.ー种杨木结构工程材，其是以杨木为主要原料经加工处理后制成，其特征在于所述杨木结构工程材的密度为O. 8g/cm3 I. 5g/cm3，抗弯弹性模量在35000MPa以上。
2.一种如权利要求I所述的杨木结构工程材的制造方法，包括以下步骤将杨树原木旋切为单板，再对单板进行水蒸汽热处理、一次干燥和剪切处理，然后对剪切处理后的杨木单板条进行浸胶、二次干燥和组坯，最后对板坯进行冷压定型、加热固化、微波平衡和后处理，制得杨木结构工程材。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述杨树原木的长度控制为O.5m .3.Om,旋切时采用的设备为弦切机和剪板机，所述旋切后控制单板的厚度为O. 5mm .3.Omm,单板宽度为O. 5m I. Om ;所述剪切是指采用单板剪切机沿着一次干燥后单板的纵向顺纹剪切，剪切后的单板条为宽度在IOmm 50mm ;所述单板条经组坯、冷压定型后得到的板还宽度为100_ 400mm,板还厚度为100_ 500mm,板还密度为O. 8g/cm3 I. 5g/.3cm ο
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述水蒸汽热处理操作包括将旋切后的单板送入高温高压处理罐内，通过供给饱和水蒸汽对单板进行热处理，将处理罐内水蒸气的压力控制在O. 3MPa O. 5MPa，热处理时间控制为Ih 4h，直至单板颜色由灰白色变为咖啡色。
5.根据权利要求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为平板热压法、常规窑干法、网带式干燥、大气干燥法或微波干燥方法，所述二次干燥采用的干燥方法为常规窑干法、网带式干燥法或微波干燥方法；所述一次干燥过程中，控制干燥介质或被干燥单板的表面温度不超过120°C，一次干燥后使得干燥对象的含水率保持在8% 15% ;所述二次干燥过程中，控制干燥介质或被干燥单板条的表面温度不超过65°C，所述ニ次干燥后使得干燥对象的含水率保持在10% 15%。
6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述浸胶过程中，采用的胶液为固体含量在20% 45%的酚醛树脂胶溶液，且在常温常压下浸溃Imin 20min。
7.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述加热固化是指将冷压定型后的板坯连同模具一同送入链条隧道式加热固化设备，加热固化设备内的温度控制在120°C 160°C ,固化处理时间为8h 16h,自然冷却。
8.根据权利要求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预处理装置对加热固化后的板方进行热处理，热处理时间为5min 15min,微波平衡过程中板方表面的温度控制在60°C 80°C。
9.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述后处理包括密堆存放、裁边和剖分操作，密堆存放时间为10 30天。
全文摘要
本发明公开了一种杨木结构工程材及其制造方法，该杨木结构工程材是以杨木为主要原料经加工处理后制成，其密度为0.8～1.5g/cm3，抗弯弹性模量在35000MPa以上。本发明的制造方法包括将杨树原木旋切为单板，再对单板进行水蒸汽热处理、一次干燥和剪切处理，然后对剪切处理后的杨木单板条进行浸胶、二次干燥和组坯，最后对板坯进行冷压定型、加热固化、微波平衡和后处理，制得杨木结构工程材。本发明的产品具有高密度、高强度和具有多变纹理结构特征，本发明的制造方法具有操作简单、设备投入小、原料来源广泛、成本低等优点。
文档编号B27L5/00GK102837347SQ20121035674
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李贤军, 周先雁, 谢力生, 唐忠荣, 牟群英, 王纯 申请人:中南林业科技大学