一种木材密实化的方法及密实化设备
阅读说明：本技术 一种木材密实化的方法及密实化设备 (Wood densification method and densification equipment ) 是由 钟世禄 蒋明月 张钰 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：一种木材密实化的方法及密实化设备,将木材置于设备中,注入乙醇浸没木材,加热至温度T1,浸没后,排出溶液；再加热并同步抽真空至温度T2后恒定,再依次经热处理、饱和汽蒸处理、于浸渍剂中辊压木材后,干燥,完成木材密实化。其以充分改善渗透通道为前提,在真空下以一定的温度,将热干、汽蒸、辊压和浸渍相结合,使得经历各密实步骤的木材保持性能的稳定,提高各密实步骤的效率和一体衔接性；再通过在同一密闭腔内完成不同的密实步骤,提高操作步骤的连续性。将纳米Ti/TiO-2引入木材内层及表层,增强并改善木材的密实、抗磨、抗压等机械性能。其结构简单,步骤清晰连贯,木材的密实效果好,强度高,具有很强的实用性和广泛的适用性。(A method for densifying wood and its equipment are disclosed, which includes immersing wood in alcohol, heating to T1, immersing,discharging the solution; then heating and synchronously vacuumizing to a constant temperature T2, then sequentially carrying out heat treatment, saturated steaming treatment, rolling wood in impregnant, and drying to finish the densification of the wood. On the premise of fully improving a permeation channel, hot drying, steaming, rolling and dipping are combined at a certain temperature under vacuum, so that the wood subjected to each compaction step is stable in performance, and the efficiency and the integral connectivity of each compaction step are improved; and then different compacting steps are completed in the same closed cavity, so that the continuity of the operation steps is improved. Mixing nano Ti/TiO 2 The inner layer and the surface layer of the wood are introduced to enhance and improve the mechanical properties of the wood, such as compactness, wear resistance, compression resistance and the like. The wood compacting machine is simple in structure, clear and coherent in steps, good in wood compacting effect, high in strength, strong in practicability and wide in applicability.)
技术领域
本发明涉及一种木材密实化的工艺，具体涉及一种木材密实化的方法及密实化设备。
背景技术
木材是当今世界四大建筑材料(水泥、钢铁、塑料、木材)中唯一可再生的结构材料，广泛应用于建筑、家具制造、制浆造纸等行业。木材与钢铁、合金类材料相比，具有质地轻，且对环境损害较小，环保和可循环利用等优点；与一些聚合物和仿生复合材料相比，具有制造工艺简单、低成本等优点。近些年来，随着一些不可再生自然资源(石油、金属等)日益减少，作为可再生资源的木质材料优势愈日趋明显。
我国是一个木材资源极度稀缺的国家，由于人们对于木材的需求量日益增多，我国木材的供需矛盾亦进一步加剧。为了缓解这一矛盾，目前，我国木材工业正处于由利用天然林木材为主向利用速生人工林木材为主的战略转变过程中，速生人工林木材将是今后我国主要的木材原料。为了克服速生人工林木材材质疏松、易开裂变形、密度较低、不耐腐朽、使用寿命短的缺点，通常采用浸渍处理、压缩密实化处理对速生材进行强化，特别是压缩密实化处理可以极大的改善速生材的性能，提高利用率。
现有报道中，通常采用水热软化、微波软化、树脂浸渍等方法对速生材进行压缩密实化前预处理，但压缩率不高，且尺寸稳定性不高，极易变形恢复。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种木材密实化的方法及密实化设备。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种木材密实化的方法，包括以下步骤：将木材置于密闭器皿中，
S1、向器皿中注入乙醇浸没木材，加热至温度T1，浸没一段时间后，排出溶液；
S2、加热并同步抽真空至温度T2后，恒定：
S21、热处理木材一段时间；
S22、饱和汽蒸处理木材后，排出蒸汽；
S23、向器皿中注入浸渍剂，于浸渍剂中辊压木材后，浸渍一段时间；
S3、取出浸渍后的木材，干燥，完成木材密实化。
上述步骤S1中乙醇浸没的时间为3-7天，温度T1为50-60℃。
上述步骤S2中温度T2为130-150℃，加热方式为5℃/10min的梯度式，且真空随温度梯度抽取；热处理时间为20-30h。
上述步骤S22中汽蒸温度为130-150℃。
上述浸渍剂包括含纳米Ti/TiO2的酚醛树脂，其固含量为33％-70％，ph值为6.9-8.7，Ti/TiO2的质量含量为0.01-1％，辊压后的浸渍时间为1-2h。
上述步骤S3中的干燥为150℃下，热烘36-48h。
一种木材密实化设备，包括中空箱体和匹配的箱盖；
沿纵向，箱体内设若干组辊压道：包括压辊组和若干限位辊组；所述压辊组沿箱体的纵向中线通过辊轴垂设于箱体的腔底，若干限位辊组对称的设于压辊组的两侧；且，压辊的直径大于限位辊的直径；
沿纵向，推压板垂直箱体底面的设于辊压道的任一端，与横设于箱体内螺杆螺接，其两侧面沿设于箱体侧壁的滑槽滑动；所述螺杆由箱体外的电机驱动；
所述箱体设有若干带阀门的注入口和抽真空口，带阀门的排液口设于箱体底部；加热组件设于侧壁或底壁内，由控制装置驱动。
上述限位辊组包括下限位辊组和上限位辊组，
下限位辊组通过辊轴垂设于箱体的腔底，上限位辊组设于箱盖的底面并与下限位辊组对应。
上述抽真空口设于箱盖顶面，并通过气道与设于箱盖底面的若干出气口连通。
上述箱体内设有液位传感器、温度传感器，分别与控制装置连接。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种木材密实化的方法及设备，以充分改善渗透通道为前提，在真空下以一定的温度，将热干、汽蒸、辊压和浸渍相结合，使得经历各密实步骤的木材保持性能的稳定，提高各密实步骤的效率和一体衔接性；再通过在同一密闭腔内完成不同的密实步骤，提高操作步骤的连续性，且前一步骤为下一步骤的预备并提高了下一步骤的效果。通过含纳米Ti/TiO2的浸渍剂充填渗透通道，并将纳米Ti/TiO2引入木材内层及表层，增强并改善了木材的密实、抗磨、抗压等机械性能。
本发明的一种木材密实化的方法及设备，结构简单，步骤清晰连贯，结合控制装置，可实现木材的自动化密实操作，木材的密实效果好，强度高，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为辊压道的结构示意图。
图2为A-A剖面的结构示意图。
图3为抽真空口的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、压辊组，2、限位辊组，3、螺杆，4、推压板，5、加热组件，6、上限位辊组，7、下限位辊组，8、滑槽，9、液位传感器，10、温度传感器，11、第一注入口，12、第二注入口，13、排液口，14、出气口，15、抽真空口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种木材密实化设备，由中空箱体和箱盖组成。
箱体内垂设若干组从动辊，沿纵向在箱体内构成干组辊压道，辊压道由组压辊和若干组限位辊组2成，压辊的直径大于限位辊的直径，压辊沿箱体的纵向中线通过压辊轴垂设于箱体的腔底，压辊轴顶置于箱盖底面的轴槽内，由轴槽限位。限位辊组2沿中线对称的设于压辊组1的两侧，且限位辊组2由对应的下限位辊组7和上限位辊组6组成，下限位辊组7通过辊轴垂设于箱体的腔底，上限位辊组6通过辊轴垂设于箱盖的底面。下限位辊组7和上限位辊组6之间留有空隙，用于过推压板4。
沿纵向，推压板4于辊压道的任一端，垂直箱体的底面设置，与横设于箱体内螺杆3螺接；螺杆3由控制装置通过箱体外的电机轴联动；推压板4的两端贴箱体的内侧壁，并沿设于内侧壁上横向滑槽8滑动。
加热组件5设于侧壁或底壁内，带阀门的排液口13设于箱体底部，箱体内设有液位传感器9、温度传感器10；优选的，箱盖设有若干带阀门的第一注入口11、第二注入口12和抽真空口15，且设于箱盖顶面的抽真空口15通过气道与设于箱盖底面的若干出气口14连通。加热组件5、液位传感器9、温度传感器10，第一注入口11、第二注入口12的阀门及驳接抽真空口15的真空泵分别与控制装置连接，并由控制装置驱动。
优选的，推压板4正对模板的端面可设置成弧形、锥形等形状，以便于推压板4将木板整个推出压辊，而不被压辊阻拦使得木板的尾端被夹持在压辊之间。
一种木材密实化的方法，步骤为：将木材放置于密实化设备的箱体中的辊压道中，两侧面分别抵接限位辊，一端抵接压辊，另一端抵接推压板4；盖实密封箱盖；
S1、通过第一注入口11向箱体中注入乙醇，通过液位传感器9的反馈保证注入的乙醇浸没木材后停止注入并闭合第一注入口11的阀门；控制装置驱动加热组件5加热升温至50-60℃，维持温度浸没3-7天，经排液口13排出溶液；
通过乙醇对木材进行预处理，溶解木材表面的油脂，置换生木材内的水分，并溶解部分木材内的抽提物，通过改善渗透通道以改善木材的渗透性。一定的温度，使得木材内的纤维细胞处于活跃状态，活化细胞内壁和细胞膜，提高置换、溶解的效率，同时为以下步骤做预热。
S2、控制装置驱动加热组件5加热箱体内的温度，加热方式为每升5℃后维持10min的梯度式，维持时间段内抽一定程度的真空，直至箱体内的温度达130-150℃，同时真空度达-0.1MPa～-0.09MPa，在维持温度和真空度的情况下，再进行以下步骤：
经预热后的木材的内层和外层温度均匀，再经梯度式加热以外到内的方式，烘干木材的渗透通道内的乙醇、水，降低木材的含水率，起到疏通渗透通道的作用。均布的出气口14可提高抽真空时，附带将箱体内蒸发的水汽、乙醇抽出的效率和效果，防止积在箱体内，降低热处理的效果，例如增加渗透通道内的界面张力。
S21、进行20-30h的热处理；通过持续的低压下的高温，使得木材内的水蒸气压迫木材胞壁，从而形成新的通道，进一步增加、改善渗透通道；同时，通过一定时间持续的热处理降低因水分蒸发在渗透通道内的界面张力，以造成局部通道闭合的情况，为下一步的汽蒸做准备，提高汽蒸的效果。
S22、以130-150℃的饱和汽蒸熏蒸木材后，排出蒸汽；蒸汽的排出后再抽真空稳定至-0.1MPa～-0.09MPa，或通过抽真空将蒸汽抽出；
经过高温干燥的木材，再经高温蒸汽，软化木材表层，并在一定程度上破坏渗透通道及薄壁组织，进一步改善木材的渗透性。
S23、通过第二注入口12向器皿中注入浸渍剂，浸没木材后，控制装置通过电机驱动螺杆3转动，联动推压板4沿滑槽8滑动，进而将木材推入压辊组1，实现在浸渍剂中辊压木材，辊压完成后再浸渍1-2h。
注入的浸渍剂通过渗透通道进入木材内，再被辊压，木材的表层被压实，同时将渗入表层内的浸渍剂压入内层；被压实的表层离开压辊后，一定程度的弹性复位形变在木材内形成负压，进一步将浸渍剂吸入木材的表层，构成内外双层的致密层。
浸渍剂中的纳米Ti/TiO2颗粒经渗透通道均布在木材内，进一步强化致密层的强度、刚度、耐磨性。酚醛树脂同时还提高了木材的耐腐、耐酸、绝缘、耐热等性能。浸渍剂中还可以加入一定量的乙醇，为助渗剂；可在后续的干燥步骤中蒸发出。
S3、取出浸渍后压缩致密化的木材置于烘箱中，在150℃的温度下保温36-48h，进行热固定，制得密实化的木材。
浸渍剂由含纳米Ti/TiO2的酚醛树脂组成，其固含量为33％-70％，ph值为6.9-8.7，Ti/TiO2的质量含量为0.01-1％。Ti/TiO2的粒径优选小于100nm。
实际使用时，本实施例中的各参数可根据使用需求进行调整，以达到匹配的使用效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
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