阅读说明：本技术 一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺 (Treatment process for reducing surface burr generation in wood processing ) 是由 张玉文 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺,涉及木材加工技术领域,具体工艺如下：1)将木材浸没在甲基丙烯酰氯溶液进行处理,得到预处理木材；2)将预处理木材浸没于配制的处理液中进行处理；3)将木材浸没于甲基丙烯酸甲酯的二甲基亚砜溶液中进行处理,得到待加工木材；4)将待加工木材置于真空-加压浸渍机,注入浸渍液后进行浸渍,再经热反应处理即可。本发明中,对木材进行多次的真空浸渍处理,降低木材加工中纤维的撕裂程度以及避免纤维被刀具拉出破坏木材表层,从而实现毛刺生成减少的效果,并且通过降低木材的含水率进一步减少毛刺的形成,使得木材在加工制作过程中,无明显毛刺生成,并且切削后的木材表面光滑。(The invention discloses a treatment process for reducing surface burr generation in wood processing, which relates to the technical field of wood processing, and specifically comprises the following steps: 1) immersing the wood in a methacryloyl chloride solution for treatment to obtain pretreated wood; 2) immersing the pretreated wood in the prepared treatment liquid for treatment; 3) immersing the wood in a dimethyl sulfoxide solution of methyl methacrylate for treatment to obtain the wood to be processed; 4) putting the wood to be processed into a vacuum-pressurization impregnator, impregnating after impregnating solution is injected, and carrying out thermal reaction treatment. According to the invention, the wood is subjected to vacuum impregnation treatment for multiple times, so that the tearing degree of fibers in the wood processing is reduced, the fibers are prevented from being pulled out by a cutter to damage the surface layer of the wood, the effect of reducing burr generation is realized, the formation of burrs is further reduced by reducing the water content of the wood, no obvious burr is generated in the processing and manufacturing process of the wood, and the surface of the cut wood is smooth.)

一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺

技术领域

本发明属于木材加工技术领域，具体涉及一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺。

背景技术

近年来，由于我国天然林保护工程的实施，国内木材资源的供需矛盾日趋严重。虽然我国的人工林总面积居世界首位，发展潜力巨大，在一定程度上缓解了木材市场的供需矛盾，但是我国同其他人工林种植大国一样，相当一部分人工林种植的最初目的并没有考虑到其实体木材的利用。

木制品在我国具有很大的市场，木材加工是我国重要的工业任务之一。现在流行在实木上精雕图案，但通过木工雕刻机做浮雕时，由于刀底部不平，或 刃口不快等原因，都会引起毛刺因素；有的是雕刻机的刚性不够，也会引起毛刺；有的木料本身就会产生毛刺；特别是在雕刻的时候，干料和湿料毛刺分别很明显，因此木材从加工到最后的成品需要进行去毛刺处理。但木制品的曲面在铣削加工过程中，铣刀会破坏木纤维的连续完整性，甚至造成木制品表面撕裂、崩掉、劈裂、搓起，而且空心的木材细胞也会使木制品表面有大量的微观毛刺。毛刺的存在不仅影响木制品的美观程度，还会导致木制品的质量变差。

木材在生产加工过程中产生的毛刺，基本都是软、细，传统的做法是用砂纸进行打磨，但是由于毛刺依附木质表面而存，部分毛刺伸入毛孔，难以打透毛刺，导致毛刺的去除效果不佳。中国专利CN2014105531685公开了一种木材打透毛刺的方法，公开了通过在木材上涂覆稀油，形成一层稀油层，在PU树脂凝固的过程中，使得木材的毛刺向外竖直或因翘起而离开木材的表面，随后利用砂纸能轻易地将毛刺从根部剔除，达到彻底清除毛刺的效果，但是高工艺采用的手工打磨耗时费力效率低，而且打磨过程中易产生粉尘，污染环境，影响生产者健康。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的甲基丙烯酰氯加入到二氯甲烷中，配置成质量分数为10-15%的甲基丙烯酰氯溶液，在室温条件下，按照木材的体积与溶液的体积比为1:5-6，将木材浸没在溶液中20-25h，取出后通风2-3h，然后放入50-60℃干燥箱中处理2-3h，处理好的木材用二氯甲烷溶液浸泡20-25h，然后在100-105℃下干燥至恒重，得到预处理木材；本发明中，对木材进行酰氯化处理，利用甲基丙烯酰氯与木材细胞壁成分发生化学反应，引入官能团C=C键，能够降低木材极性，引入活性基团，有助于促进后续浸渍处理中溶液在木材细胞壁内的渗透；

2）称取一定量的纳米氧化铝加入到质量分数为5-10%的聚乙二醇水溶液中，300-400W超声分散15-25min，将得到的纳米氧化铝质量含量2-3%的分散液，按照体积比为1:2-3，将分散液加入到质量分数为5-7%的甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液质量的1-2%加入二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后得到处理液，然后按照预处理木材与处理液的体积比为1:5-6，将预处理木材浸没于处理液中，在0.07-0.09MPa压力下真空浸渍30-40min，随后常压浸渍2-3h，浸渍结束后，将木材放入烘箱内，在85-90℃下反应4-5h；本发明中，利用甲基丙烯酸异氰基乙酯对木材进行处理，引入的甲基丙烯酸异氰基乙酯可以与木材内部大部分羟基发生反应，降低了木材内部亲水基团的数量，从而降低木材的疏水性，并且经过处理，可以在木材细胞壁内引入不饱和双键，带入的反应性基团有助于促进甲基丙烯酸甲酯进入细胞壁中；加入的聚乙二醇溶液对纳米氧化铝具有良好的分散性，可以减少纳米氧化铝发生团聚；通过真空浸渍处理，添加的纳米氧化铝可以随着溶液通过木材的纹孔等结构进入相邻的细胞腔内，大量的纳米颗粒聚集并填充于细胞腔内，有助于提高木材的硬度，可以避免刀具在木材上压印造成纤维变形，从而减少纤维被刀具拉出破坏木材表层，从而可以减少毛刺的生成；

3）待反应结束后，按照二者的体积比为1:5-6，将木材浸没于质量比为6-7:3-4的甲基丙烯酸甲酯二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸甲酯的二甲基亚砜溶液质量的1-2%加入偶氮二异丁腈，在0.07-0.09MPa压力下真空浸渍30-40min，随后常压浸渍5-7h，浸渍结束后，用铝锡箔纸将木材包裹后放入烘箱内，在85-95℃下反应20-24h，待反应结束后，采用由甲苯、乙醇和丙酮按照体积比为4-5:1-1.5:1组成的溶液进行反复冲洗，然后在100-105℃下干燥至恒重，得到待加工木材；本发明中，通过将甲基丙烯酸甲酯浸入到木材细胞壁内，在引发剂作用下发生自由基聚合反应，在细胞壁内形成接枝共聚结构的树脂层，形成的树脂层填充于木材内大部分孔隙中，阻碍了木材内水分的传输，减少了水分的进入，从而提高了木材的疏水性，有助于木材内含水率的降低，木材内含水率的降低可以使木材的机械损伤最小化，从而使得木材在切削过程中木材表面毛刺最小化，从而可以减少毛刺的形成；

4）称取适量的酒石酸梯钾溶于去离子水中，以100-150r/min搅拌15-25min，待其完全溶解后按照酒石酸梯钾质量的2-3%加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌10-15min，然后将混合液中加入适量的硫代乙酰胺，继续搅拌30-40min，混匀后得到酒石酸梯钾与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2的浸渍液，然后将待加工木材在常温下置于真空-加压浸渍机，抽真空至5x10^-3-10x10^-3MPa，按照木材体积的5-6倍量注入浸渍液，真空浸渍处理1-2h，然后加压至1.2-1.5Mpa，加压浸渍1-2h，再经常压浸渍20-24h，取出后在180-200℃下热处理16-24h，冷却至室温，即可得到所需的木材；本申请中，采用真空加压浸渍的方法，将酒石酸梯钾、硫代乙酰胺以及聚乙烯吡咯烷酮组成的浸渍液注入到木材纤维之间的空隙中，经过后续的热处理，由酒石酸梯钾和硫代乙酰胺经反应形成的纳米颗粒之间会发生团聚现象，并从表面生长出一些网状结构，随着热处理的进行，纳米颗粒会逐渐消失形成网状结构，从而使得木材纤维之间的空隙完全被网状结构所填充，木材中网状结构的构建可以很好的分散应力集中，从而可以降低木材在刀具表面压力下木材中纤维的撕裂程度，实现减少毛刺生成的效果，同时在木材纤维之间的空隙中构建的网状结构可以起到固定纤维的作用，可以减少木材中细小纤维以及脆弱纤维被刀具拉出破坏木材表层，从而可以进一步减少毛刺的生成。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明中，对木材进行多次的真空浸渍处理，通过在木材的细胞腔内填充纳米颗粒以提高木材的硬度，从而避免刀具在木材上压印造成纤维变形，以及在木材纤维之间的空隙中构建网状结构起到分散应力集中和固定纤维的作用，从而降低纤维的撕裂程度以及避免纤维被刀具拉出破坏木材表层，从而实现毛刺生成减少的效果，并且通过降低木材的含水率，使木材的机械损伤最小化，从而使得木材在切削过程中木材表面毛刺最小化，进一步减少毛刺的形成，从而使得木材在加工制作过程中，无明显毛刺生成，并且切削后的木材表面光滑。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的甲基丙烯酰氯加入到二氯甲烷中，配置成质量分数为10%的甲基丙烯酰氯溶液，在室温条件下，按照木材的体积与溶液的体积比为1:5，将木材浸没在溶液中20h，取出后通风2h，然后放入50℃干燥箱中处理2h，处理好的木材用二氯甲烷溶液浸泡20h，然后在100℃下干燥至恒重，得到预处理木材；

2）称取一定量的纳米氧化铝加入到质量分数为5%的聚乙二醇水溶液中，300W超声分散15min，将得到的纳米氧化铝质量含量2%的分散液，按照体积比为1:2，将分散液加入到质量分数为5%的甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液质量的1%加入二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后得到处理液，然后按照预处理木材与处理液的体积比为1:5，将预处理木材浸没于处理液中，在0.07MPa压力下真空浸渍30min，随后常压浸渍2h，浸渍结束后，将木材放入烘箱内，在85℃下反应4h；

3）待反应结束后，按照二者的体积比为1:5，将木材浸没于质量比为6:4的甲基丙烯酸甲酯二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸甲酯的二甲基亚砜溶液质量的1%加入偶氮二异丁腈，在0.07MPa压力下真空浸渍30min，随后常压浸渍5h，浸渍结束后，用铝锡箔纸将木材包裹后放入烘箱内，在85℃下反应20h，待反应结束后，采用由甲苯、乙醇和丙酮按照体积比为4:1:1组成的溶液进行反复冲洗，然后在100℃下干燥至恒重，得到待加工木材；

4）称取适量的酒石酸梯钾溶于去离子水中，以100r/min搅拌15min，待其完全溶解后按照酒石酸梯钾质量的2-3%加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌10min，然后将混合液中加入适量的硫代乙酰胺，继续搅拌30min，混匀后得到酒石酸梯钾与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2的浸渍液，然后将待加工木材在常温下置于真空-加压浸渍机，抽真空至5x10^-3MPa，按照木材体积的5倍量注入浸渍液，真空浸渍处理1h，然后加压至1.2Mpa，加压浸渍1h，再经常压浸渍20h，取出后在180℃下热处理24h，冷却至室温，即可得到所需的木材。

实施例2

一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的甲基丙烯酰氯加入到二氯甲烷中，配置成质量分数为12%的甲基丙烯酰氯溶液，在室温条件下，按照木材的体积与溶液的体积比为1:5.5，将木材浸没在溶液中23h，取出后通风2.5h，然后放入55℃干燥箱中处理2.5h，处理好的木材用二氯甲烷溶液浸泡23h，然后在102℃下干燥至恒重，得到预处理木材；

2）称取一定量的纳米氧化铝加入到质量分数为7%的聚乙二醇水溶液中，350W超声分散20min，将得到的纳米氧化铝质量含量2.5%的分散液，按照体积比为1:2.5，将分散液加入到质量分数为6%的甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液质量的1.5%加入二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后得到处理液，然后按照预处理木材与处理液的体积比为1:5.5，将预处理木材浸没于处理液中，在0.08MPa压力下真空浸渍35min，随后常压浸渍2.5h，浸渍结束后，将木材放入烘箱内，在88℃下反应4.5h；

3）待反应结束后，按照二者的体积比为1:5.5，将木材浸没于质量比为7:3的甲基丙烯酸甲酯二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸甲酯的二甲基亚砜溶液质量的1.5%加入偶氮二异丁腈，在0.08MPa压力下真空浸渍35min，随后常压浸渍6h，浸渍结束后，用铝锡箔纸将木材包裹后放入烘箱内，在90℃下反应23h，待反应结束后，采用由甲苯、乙醇和丙酮按照体积比为4.5:1.2:1组成的溶液进行反复冲洗，然后在102℃下干燥至恒重，得到待加工木材；

4）称取适量的酒石酸梯钾溶于去离子水中，以130r/min搅拌20min，待其完全溶解后按照酒石酸梯钾质量的2.5%加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌12min，然后将混合液中加入适量的硫代乙酰胺，继续搅拌35min，混匀后得到酒石酸梯钾与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2的浸渍液，然后将待加工木材在常温下置于真空-加压浸渍机，抽真空至7x10^-3MPa，按照木材体积的5.5倍量注入浸渍液，真空浸渍处理1.5h，然后加压至1.3Mpa，加压浸渍1.5h，再经常压浸渍22h，取出后在190℃下热处理20h，冷却至室温，即可得到所需的木材。

实施例3

一种减少木材加工中表面毛刺生成的处理工艺，具体工艺方法如下：

1）称取适量的甲基丙烯酰氯加入到二氯甲烷中，配置成质量分数为15%的甲基丙烯酰氯溶液，在室温条件下，按照木材的体积与溶液的体积比为1:6，将木材浸没在溶液中25h，取出后通风3h，然后放入60℃干燥箱中处理3h，处理好的木材用二氯甲烷溶液浸泡25h，然后在105℃下干燥至恒重，得到预处理木材；

2）称取一定量的纳米氧化铝加入到质量分数为10%的聚乙二醇水溶液中，400W超声分散25min，将得到的纳米氧化铝质量含量3%的分散液，按照体积比为1:3，将分散液加入到质量分数为7%的甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸异氰基乙酯的二甲基亚砜溶液质量的2%加入二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后得到处理液，然后按照预处理木材与处理液的体积比为1:6，将预处理木材浸没于处理液中，在0.09MPa压力下真空浸渍40min，随后常压浸渍3h，浸渍结束后，将木材放入烘箱内，在90℃下反应5h；

3）待反应结束后，按照二者的体积比为1:6，将木材浸没于质量比为7:3的甲基丙烯酸甲酯二甲基亚砜溶液中，再按照甲基丙烯酸甲酯的二甲基亚砜溶液质量的2%加入偶氮二异丁腈，在0.09MPa压力下真空浸渍40min，随后常压浸渍7h，浸渍结束后，用铝锡箔纸将木材包裹后放入烘箱内，在95℃下反应24h，待反应结束后，采用由甲苯、乙醇和丙酮按照体积比为5:1.5:1组成的溶液进行反复冲洗，然后在105℃下干燥至恒重，得到待加工木材；

4）称取适量的酒石酸梯钾溶于去离子水中，以150r/min搅拌25min，待其完全溶解后按照酒石酸梯钾质量的2-3%加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌15min，然后将混合液中加入适量的硫代乙酰胺，继续搅拌40min，混匀后得到酒石酸梯钾与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2的浸渍液，然后将待加工木材在常温下置于真空-加压浸渍机，抽真空至10x10^-3MPa，按照木材体积的6倍量注入浸渍液，真空浸渍处理2h，然后加压至1.5Mpa，加压浸渍2h，再经常压浸渍24h，取出后在200℃下热处理16h，冷却至室温，即可得到所需的木材。

对比例1：相比于实施例1，去除步骤（1）的处理，其余与实施例1相同。

对比例2：相比于实施例1，去除步骤（2）中的纳米氧化铝，其余与实施例1相同。

对比例3：相比于实施例1，去除步骤（2）中的甲基丙烯酸异氰基乙酯，其余与实施例1相同。

对比例4：相比于实施例1，去除步骤（3）中的甲基丙烯酸甲酯，其余与实施例1相同。

对比例5：相比于实施例1，将步骤（4）中的180℃下热处理24h替换成105℃下干燥至恒重，其余与实施例1相同。

对比例6：相比于实施例1，去除步骤（4）的处理，其余与实施例1相同。

对照组：木材不经处理，在100℃下干燥至恒重即可。

测试实验

1.实验材料

选用核桃楸（半环孔阔叶材，树龄 25 年，平均年轮宽度为 3.32 mm，气干密度为0.526g/cm³，采自黑龙江）以及银杏（针叶树材，树龄 25 年，平均年轮宽度为 5.15 mm，气干密度为 0.530 g/cm³，采自安徽）作为实验木材，每个树种采集原木30根，长度 1.3 m，直径＞20cm，加工成 1220 mm×100 mm×20 mm 的锯材，然后按照实施例1-3以及对比例1-6和对照组提供的加工工艺进行处理，得到实验木材试样。

2.实验设备

机械加工设备：自动进料两面刨床、宽带砂光机；显微观察装置：Olympus BX51 光学显微镜，配DP71 自动成像系统、Leica M205C 实体显微镜。

3.实验方法

块用于制备显微切片，采用光学显微镜观察拍照；加工性能测试完成后，将试样加工表面置于实体显微镜下观察拍照，依据 LY/T 2054-2012《锯材机械加工性能评价方法》，并参考我国木材加工实际状况，确定了2种机械加工方式及其加工参数，每种加工方式平行测试50 次，所用试样均无腐朽和开裂等缺陷。

1）刨削：试样尺寸 900 mm×100 mm×20 mm；采用高速钢刀具，主轴装有3个刀片，刀具楔角30°，转速 5 000 r/min；本发明中，考虑到刨削加工质量对木制品后续加工影响显著，也与生产成本和木材利用率密切相关，而刨削深度和进料速度是重要的技术参数，为此，设置 5 组刨削参数（表1），以评价切削深度和进料速度的影响。

表1 刨削加工的5组工艺参数

2）砂削：将刨削后的试样制成 400 mm×100mm×10 mm 的试样，分别采用120目和80目氧化铝砂纸进行砂削，进料速度 6.0m/min，砂削量0.6mm。

4.实验结果

刨削性能

不同工艺方法加工处理的两种木材在5种刨削工艺下的表面粗糙度检测结果，见表2。

表2 刨削后木材试样的表面粗糙度

核桃楸

银杏

砂削性能

不同工艺方法加工处理的两种木材在砂削工艺下的表面粗糙度检测结果，见表3。

表3 砂削后木材试样的表面粗糙度

通过将上述实验结果进行汇总分析可知，实施例的处理工艺效果最佳，其余的工艺效果排序依次为：对比例2、对比例4、对比例3、对比例5、对比例6以及对比例1，其中实施例中，以实施例2的工艺效果最佳，使得木材在加工制作过程中，无明显毛刺生成，从而降低了木材表面的粗糙度，提高其表面光滑性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。