壓縮木技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
我國屬于少林國家,人均占有木材量遠(yuǎn)低于世界平均水平。隨著森林結(jié)構(gòu)的變化,原始森林所提供的大徑級木材愈來愈少,人工林、間伐林和速生豐產(chǎn)林提供的幼齡材、小徑木越來越多。在這種情況下,改良木材的某些特性,提高木材的使用價值顯得尤為重要。壓縮木技術(shù)即可以使材質(zhì)輕軟、密度較低、加工工藝性能差的木材在物理力學(xué)性能方面得到較大的改善。
一.關(guān)于壓縮木
1)定義
壓縮木是木材經(jīng)過一定的溫度和壓力加工處理后,產(chǎn)生的一種質(zhì)地堅硬、密度大和強(qiáng)度高的強(qiáng)化處理材料。木材經(jīng)壓縮密實后,其組織構(gòu)造、物理力學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了重大變化——力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng),變形很小,耐磨性、耐久性好,從而有效地改善了木材的性能,提高了木材的利用價值。
2)機(jī)理
木材是一種多孔的生物材料,其細(xì)胞壁呈圓形,首尾相連形成細(xì)管狀,細(xì)管適應(yīng)樹干長度,即成軸向的。這些管狀細(xì)胞的直徑約為0.01-0.5毫米之間,某些管狀細(xì)胞在樹干中就像車輪一樣,呈放射狀。這些管狀細(xì)胞或纖維是樹的水分輸送系統(tǒng),與其他類型的細(xì)胞一起為樹干提供強(qiáng)度。當(dāng)一塊濕木樣品被加熱到攝氏100度時,它會變得柔軟,并可以彎曲,其彎曲兩端外側(cè)可以拉長2%,保持纖維不被破壞。另一方面,在纖維不擠在一起的情況下,彎曲兩端的內(nèi)側(cè)可以壓縮35%。根據(jù)這一特性,對木材進(jìn)行不同的預(yù)處理及不同的壓縮工藝就可以得到不同性能的壓縮木。
經(jīng)過壓縮的硬木,如梣木(白蠟樹)、櫸木、黑櫻桃木、榆木、硬槭木、絲柏木、橡木、北方紅橡木和胡桃木等,都可根據(jù)需要制造出不同規(guī)格產(chǎn)品。
3)壓縮木的種類
壓縮木會根據(jù)不同的使用要求,在壓縮前對木材進(jìn)行不同的預(yù)處理。如水熱處理、藥物處理、金屬化處理、浸漬樹脂處理和微波加熱處理等,與之相對應(yīng)則產(chǎn)生了普通壓縮木、藥物壓縮木、金屬化壓縮木、表面壓密材和壓縮整形木等壓縮木種類。
二.壓縮木制造的方式方法
早在20世紀(jì)初德國和美國就有了木材壓縮產(chǎn)品和關(guān)于制造壓縮木的專利。前蘇聯(lián)在1932年已經(jīng)制定出爐中加熱壓縮法(簡稱干法)和蒸煮壓縮法(簡稱濕法)工藝;我國在上世紀(jì)50年代末和60年代初也曾研制出煤礦用壓縮木錨桿和紡織用壓縮木木梭;70年代,印度研究用其國產(chǎn)17種樹種經(jīng)壓縮后代替進(jìn)口的鵝耳櫪(Carpinus)制造織布機(jī)木梭。自上世紀(jì)90年代以來,隨著世界木材工業(yè)的迅速發(fā)展,各國學(xué)者在前人研究的基礎(chǔ)上將木材的壓縮及其變形固定的研究推向一個新的高度,為使壓縮木材成為一種實用的工業(yè)化加工技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。
木材目前的壓縮方法主要有平壓、輥壓和靜水壓等,其中主要采用的是單軸平壓。
1)多軸壓縮
一般是雙軸方向施壓使木材壓縮變形,也有的采用雙軸壓縮使原木壓縮成方材。后者由于原木外側(cè)被壓成方材的表面,所以原木表面變成了弦切紋理,即使是小徑材也很不易看見節(jié)子,并且沒有背裂,加工時的噪聲和粉塵都很少。
2)部分壓縮
一種是靠壓縮方向使變形產(chǎn)生傾斜,另一種是靠壓縮面受壓使變形擴(kuò)展。前者加大鋸材表面的含水率后,高溫加壓成表層壓密木材。此法適合地板、墻體材等要求改善木材表面物理特性的加工。后者進(jìn)行模壓使各種花紋壓在木材表面,磨光后再現(xiàn)木材年輪狀花紋,若吸些水使壓縮部分稍有回彈,則可呈雕刻狀。
3)輥壓法
這種方法是將木材從兩個金屬輥間通過受壓,使受壓木材的局部逐漸變形。裝置需要的負(fù)載小,可連續(xù)施壓,是將來有望普及的壓縮變形方式。
4)靜水壓
木材放在耐壓容器內(nèi)加大靜水壓,使木材壓縮變形。帶皮原木采用此法處理,外側(cè)受到局部壓縮就成了“鑲上皺紋”狀的原木。此法因不能按設(shè)計進(jìn)行,所以不適合批量加工,但可以作為工藝品加工,如帶花紋的柱子。
5)壓縮木新技術(shù)
丹麥新發(fā)明的壓縮木生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備,具有加工時間縮短、加工過程可控、原材料損耗小和產(chǎn)品制造靈活等優(yōu)點。據(jù)了解,經(jīng)過此設(shè)備壓縮的木料與傳統(tǒng)的受蒸汽作用彎曲的木料一樣,具有同樣的機(jī)械性能和濕度指標(biāo)。值得一提的是,經(jīng)壓縮后的木料在冷卻以后還可進(jìn)行多面彎曲,并且彎曲半徑可達(dá)到很小,壓縮后的木料可用一般性的塑料薄膜經(jīng)過真空包裝后,一直儲藏到下一步的加工,而木料會保持和壓縮前相同的強(qiáng)度,儲藏期可長達(dá)6個月以上。另外,這種加工處理只需非常簡單的工夾具,改變了傳統(tǒng)的蒸汽彎曲技術(shù)加工家具部件時,需要在彎曲外側(cè)使用鋼帶以防止木材纖維斷裂的工序,從而降低了工效和損耗。
三.壓縮木對木材性能的改進(jìn)及其應(yīng)用
要想充分地利用壓縮木資源,了解壓縮木對木材性能產(chǎn)生的改變是很有必要的。
1)木材的表面物理性能得到提高
壓縮處理的直接后果就是使木材的密度加大,從而使木表硬度和耐磨性等表面物理性能得到了極大的提高。這種表面硬度性能極強(qiáng)的壓縮木可以將軟質(zhì)速生人工林代替硬質(zhì)闊葉材使用。比如,壓縮木用在弦樂器上,可取代紅木等昂貴樹種做背板,不但品質(zhì)更好,而且成本可降低十幾倍,促進(jìn)了民樂器的普及。
在日本,一些企業(yè)都在積極利用壓縮技術(shù)開發(fā)地板材料,市場上已有山毛櫸和櫟木壓密地板銷售。另外,壓密單板木塑化技術(shù)、水蒸氣預(yù)處理壓密單板插入裝飾板和基材之間的地板等也在研制。
2)提高了木材的強(qiáng)度性能
壓縮木在使木材密度增加的同時,彎曲彈性模量和彎曲強(qiáng)度等強(qiáng)度性能也都能得到提高。因此,壓縮木可以作為住宅內(nèi)樓梯扶手、家具的腿、框架、各種工藝品、裝飾家具、各種工具類的手柄和圖章料等要求高強(qiáng)度性能的材料。木材經(jīng)壓縮密實后,其組織構(gòu)造和物理力學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了重大變化,力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng),變形很小,耐磨性和耐久性更好,也是一種很好的雕刻材料。
3)裝飾性、加工性的提高
木材經(jīng)過壓縮密化后,木材的重量感和硬度感顯著增強(qiáng),加熱等處理過程又使木材本身的色澤產(chǎn)生了變化,增強(qiáng)了材料的高檔感。因此,壓縮木可以作為昂貴而稀缺的黑檀、紫檀等高級木材的替代材料。不僅如此,原木經(jīng)過壓縮整形后,年輪、木射線的形狀和間距將隨著各個方向壓縮程度的不同,壓縮時樹皮的存在與否而產(chǎn)生很大變化。如果用于刨切,可產(chǎn)生出各種各樣具有不同紋理花紋的薄木,所以壓縮整形木還可用來制造薄木,用于木材表面裝飾中。
另外,木材本來是不均質(zhì)的材料,經(jīng)壓密處理使材質(zhì)變得均勻,更易于切削加工、雕刻和微細(xì)加工和飾面加工等。
四.壓縮木的發(fā)展前景與展望
由于壓縮木不同于金屬材料,因為年輪、細(xì)胞結(jié)構(gòu)材質(zhì)不均勻,溫度、水分都將使其變形產(chǎn)生明顯的變化,而且它不易順纖維方向壓長,所以對木材的顯著變形有待進(jìn)行深入研究。
21世紀(jì)的人類更加關(guān)注自身的健康和生存的環(huán)境,可以預(yù)測,未來高效率、高質(zhì)量地生產(chǎn)壓縮木的短周期生產(chǎn)工藝和設(shè)備的開發(fā),以及綠色環(huán)保產(chǎn)品的生產(chǎn),將是壓縮木發(fā)展的方向。
- 木材的干燥處理:保證木材質(zhì)量和延長使用壽命的關(guān)鍵步驟
- 窯式木材炭化技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用:專業(yè)性設(shè)備助力品質(zhì)提升
- 窯式木材炭化:提升木材加工價值的專業(yè)選擇
- 木材干燥設(shè)備:提升木材質(zhì)量的專業(yè)保障
- 干燥木材中水分的載熱介質(zhì)
- 證書更新
- 木材干燥應(yīng)力與變應(yīng)理論在木材加工中的應(yīng)用情況 —設(shè)計木材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
- 木材干燥應(yīng)力與變應(yīng)理論在木材加工中的應(yīng)用情況 --制定干燥基準(zhǔn)
- 木材平衡含水率理論應(yīng)用情況 ——干燥鋸材的加工