新型材料及其生产工艺

本发明涉及一种用来生产具有可控的弯曲性质的木材的工艺。该 工艺可以用来生产一种具有高弹性度和高度的弯曲能力的木材。所得 到的木材可以容易地变形成想要的形状，此后还能以一种简单的方式 固定此一形状，致使该木材重新获得正常的弯曲性质，同时该形状已 经永久地改变了。本发明还涉及一种已经用上面提到的工艺生产的木 材。

发明的背景

人类从远古时代起就已经使用由弯曲的木材制成的结构和物品。 由于木材是坚硬的材料，所以在成形和弯曲之前必须使木材软化，以 便木材不致开裂。传统上，此一软化曾经用加热来实现，要不然的活， 用加热和潮湿(例如用水蒸气)的组合来实现。木材还曾经通过用化 学品，诸如氨、聚乙二醇和吡啶之类，浸渍它来软化。

在现代，具有高度弯曲和成形柔曲性的改性木材也已经被开发出 来。一种工艺基于粘合起来形成层积结构的薄木材圆盘，该结构的挠 曲性大于未加工的木材的挠曲性。此一工艺的例子在JP，A，9/70804 和JP，A，7/246605中描述。然而，在这些文件中描述的材料的柔曲 性全都不能完全令人满意。与弯曲步骤有关需要加热。最后，在已经 发生想要的变形之后该木材不能恢复其正常的刚度。因而需要改进的 工艺，用以暂时地提高木材的弹性并用以在发生了想要的弯曲之后把 此一弹性再次降低到正常水平。

发明概要

现在已经发现，借助于包括以下步骤的工艺，有可能大大提高散 孔木材的弹性和可弯性： a)供给散孔木材的样品；以及 b)用至少500bar的压力均匀地压制a)中的样品。

通过把该木材样品在一种液体中浸渍一段时间，该段时间长得足 以使该液体能渗透整个该木材样品，然后干燥该样品，再次提高该刚 度。 发明的详细描述 定义：

这里使用的“均匀压制”一词涉及用沿空间中的所有方向大小相 等的压力来压制。用这种性质的压力来压制木材在WO 95/13908中描 述。“散孔木材”是其中脉管均匀分布并且在整个年轮上有着几乎均 一的尺寸的木材。有散孔木材的树木的例子是桤树、山杨、桦树、山 毛榉、槭树、桉树、加拿大糖槭、新疆白桦、欧亚槭、红花槭、多花 蓝果树、胶皮枫香树、脂杨、欧洲水青冈、Banksia prionotes和Banksia ilicifolia。

“木材样品(wood specimen)”一词在这里用来简称散孔木材的 样品。一个“复合木材样品”指的是这样一个样品，该样品包括若干 个较小的散孔木材样品，后者已经在构成的样品中平行于纤维的方向 地粘合在一起。原则上，适用于木材的大多数类型的胶在生产复合木 材样品时都可以使用。可以提到的例子是冷水胶、热熔胶、溶剂基胶、 乳化液基胶以及有着一种或两种组分的聚合基胶。特别是可以使用含 有聚乙酸乙烯酯乳化液、PVC、聚苯乙烯、尿素、蜜胺、蜜胺甲醛、苯 酚和聚氨酯的胶。根据给定的条件选择适用的胶类型对于本专业的技 术人员是很简单的。

“液体”一词在这里用来简称一种能够渗透散孔木材的液体。这种 液体的例子是水和按1/100～100/1的重量比率的亚麻籽油/松节油。 该液体还可以包含诸如染料之类的其他物质和提高防腐性和耐火性的 物质。

下面将参照附图更详细地描述本发明，在诸附图中：

图1示出如何靠根据权利要求1的工艺来改变弹性；

图2A示出一个已经直接从树干切下的圆盘。图2B示出该圆盘的 水平横截面。画出了年轮。图2C(以水平横截面)示出该圆盘结合在 水中的浸渍的成形，而图2D示出在干燥之后得到的碗形物的水平横截 面。

图3示出可以如何通过均匀地压制锯切并粘合成特定图案的散孔 木材来生产具有高弹性度的复合木材样品。在此一图中完全画出了年 轮；以及

图4示出使用由已经借助于根据本发明的工艺提高了其弹性的散 孔木材样品生产的复合木材样品的弯曲实验的结果。图5简要地介绍 用来测定根据本发明的木材的弹性模量的设备。该测定依据欧洲标准 EN 310来进行。

图6～图8是表示作为挠度的函数的力的图。图7和图8公开了 针对本发明的木材的结果，而图6给出未经均匀地压制的木材的结 果。

发明的详细描述

如上面已经指出的那样，本发明基于以下意外的发现，即在用至 少500bar的压力均匀地压制木材之后散孔木材样品的弹性大大提 高。没有把本发明依赖于任何具体的原理，假定在均匀压制之后弹性 的提高是由于相当大并在散孔木材中均匀分布的脉管或管孔以有序的 结构瘪塌。纤维的强度似乎未改变，因为破坏纤维所需的力与普通木 材相同。因而不是在所有的方向都出现提高了的弹性。

图1示出在根据本发明的均匀压制之后在散孔木材中如何改变弹 性。图1A示出一个散孔木材的样品，其中纤维从ABCD表面向EFGH 表面取向。在ABCD表面画出了年轮。图1b示出该木材样品的DCGH 侧面。因而这里纤维从DC边向GH边取向。如果压力施加在宽度DH 的中部，则不可能观察到弹性的任何提高。图1c示出上述样品的ABCD 侧面。相形之下，如果压力施加在宽度AD的中部，则有可能观察到弹 性的显著提高。此一结果示于图1d。通过以图1e中所示的方式把散 孔木材样品平行地粘合在一起，得到一种具有很高的弹性度的木材。

正如上面已经提到的，还曾经发现，有可能降低已经根据本发明 均匀地压制的木材的弹性。该木材已经在一种液体中浸渍一段时间， 该段时间长得足以使该液体能渗透整个该木材样品，之后恢复其刚 度。木材为了再次恢复其刚度而需要浸渍的时间取决于所要成形的该 样品的尺寸。对于具有20×40mm的横截面的较小的样品，5～15分 的浸渍时间就完全够用了，但是对大样品来说可能需要长达2小时的 浸渍时间。原则上，只要该木材不被损坏而该液体仍然是液体，该浸 渍可以在任何温度下进行。该浸渍步骤可望在室温下进行。借助于简 单的实验，本专业的技术人员能够在每个个别场合很容易地确定合适 的浸渍时间和浸渍温度。

没有把本发明依赖于任何具体的原理，假定在浸渍期间，液体借 助于渗透力和/或疏水性相互作用渗透到以前瘪塌的管孔中，造成诸管 孔恢复到其原始体积。

正如已经提到的，本发明与把木材成形相结合，例如与制造家具 相结合是十分有用的。即使是相当复杂的形状也能够得到。首先生产 一种具有提高了的弹性度的木材。如果需要，然后从所述木材锯切一 个合适的工件。然后该工件被成形为想要的形状，例如用模板和/夹 具。然后此一想要的形状可以通过在合适的条件(如上面提到的)下 在合适的液体中浸渍，继之以干燥，来定形。

除了与所使用的压制设备的尺寸有关的那些尺寸之外，关于木材 样品的尺寸没有限制。然而，最好是压制圆盘形木材样品，而且只要 压力机的尺寸允许，具有超过2m2表面积的木材样品可以毫不困难的 被压制。在SE-C-452 436中描述的压力盒式压力机代表合适的压制 装置的例子，有关木材的均匀压制读者可以参照上面引述的WO 95/13908。

在进行均匀压制之前木材样品应该已经干燥了。最好是含水率已 经降低到充其量活树中的含水率的50％。然而，如果压出的液体能 够，例如通过吸收，得到注意，或者从压制装置引开，也可以均匀地 压制潮湿的木材。均匀地压制潮湿的木材的技术在WO 97/02936中描 述。

下面将参照以下实施例，这些实施例是为了说明的目的给出的并 且无意限制本发明，更详细地描述本发明。 例1

一个具有19.3cm的直径和1cm的厚度的圆盘形木材样品从山 杨树干切下。该圆盘被剥皮被干燥到原来的48％的含水率(见图1A 和1B)。然后以WO 95/13908中例1中所述的方式在一台压力盒式压 力机(ABB压力系统，韦斯特罗斯，瑞典)上进行均匀压制。最高压 力为850bar而温度为33℃。总压制时间为2分。

以下步骤在室温下进行。把所得到的弹性圆盘放在一个具有4cm 的最大深度的碗形模板中并夹紧，致使它采取该模板的形状(图1C)。 该模板和该木盘被浸没在水中10分然后让其干燥。现在该圆盘的弹性 已经显著降低而且即使在它已经从该模板卸下之后它也保持其碗形 (图1D)。 例2

一个具有550×170×35mm的尺寸(图3A，画出了年轮)和活树 的48％的含水率的山杨样品用作原始材料。以与例1中相同的方式 均匀压制该样品。最高压力1000bar，温度34℃而压制时间2分。 压制之后，样品的尺寸为438×136×22mm。周围进行手工刨削使它 完全光滑。然后把该样品沿其长度锯开以便给出三个具有146×136× 22mm的尺寸的样品。这些样品本身又被锯成宽度约20mm的薄板， 而且靠手工刨削把表面刨平；然后诸薄板彼此顶靠着摆放，使它们以 与锯开之前相同的方式放置(图3B)，此外还使三个原始样品彼此顶 靠着摆放。因此，21个薄板以图3C中所示的方式彼此顶靠着摆放。 一种冷水胶(Casco 3350，卡斯科，瑞典)涂布在除了右侧最外边的 薄板之外的所有薄板的上表面上(图3D)。然后所有薄板沿顺时针方 向转过四分之一圈(图3F)接着彼此顶靠着用夹具加压(图3F)；然 后让胶干燥。这造成一个具有146×410×22mm尺寸的复合木材样品 (图3G)。沿着其长度把该样品横切成15mm，得到一个具有15×410 ×22mm尺寸的样品。然后把此一样品手工弯曲到它成为具有125mm 内径的马掌形(图4)。没有观察到开裂。 例3

此一例子涉及本发明的木材的弹性模量的测定。用1000bar的压 力来均匀压制作为散孔的山杨木。接着，把该木锯成20mm×20mm ×200mm的条。诸条的纤维方向与该条的纵长方向垂直。然后把诸条 分成三组，A、B和C。

提供第1组(A)20mm×20mm×200mm的条。此一组的条以与 D组的条相同的方式锯开和粘合，但是该木材不被均匀压制。

第2组(B)的条既不锯开也不重新粘合在一起。

第3组(C)的条分别被锯成20mm×20mm×60mm，20mm×20 mm×80mm和20mm×20mm×60mm的三条。然后以这样一种方式用 与例2中相同的胶把这些条重新粘合在一起，即得到一个新的20mm ×20mm×200mm的复合条，而且该条的纤维方向与该条的纵长方向 垂直。

第4组(D)的条被锯成20mm×20mm×40mm的五条。然后以 以这样一种方式用与例2中相同的胶把这些条重新粘合在一起，即得 到一个新的20mm×20mm×200mm的复合条，而且该条的纤维方向 与该条的纵长方向垂直。

对来自所有各组的条测定弹性模量。该测定依据欧洲标准EN 310：1973(欧洲标准化委员会，布鲁塞尔，比利时)进行。在这些实 验中所使用的设备示于图5。两个支点2和3之间的距离l1为150mm。 一个挠曲构件F在精确地处于支承构件1和2之间的中央的一点使被 试条挠曲。

所得到的结果汇总于表1。

                         表1 试验组                     弹性模量 A                          615MPa

                       699MPa B                          347MPa

                       319MPa C                          172MPa

                       201MPa D                          25.0MPa

                       64.2MPa

与表1中给出的挠曲试验有关并作为挠度的函数示出力的三个图 还作为图6(试验组A)、图7(试验组C)和图8(试验组D)提供。

应该指出，本发明的木材(组C和组D)比起控制组(组A和组B) 来具有低得多的弹性模量。从图8还应该指出，组D的试验条如此柔 软，以致它在挠曲试验期间不开裂。来自组A～C的所有试验条全都开 裂。