[发明专利]强韧结构木质材料及其制造方法和用途

说明书

一种超强韧致密化木质结构，由以下方法形成：对纤维素基天然木质材料进行从其中部分地去除木质素的化学处理。经处理的木材保留了天然木材的管腔，其中，细胞壁的纤维素纳米纤维排列整齐。然后，在与管腔延伸方向交叉的方向上按压经处理的木材，使得管腔塌陷以及木材内的任何残余液体被去除。结果是，细胞壁交错在一起，相邻的纤维素纳米纤维之间形成氢键，从而提供了木材的强度和韧性等力学性能。通过进一步改良、操纵或加工致密化木材，它可适合于各种应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月10提交的美国临时专利申请62/483,828和2018年2月7日提交的美国临时专利申请62/627,6000的权益，其在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及天然木质结构，更具体地涉及对天然木材进行化学处理和按压，以具有增强的强度和韧性，以及包含该强韧木质材料的结构和装置。

发明内容

所公开主题的实施方案提供了一种强韧木质结构，其是通过化学处理纤维素基天然木质材料以从其中部分去除木质素形成的。经处理的木材保留了天然木材的管腔(lumina)，其中，细胞壁的纤维素纳米纤维排列整齐。然后，在与管腔延伸方向(例如，具有与管腔延伸的方向垂直的力分量)交叉的方向上按压经处理的木材，使得管腔塌陷，并且木材内的任何残余液体被去除。结果是，细胞壁交错在一起，相邻的纤维素纳米纤维之间形成有氢键，从而提高了木材的强度和韧性等力学性能。通过进一步改良、操纵或加工被按压的经化学处理的木材，它可适合于各种结构应用。

在一个或多个实施方案中，一种结构，包括：第一天然木材片，所述第一天然木材片已被化学处理以从其中部分去除木质素，同时又基本上保留了纤维素基管腔的结构，然后再在与管腔延伸方向交叉的第一方向上进行按压，使得所述管腔至少部分塌陷。

在一个或多个实施方案中，一种方法，包括用化学溶液处理天然木材片以便部分除去其中的木质素，同时保留了纤维素基管腔的结构，所述管腔在第一方向延伸。所述方法还可包括：处理后，在与第一方向交叉的第二方向上按压经化学处理的木材为时第一时间，使得管腔至少部分塌陷。

在一个或多个实施方案中，一种结构，包括致密化木材片，其中，管腔完全塌陷，在截面视图中，管腔的细胞壁之间无任何空隙。

在一个或多个实施方案中，一种层压板，包括多个致密化木材片。在横截面视图中，每个致密化木材片可具有至少部分塌陷的管腔。所述管腔在各个延伸方向上延伸。至少一些所述致密化木材片的延伸方向彼此相交。所述层压板中的多个致密化木材片连接在一起。

当结合附图考虑时，所公开主题的实施方案的目的和优点通过以下描述将变得显而易见。

附图说明

下文将参考附图来描述实施方案，附图不一定是按比例绘制的。在适用的情况下，为了辅助说明和描述基本特征，可以简化或不说明一些元件。在所有附图中，相同的参考数字表示相同的元件。

图1是根据所公开主题的一个或多个实施方案的制造强韧木质结构的示例性流程图。

图2A是根据所公开主题的一个或多个实施方案的经化学处理以从其中部分地除去木质素的天然木材片的简化示意图。

图2B是根据所公开主题的一个或多个实施方案的按压后的图2A的经化学处理的木材的简化示意图。

图3A是未去除任何木质素情况下的天然木材片的简化图。

图3B是按压后的图3A的天然木材的简化图。

图3C是未去除任何木质素的天然木材在与树木生长方向垂直的方向上的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图3D是未去除任何木质素的天然木材在与树木生长方向平行的方向上的纵截面的SEM图像。