CN100529159C

CN100529159C - 木材表面真空镀膜制造方法

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Publication number: CN100529159C
Application number: CNB2007100538550A
Authority: CN
Inventors: 常德龙; 王玉魁; 王群有; 黄文豪; 于文吉; 邱帖轶; 胡伟华; 李福海; 张云岭; 李煜延; 谢青; 马志刚
Original assignee: PAULOWNIA RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTRE STATE FOREST BUREAU
Current assignee: PAULOWNIA RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTRE STATE FOREST BUREAU
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: CN101003887A

Abstract

本发明公开了一种抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其工艺步骤为：a.将木材表面进行清洁、平整处理；b.用氨基气密性树脂对木材表面进行封闭处理；c.将木材置于含有稀酸液或稀碱液的洗箱中进行清洗后烘干；d.在烘干木材的表面实施真空镀膜，使金属沉积在木材表面形成连续均匀的金属及氧化物薄膜。上述方法得出的木制品材料，在30MHz～1.5GHz频段，电磁屏蔽效能达到30dB以上，满足电磁屏蔽、导静电要求，并且工艺简单可行，环保、高效、低温，适于工业规模生产；可根据需要调整木材表面色调，使木材表面增硬、耐蚀、耐磨、美观雅致，可大大拓展木材用途，提高木材等级，做到木材高效利用。

Description

木材表面真空镀膜制造方法

技术领域

本发明涉及一种木质与金属复合材料，尤其涉及一种通过在木材表面镀一层金属膜，使其具有抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜的制造方法。

背景技术：

木材进行金属化处理，使木材具有了抗静电及电磁屏蔽功能，同时增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰、光学功能，这样木材在原有的性质上又具备了金属的某些特性，此外若是在劣质木材表面镀膜，还可提高木材等级，做到木材高效利用。金属木材在某些发达国家已得到广泛应用，如航空航天、电子、建筑等领域。美国、德国自二十世纪二十年代就开始研究金属木材，主要是对武器的某些木制部件进行金属化处理，以加强其强度、耐磨性，提高部件使用寿命；进入六十年代，美国加大金属木材研究力度，对木材纤维、刨花、单板及实木进行金属处理，方法有木粉或刨花与金属粉或碳纤维混合、木材与金属薄板沉积制板、金属对木材内部进行浸注等方法，工艺水平比以前大有提高，部分成果在七、八十年代逐渐得以应用；但材料均质性差，性能不稳定，工业化程度低，产品电磁屏蔽效果不是很好。日本主要是对木材进行电解质电镀，容易产生环境污染，我国对木材金属研究主要用金属网或金属丝置入木材内部压合成板，产品均质性差，性能不够稳定，工业化效果不是很好。

发明内容：

为了解决木材的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰、光学问题，开拓木材的应用领域，本发明的目的是提供一种制备工艺简单易行、避免环境污染，提高木材的档次的木材表面真空镀膜制造方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，它是将木材表面真空镀膜，其特征采用下述步骤：a、将木材表面进行清洁、平整处理；b、用氨基气密性树脂对木材表面进行封闭处理；c、将木材置于含有稀酸液或稀碱液中进行清洗后烘干；d、在烘干木材的表面实施真空镀膜，使金属沉积在木材表面形成连续均匀的金属薄膜。

所述真空镀膜为真空蒸发镀膜、磁控溅射镀膜或离子镀膜。

所述金属薄膜包括金、银、铜、铝、镍或钛。

所述木材为实木材料、胶合板、中密度纤维板、刨花板、细木工板或微薄木。

所述氨基气密性树脂为三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂或三聚氰胺和尿素和甲醛共缩合树脂胶粘剂。

所述气密性树脂为含有以下三类重量百分数的添加剂：

1-10％的耐温型硅烷偶联剂；

1-10％的乳酸(CH₃CHOHCOOH)、苹果酸(HOCOCH(OH)₂CH₂COOH)、或琥珀酸(HOCOCH₂CH₂COOH)作为络合剂；

1-10％的磷酸(H₃PO₄)、草酸(C₂H₂O₄)、聚乙烯醇((-CH₂CHOH-)_n)、三乙烯四胺(NH₂(CH₂CH₂NH)₂CH₂CH₂NH₂)、对苯二酚(C₆H₆O₂)、对苯二酚加磷酸或硝基苯(C₆H₅NO₂)加磷酸作为稳定剂。

所述真空室的功率为20kw～100kw，电压为200v～600v，真空度为10^-2MPa～10^-4Mpa，处理时间为1～10min。

所述连续均匀的薄膜厚度为10～150μm。

所述清洗过程中的稀酸液为1％～6％的稀磷酸或稀盐酸，稀碱液为1％～6％钠的稀碱液，热风烘干温度为40～80℃，时间在30～150min。

所述连续均匀的薄膜透射率为10％～80％。

本发明的积极效果是：

1、木材表面真空镀膜是在真空的环境下高电压溅射镀膜材料，使它在极短的时间内产生的镀膜材料离子(原子)沉积在木材表面形成镀膜层，此法简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高。

2、按照上述工艺方法得出的金属木材具有屏蔽效果好，同时导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、用于装饰、光学，在30MHz～1.5GHZ频段，电磁屏蔽效能达到30dB以上，并且工艺简单，在生产过程中不产生或排放有毒废弃物，不污染环境。

3、通过真空镀膜处理可提高木材防腐虫蛀能力、提高木材颜色厚重性、大大提高木材表面强度和耐磨性、提高木材防火阻燃性能、增加木材使用寿命，并且对劣材及人造板进行真空镀膜处理，可使劣材优用，提高木材使用价值。

4、此材料应用广泛，可使得在航空航天、电子、建筑、装饰、光学、包装领域的静电、电磁辐射、虫蛀、腐朽、变色问题得以解决，促进我国高科技产业的快速发展。

5、木材镀膜金属材料具备了植物天然纤维与金属的双重特性。可以根据木材表观质量，在木材镀膜金属时对基材木材纹理进行保留、调整或遮盖，以提高木材使用价值，还可以根据所需仿制的珍贵木材品种色调、色泽来改变薄膜的厚度，调节其透射率，使仿制的珍贵木材品种可以是红樱桃、黑胡桃、柚木、乌木、紫檀木。

6、在外观形状不规则的木材可以均匀镀膜，且可连续或间断镀膜，较比其它方法具有明显优点。

本发明的原理是：

1.将木材进行清洁、打磨、砂光处理，使其表面平整、干净、除去油脂脏污，此过程是使胶粘剂更好的附着在木材表面；木材含水率控制在8％以下，减少应力，控制变形，保持尺寸稳定性；用含有重量百分含量为1-10％的耐温型的硅烷偶联剂；1-10％络合剂即乳酸(CH₃CHOHCOOH)、苹果酸(HOCOCH(OH)₂CH₂COOH)或琥珀酸(HOCOCH₂CH₂COOH)、1-10％稳定剂即磷酸(H₃PO₄)、草酸(C₂H₂O₄)、聚乙烯醇((-CH₂CHOH-)_n)、三乙烯四胺(NH₂(CH₂CH₂NH)₂CH₂CH₂NH₂)、对苯二酚(C₆H₆O₂)、对苯二酚加磷酸或硝基苯(C₆H₅NO₂)加磷酸的氨基气密性树脂对木材表面进行封闭处理，此过程是使木材与金属易于结合，且不会剥离；

2.本发明中采取的真空镀膜制造工艺是磁控溅射镀膜，即在真空中充入惰性气体，并在木材和金属靶之间加上高压直流电，放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，等离子体将金属靶材的原子击出，沉积在木材上，形成连续、均匀、致密的膜层。

3、本发明中偶联剂的作用是：使用偶联剂对木材进行改性，改进非极性的金属同极性的木材之间的粘合能力。真空镀膜中常用的偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂结构通式Y-R-SiX₃，式中X是结合在硅原子上的水解性基团，如氯基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基；Y为有机官能团，如氨基、环氧基；R是具有饱和或不饱和键的碳链。在真空镀膜工艺中，偶联剂通过水解，与金、银、铜、铝、镍、钛或其金属氧化物形成稳定的共价键，将硅烷薄膜与金属紧紧的锚合在一起，使金属表面发生钝化反应不仅能够提高胶粘剂的附着力，也能提高本身的耐蚀性能。一般主要使用环氧基、氨基、脲基硅烷偶联剂，如3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂((C₂H₅O)₃SiC₃H₆NH₂)、3-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂((C₂H₅O)₃SiC₃H₆NH₂)。

4.络合剂的作用是：增加金属离子在木材表面胶粘剂上的溶解度，控制游离的金属离子浓度，防止产生沉淀。若络合剂的含量过低，则无法达到增加金属离子的溶解度，防止产生沉淀的目的。但络合剂的含量过高，使镀层的沉积速度慢，无法获得连续且均匀的镀层，从而使表面电阻率升高，电磁屏蔽效能降低。乳酸(CH₃CHOHCOOH)、苹果酸(HOCOCH(OH)₂CH₂COOH)、琥珀酸(HOCOCH₂CH₂COOH)均可用做真空镀膜的络合剂，其中乳酸既可以控制金属离子的浓度，又可以加速真空镀膜的反应速度。

5.稳定剂的作用是：增加稳定性，要求在保存期内，树脂能在指定的温度和时间内固化，以利于保证有足够的生产效率，且贮存期内胶粘剂粘度变化在适当的范围内。在真空镀膜中，稳定剂可以很好的吸附在金属表面，达到稳定镀膜的作用。磷酸(H₃PO₄)、草酸(C₂H₂O₄)、聚乙烯醇((-CH₂CHOH-)_n)、三乙烯四胺(NH₂(CH₂CH₂NH)₂CH₂CH₂NH₂)、对苯二酚(C₆H₆O₂)均可作为稳定剂使用，并且稳定剂可单一使用，也可通过不止一种稳定剂的复合来提高稳定作用，如对苯二酚加磷酸，硝基苯(C₆H₅NO₂)加磷酸。

6.本木材的电磁屏蔽：电磁屏蔽实际上是为了限制从屏蔽材料的一侧空间向另一侧空间传递电磁能量。电磁波传播到达屏蔽材料表面时，通常有3种不同机理进行衰减：一是在入射表面的反射衰减；二是未被反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的衰减；三是在屏蔽体内部的多次反射衰减。电磁波通过电磁屏蔽材料的总屏蔽效果用下式表示：SE＝R+A+B，式中：SE为电磁屏蔽效果，dB；R为表面单次反射衰减；A为吸收衰减；B为内部多次反射衰减(只有在A＜15dB情况下才有意义)。反射主要是由于介质与金属的波阻抗不一致引起，二者相差越大，反射损耗越大。吸收是由电损耗、磁损耗及介电损耗等组成，这些损耗转化为热消耗在屏蔽体内，从而达到阻止电磁辐射和防止电磁干扰的目的。当入射电磁波遇到屏蔽体后，由于两者波阻抗不一致而使一部分电磁波被反射回空气介质中，另一部分穿透进入屏蔽体。这部分电磁波因屏蔽体在电磁场中产生的电损耗、磁损耗及介电损耗等而消耗部分能量，即部分电磁波被吸收，剩余电磁波在到达屏蔽体另一表面时同样由于阻抗不匹配，使部分电磁波反射回屏蔽体内，形成在屏蔽体内的多次反射，剩余部分穿透屏蔽体进入空气介质。导电性越好，反射损耗越大。所以，铜的反射损耗大于铝，铝的反射损耗大于钛。

7.本发明以实木板、中密度板和胶合板为例，进行镀铜、镀铝、镀钛的试验。镀层与木材表面的耐磨强度由ZYY型磨耗仪测定。将金属木材存放24h以上，按GB/T15102-1994附录A制作研磨轮，将粘好砂布后的研磨轮在相对湿度为65％±5％，湿度为20℃±2℃条件下放置24h以上，备用。用脱脂纱布将金属木材表面擦净，并将其等分为四个象限。将装饰面向上安装在磨耗试验机上，并将研磨轮安装在支架上，施加4.9N±0.2N外力条件下进行磨耗，研磨轮每磨耗500转更换一次。记录其在三个象限的装饰花纹都出现破损点时的磨耗转数，精确至100转。此过程中，各试件都是在研磨轮更换1-3次才出现破损点，说明镀层的耐磨强度是比较高的。

金属与板面的胶合强度由MWD-50型微机控控制人造板万能试验机测定。将金属木材在(20±2)℃、相对湿度(65±5)％放置质量恒定。用细砂纸打磨试件表面，用HY-914快速胶粘剂或热熔胶将金属专用卡头底面粘合在金属木材的中央，沿卡头四周切断装饰层，切割深至基材表面。将粘合了试件金属木材的卡头装入试机专用卡具，然后把卡具连同其固定在万能力学试验机上，在与胶合表面垂直的方向上均匀加载，从加荷开始在(60±30)s内使试件破坏，记下金属木材胶层剥离或破坏时的最大载荷，精确至10N。在此过程中，各试件都是在镀层完好无损的情况下，木材或胶层发生破坏，说明镀层与木材之间的胶合强度高于木材本身或胶层的强度，表明镀层与木材之间的胶合强度高，结合非常紧密、牢固。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明

实施例1

木材进行打磨，使用粗、细不同的砂纸分别进行砂光，使其表面平整，这样可获得良好的胶接效果，然后将木材放入60℃的热水中进行水洗，水浸时间为3分钟，主要目的是为了除去木材表面的灰尘和一些杂质，同时除去沉积在木材中的冷热水抽提物，木材抽提物是用乙醇、苯、乙醚、丙酮、或二氯甲烷等有机溶剂及水抽提出来的物质的总称，保证木材具有清洁的表面，清洗之后自然干燥。在木材表面涂上三聚氰胺甲醛树脂或水溶液，三聚氰胺甲醛树脂或水溶液中含有浓度为1％的3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和5％乳酸络合剂和10％草酸稳定剂；将木材进行封闭处理。干燥之后，将其置于含1％稀磷酸的洗箱中清洗掉木材表面残余的化学成分，后用热风烘干机烘干，温度为80℃，时间为30min。本发明中采取的真空镀膜制造工艺是磁控溅射镀膜，即在真空中充入惰性气体，并在上述处理后的木材和金属靶之间加上高压直流电，放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，等离子体将金属靶材的原子击出，沉积在木材上，形成致密均匀的膜层。工艺系数为：20kw，电压为200v，真空度为10^-2MPa，处理时间为10min，膜层厚度为150μm，其透射率为10％，木材颜色加深，并可深至纹理不见。然后对木材镀膜金属产品清洗，自然条件下干燥数天。之后重复上述工序1次。之后进行检验包装。

实施例2

木材进行打磨，使用粗、细不同的砂纸分别进行砂光，使其表面平整，这样可获得良好的胶接效果，然后将木材放入70℃的热水中进行水洗，水浸时间为2分钟，清洗之后自然干燥。在木材表面涂上脲醛树脂或水溶液，脲醛树脂或水溶液中含有10％的3-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂和1％的苹果酸络合剂和5％的磷酸稳定剂，将木材进行封闭处理。干燥之后，将其置于含3％稀盐酸的洗箱中清洗掉木材表面残余化学成分，后用热风烘干机烘干，温度为60℃，时间为70min。本发明中采取的真空镀膜制造工艺是磁控溅射镀膜，即在真空中充入惰性气体，并在处理后的木材和金属靶之间加上高压直流电，放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，等离子体将金属靶材的原子击出，沉积在木材上，形成致密均匀的膜层。工艺系数为：40kw，电压为400v，真空度为10^-3MPa，处理时间为5min，膜层厚度为80μm，其透射率为80％，木材色泽可保持不变。然后对木材镀膜产品进行清洗，自然条件下干燥数天，之后重复上述工序6次。之后进行检验包装。

实施例3

木材进行打磨，使用粗、细不同的砂纸分别进行砂光，使其表面平整，这样可获得良好的胶接效果，然后将木材放入80℃的热水中进行水洗，水煮时间为1分钟，主要目的是为了除去木材表面的灰尘和一些杂质，同时除去沉积在木材中的冷热水抽提物，保证木材具有清洁的表面，清洗之后自然干燥。在木材表面涂上三聚氰胺和尿素和甲醛共缩合树脂或水溶液，三聚氰胺和尿素和甲醛共缩合树脂或水溶液中含有重量百分数为5％的3-(脲基)丙基三乙氧基硅烷偶联剂和10％的琥珀酸络合剂和1％的对苯二酚加磷酸稳定剂，将木材进行封闭处理。干燥之后，将其置于含6％钠的稀碱液的洗箱中清洗掉木材表面残余化学成分，后用热风烘干机烘干，温度为40℃，时间为150min。本发明中采取的真空镀膜制造工艺是磁控溅射镀膜，即在真空中充入惰性气体，并在处理过的木材和金属靶之间加上高压直流电，放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，等离子体将金属靶材的原子击出，沉积在木材上，形成致密均匀的膜层。工艺系数为：100kw，电压为600v，真空度为10^-4MPa，处理时间为1min，膜层厚度为10μm，其透射率为50％，木材可呈现出所需仿制的珍贵木材色泽。然后对木材镀膜产品进行清洗，自然条件下干燥数天，之后重复上述工序10次。之后进行检验包装。

Claims

1.一种抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，它是将木材表面真空镀膜，其特征采用下述步骤：a、将木材表面进行清洁、平整处理；b、用氨基气密性树脂对木材表面进行封闭处理；c、将木材置于稀酸液或稀碱液中进行清洗后烘干；d、在烘干木材的表面实施真空镀膜，使金属沉积在木材表面形成连续均匀的金属薄膜；

所述氨基气密性树脂为三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂或三聚氰胺和尿素和甲醛共缩合树脂胶粘剂；

所述氨基气密性树脂为含有以下三类重量百分数的添加剂：

1-10％的耐温型硅烷偶联剂；

1-10％的乳酸、苹果酸、或琥珀酸作为络合剂；

1-10％的磷酸、草酸、聚乙烯醇、三乙烯四胺、对苯二酚、对苯二酚加磷酸或硝基苯加磷酸作为稳定剂。

2.根据权利要求1所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述真空镀膜为真空蒸发镀膜或磁控溅射镀膜。

3、根据权利要求1或2所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述金属薄膜包括金、银、铜、铝、镍或钛。

4.根据权利要求3所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述木材为实木材料、胶合板、中密度纤维板或刨花板。

5.根据权利要求4所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述真空室的功率为20kw～100kw，电压为200v～600v，真空度为10^-2MPa～10^-4Mpa，处理时间为1～10min。

6、根据权利要求5所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述连续均匀的金属薄膜厚度为10～150μm。

7、根据权利要求6所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述清洗过程中的稀酸液为1％～6％的稀磷酸或稀盐酸，稀碱液为1％～6％钠的稀碱液，热风烘干温度为40～80℃，时间在30～150min。

8、根据权利要求7所述的抗电磁辐射、导静电、增硬、调色、耐磨、耐虫蛀、装饰用的木材表面真空镀膜制造方法，其特征在于：所述连续均匀的金属薄膜透射率为10％～80％。