CN101622110A - 挠性层压木质材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种挠性层压木质材料的制造方法。该挠性层压木质材料构成为，在多个木质材料的表面上涂布粘合剂，以使其纤维方向成为大致同一方向的方式，将这些木质材料层压而作为层压物(2)，将该层压物(2)设置于耐压容器(4)内的加压装置(7)，向耐压容器(4)内送入高压水蒸气并进行加热，同时沿层压方向压缩而使层压厚度达到原厚度的1/2～1/5，在保持该压缩状态下进行冷却，将得到的层压体沿层压方向平行地切割。

Description

挠性层压木质材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种可进行较大弹性变形的挠性层压木质材料的制造方法。
背景技术
作为木质层压材料，公知有柳安木胶合板、硬质纤维板、MDF(中密度纤维板)、OSB(欧松板)。
然而，在这些已知的木质层压材料中，如果是板厚为2mm以下的板材，则可以进行某种程度的弯曲变形，但是对厚度厚的板材而言，实质上成为刚体，则不可能使其产生如上所述那样的变形。
另一方面，在日本特开平11-77619号公报和日本特开2005-205799号公报中公开了一种木材加工件的制造方法，即在高压水蒸气下对木材进行软化处理，并把该已软化处理的木材放入到模型而使木材加工件具有三维形状。
但是，在该在先发明中，对木材进行三维加工而将变形永久地保持，并未提及使变形弹性地复原的技术。
而且，在日本特开2006-305842号公报中公开了一种改质处理方法。该改质处理方法为，在对木材进行软化处理后进行压缩而使其厚度达到原厚度的1/3～2/3，接着稍微减小加压力，使该木材复原但未达到原来的体积，根据该方法能够使木材具有柔软性及弹性。
但是，在该在先发明中，作为木材而采用粗的方木料、圆木等，不能使用间伐木材等而存在成本高的问题。
专利文件1：(日本)特开平11-77619号公报
专利文件2：(日本)特开2005-205799号公报
专利文件3：(日本)特开2006-305842号公报
发明内容
本发明的课题在于，有效利用间伐木材等小的木材或加工时产生的片状木质材料，能够廉价地得到可进行较大弹性变形的挠性层压木质材料。
为了解决上述课题，本发明第一实施方式的挠性层压木质材料的制造方法，其特征在于，在多个木质材料的表面上涂布粘合剂，并在以使其纤维方向成为大致同一方向的方式将这些木质材料层压的状态下进行加热，同时沿层压方向压缩而使层压厚度达到原厚度的1/2～1/5，在保持该压缩状态下进行冷却，将得到的层压物沿层压方向平行地切割。
本发明其他实施方式的特征在于，在第一实施方式的挠性层压木质材料的制造方法中，加热温度为60～100℃。
本发明其他实施方式的特征在于，在第一实施方式的挠性层压木质材料的制造方法中，加热温度为超过100℃且为140℃以下。
本发明其他实施方式的特征在于，在第一实施方式的挠性层压木质材料的制造方法中，所述粘合剂为在加热中不硬化的粘合剂。
根据本发明，能够有效地利用以往废弃的间伐木材等木质材料，能够得到可进行较大弹性变形的挠性层压木质材料。
而且，当把加热温度优选为70～100℃时，无需在耐压容器内进行处理，能够简化制造设备且降低制造成本。
附图说明
图1是表示本发明所采用的木质材料的例子的概略立体图；
图2是表示本发明中的层压材料的例子的概略立体图；
图3是表示本发明所采用的耐压容器的概略结构图；
图4是表示本发明中的层压体的例子的概略立体图；
图5是表示本发明得到的挠性层压木质材料的例子的概略立体图；
图6是表示使本发明得到的挠性层压木质材料变形后的状态的图；
图7是表示本发明得到的挠性层压木质材料的应力-应变曲线的例子的曲线图；
图8是当已使本发明得到的挠性层压木质材料变形时的组织的扫描式电子显微镜照片；
图9是当已使本发明得到的挠性层压木质材料变形时的组织的扫描式电子显微镜照片；
图10是木质材料的细胞组织的扫描式电子显微镜照片；
图11是将木质材料压实处理后的细胞组织的扫描式电子显微镜照片；
图12是表示弯曲试验结果的曲线图。
附图标记说明
1木质材料；2层压物；4耐压容器；7加压装置；11挠性层压木质材料。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明。
图1至图5是按工序表示本发明的挠性层压木质材料的制造方法的一例的图。
在图1中，附图标记1表示木质材料。
该木质材料1采用形状为单板状、片状、纤维状等的木质材料，其尺寸大约为厚度5～30mm、宽度10～300mm、长度50～1000mm左右，采用由各种树种例如杉木、松木、日本铁杉(ツガ)、丝柏、罗汉柏等主要是针叶树木构成的木质材料。优选其水分量为5％～20％左右的木质材料。
在附图中，作为木质材料1举例示出采用单板的木质材料。
接着，在该木质材料1的表面上涂布粘合剂。该粘合剂采用醋酸乙烯乳液类、酚醛树脂类、三聚氰胺树脂类、脲醛树脂类、聚氨酯树脂类等合成高分子粘合剂或丹宁(タンニン)类粘合剂、胶等天然类粘合剂等。从在压缩工序中不阻碍木质材料成型方面考虑，在这些粘合剂中优选性质为在下一步工序的加热时不硬化的粘合剂，例如丹宁树胶(タンニン·ニカワ)类粘合剂等。
如图2所示，将多个已涂布粘合剂的木质材料1层压。如图所示，在进行该层压时，层压方式被确定为使各木质材料1的纤维方向成为大致同一方向。
接着，如图3所示，将该层压物2整体收纳在耐压容器4内。该耐压容器4构成为在其内设有加压装置7，层压物2放置在置于加压装置7的载物台71上的框72内，并通过挤压盘73沿垂直方向加压。
另外，该耐压容器4还构成为通过管5向其内部导入高压水蒸气，在因该高压水蒸气而共存有水分的情况下，层压物2被加热。
此时水蒸气的温度为100～140℃，进行约0.5～5小时的水蒸气处理。通过该水蒸气处理，木质材料1的组织处于软化状态，能够进行大的变形。
接着，将耐压容器4内的温度设在100～140℃，对层压物2进行加热的同时使加压装置7动作，沿其层压方向对层压物2进行加压，使得层压物2的层压厚度达到原厚度的1/2～1/5。如果加热温度超过140℃，则木质材料1的挠性下降，这不是优选的。如果使层压物2的层压厚度比原厚度的1/2厚，则不能得到所需的弹性，如果使层压物2的层压厚度压缩为比原厚度的1/5薄，则需要过大的加压力，从经济性观点来看不现实。
保持该加压状态0.5～2小时，然后停止加热使层压物2自然冷却，当其温度达到50℃以下后解除加压，从耐压容器4取出层压物2。
通过以上的加热加压处理，粘合剂硬化，各个木板1相互接合而成为块状的层压体8，并且其厚度达到被压缩至1/2～1/5的状态。
作为在进行该处理时的加热方法，不限于上述的水蒸气环境中的加热，也可以采用如下方法，即，将耐压容器4内的空气温度设在60～140℃进行加热方法、使用将加热器内置于加压装置7的挤压盘72内的装置并在加压过程中进行加热的方法、由高频加热进行加热的方法以及在将层压物2浸渍于温水中的状态下进行加热的方法等。
加热温度原则上达到木质材料1的软化温度以上即可，若木质材料1中的水分量多则该软化温度降低，因此优选使木质材料1的水分量为约3％～5％以上，参考这种情况，可将加热温度优选在60～140℃范围内，如果采用不足100℃且未在水蒸气中加热的方法，则可以不采用耐压容器。另外，由于加热温度低，则挠性增加，因此是优选的。在不足60℃的加热温度下几乎不产生细胞壁的软化。
接着，如图4所示，将这样得到的块状的层压体8切成板状。如图4所示，进行该切割时的切断方向与层压体8的层压方向平行，在切割时采用锯等。
在图5中表示这样得到的板状挠性层压木质材料11。在图5中，附图标记11a表示木质材料1相互的层压面，附图标记11b表示木质材料1的木纹。
如图6所示，如果对该板状挠性层压木质材料11施加层压面方向的外力，则容易较大地弯曲，如果撤掉外力，则恢复到原来的板状。因此，在该板状挠性层压木质材料11中，其弯曲弹性模量表示为原来的木质材料1的弯曲弹性模量的约1/400的值。
在制造这种挠性层压木质材料11的过程中，通过在共存有水分的情况下对层压物2进行加热，使木质材料1的细胞壁软化而使其处于可变形的状态，在该状态下对该层压物2进行压缩、冷却，从而得到保持细胞壁被压缩状态的层压体8。
因此，如果将对该层压体8进行切割而得到的挠性层压木质材料11拉长，则能够拉长到处理过程中进行压缩前的状态，而且，如果进行压缩，则能够压缩到细胞壁变形且留有余地的程度。
另外，当对该挠性层压木质材料11施加平行于层压方向的拉伸力而断裂时，其伸长率为40％～100％，其抗断强度在1～2.5N/mm2范围内，从该值也可知，相比于通常的木材，该挠性层压木质材料11非常容易变形。
因此，成为极其富有挠性的木质材料。
该挠性层压木质材料11具有如下性质，即，若在制造后对其进行一次拉伸、压缩、弯曲等变形，则在此后的变形中可用比第一次变形所需的外力小的外力使其变形。
但是，该挠性层压木质材料11并非能够在所有方向上变形，而是在弯曲方向上存在各向异性。在垂直于挠性层压木质材料11切割面的方向上特异地弯曲。该方向是与层压木质材料1时的层压方向平行的方向。
图7是示意性地表示本发明挠性层压木质材料11的拉伸试验结果的应力-应变曲线的典型例的图。
该曲线形状表示，在变形初期区域弹性模量高，因此作为弹性体变动，之后弹性模量缓慢上升，成为表示塑性变形的区域。由此可知，该挠性层压木质材料11较硬且具有强粘合特性。
图8和图9是使通过本发明得到的挠性层压木质材料弯曲时的木质组织的扫描式电子显微镜照片，图8表示弯曲时被压缩的一侧的部分，图9表示弯曲时被拉伸的一侧的部分。
在压缩侧，处于几乎看不到空隙的状态，能够理解为即使施加弯曲应力(压缩)，应变也难以简单地增加。另一方面，在拉伸侧可看见空隙，能够确认大的变形恢复。由此可知，当施加弯曲应力(拉伸)时容易产生应变。
图10是表示作为木质材料的杉木片组织的扫描式电子显微镜照片，图11是表示在对该杉木片进行加热的情况下实施压缩后的组织的扫描式电子显微镜照片。由此可知，细胞组织被压缩而空隙几乎消失。
这样的挠性层压木质材料11能够加工成例如圆筒状而作为木制管使用。另外，由于具有挠性，因此能够作为抗振材料(免振)使用。进而，如果吸收水分则体积膨胀，因此可考虑各种用途，例如若作为基础桩利用，则能够作为发挥高摩擦力的摩擦桩而使用等。
下面说明具体例。
(实施例1)
准备厚度20mm、宽度110mm、长度500mm的25片杉木板，在该表面上涂布丹宁类粘合剂，并以使其纤维方向成为大致同一方向的方式层压。接着，将该层压物收纳在设于高压釜内的加压装置的框内。
向高压釜内导入高压水蒸气，并使高压釜内部成为110～120℃，之后，经过三十分钟后使加压装置动作，使层压物的厚度达到167mm。在将该状态持续一小时后，停止高压水蒸气的导入，在维持加压状态不变的情况下经三小时冷却到常温，从而得到厚度167mm、宽度110mm、长度500mm的块状层压体。
用锯将与该层压体的层压方向平行的两面切割，从而得到厚度5mm、宽度167mm、长度500mm以及厚度5mm、宽度167mm、长度约105mm的两片板状挠性层压木质材料。
如图6所示，这些挠性层压木质材料能够简单地被弯曲，而且能够恢复到原来的平板状。
(实施例2)
对本发明得到的挠性层压木质材料进行了弯曲试验。
试验片为A、B、C三种。
试验片A采用厚度20mm的杉木板，在90℃下对其加热60分钟而使其软化后进行压缩，进一步在90℃下加热60分钟而得到，压实度为67％。
试验片B采用同样的杉木板，在90℃下对其加热60分钟而使其软化后进行压缩，并且在90℃下加热30分钟后稍微减轻压缩力而减少压缩量，进一步在120℃下加热30分钟而得到，压实度为53％。该试验片B基于上述日本特开2006-305842号公报中的公开方法而得到。
试验片C采用厚度20mm的杉木板，在90℃下对其加热60分钟而使其软化后进行压缩，进一步在120℃下加热60分钟而得到，压实度为67％。
试验片的尺寸均设为厚度19～20mm、宽度19～20mm、长度360～370mm。
弯曲试验基于JIS Z2101“木材的试验方法”中的木材的三点弯曲试验而进行，设跨度为280mm。
载荷在试验片的跨距间的中央位置施加朝下的负载，并测量了中央位置的变形量。为了确认第一次的载荷和之后的重复载荷的影响，施加了两次载荷。第一次是在保持切出试验片的状态下实施，第二次是在对结束第一次试验后的试验片由手进行五个来回(一个来回包括正弯曲和负弯曲)的弯曲及弯曲恢复处理后实施了载荷。
将结果表示在图12中。在图12及表1中，试验片A(2)等的(2)表示实施第二次载荷的结果。
关于压实处理，相比在120℃下的处理，在90℃下进行处理而得到的刚性小，变得容易弯曲。关于试验片B，表示与试验片C同样的弯曲特性。
另外，通过施加第二次载荷而得到的结果为，所有试验片都是共通的，与第一次载荷时的情况相比，刚性下降。
在表1中表示弯曲杨氏模量的结果。杨氏模量值为从相距原点的值。在比例部分(在此载荷质量为300g)中，试验片A、B、C在第一次的载荷下，分别为29.2N/mm2、59.1N/mm2、62.4N/mm2，在第二次的载荷下，为16.9N/mm2、25.0N/mm2、31.9N/mm2，试验片A为试验片B、C的约1/2。
由于杉木板的弯曲杨氏模量为6860N/mm2，因此试验片A的杨氏模量在第一次约为该弯曲杨氏模量的1/235，在第二次约为该弯曲杨氏模量的1/406，变得非常小。
表1
Figure A20088000231800091
工业实用性
根据本发明，能够有效地利用间伐木材等以往废弃的木质材料，得到可进行较大弹性变形的挠性层压木质材料。因此，本发明在工业上非常有用。
本申请以于2007年1月19日在日本申请的特愿2007-010038号为基础主张优先权，在此引用其内容。

Claims (4)

1.一种挠性层压木质材料的制造方法，在多个木质材料的表面上涂布粘合剂，并在以使其纤维方向成为大致同一方向的方式将这些木质材料层压的状态下进行加热，同时沿层压方向压缩而使层压厚度达到原厚度的1/2～1/5，在保持该压缩状态下进行冷却，将得到的层压物沿层压方向平行地切割。
2.如权利要求1所述的挠性层压木质材料的制造方法，其中，加热温度为60～100℃。
3.如权利要求1所述的挠性层压木质材料的制造方法，其中，加热温度超过100℃且为140℃以下。
4.如权利要求1所述的挠性层压木质材料的制造方法，其中，所述粘合剂为加热时不硬化的粘合剂。
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