CN101745947A - 一种竹木复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防腐竹木复合板材及其制备方法，防腐竹木复合板材的制备方法包括：首先制备防腐竹条和热处理木材；接着将防腐竹条、热处理木材分别组坯、压制成防腐竹材、热处理板材；然后将防腐竹材与热处理板材组坯、热压即得。本发明方法制备的竹木复合板材具有优异的防腐性能，达到国家标准GB/T13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的强耐腐等级；极高的表面耐磨性能，力学强度高，达到GB/T 18103-2000《实木复合地板》国家标准。

Description

一种竹木复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种木材与其他材料结合形成的制品及其制备方法，尤其涉及一种木制胶合板及其制备方法。

背景技术

我国是森林资源贫乏国家，尤其是我国经济进入高速发展阶段，对于木材的需求日益增大，森林资源过度使用，森林总面积锐减以及天然林保护工程的实施，木材供需矛盾加剧。竹材具有生长快、成材早、强度高、韧性好、硬度大等优点，是工程结构材的理想原料，在许多领域可以替代木材。因此，开发利用竹资源是缓解木材供需矛盾的有效途径之一。

竹子由于生长速度较快，采用竹材料制成的地板越来越成为重要的木地板替代品。目前有的竹地板完全采用竹材料制成，即由竹丝或竹片或竹丝与竹片的混合物经浸胶、混合、装模，再经高压压制而形成的材料所制成地板，也有的竹地板采用竹条拼接而成，虽然这种全竹质的地板强度大、硬度高、使用寿命长且具有近似实木底板的外观，但是这种竹地板的脚感偏硬，并且，如果对竹材料的水分控制不好，在制造过程中和制成后，地板都有可能发生弯曲变形的现象。另外还有的竹地板上层采用重竹材料，下层采用竹条拼接而成，这种地板在强度、硬度、使用寿命等方面有较大改善，但由于上下层材料性质不同，也容易发生地板弯曲变形的现象。

竹木复合板材可以合理地发挥竹材和木材各自的优良特性，获得既节约木材资源，又保证材料强度和外观质量的双重效果竹木复合材料与纯竹材人造板相比，更具有结构和性能的可设计性，作为工程结构材料，竹木复合材料的前景广阔也为人工林速生材和竹材的工业化利用和深加工开辟了新的途径，拓宽了应用范围。因此开展以竹材和人工林木材为主要原料的竹木复合材料的研究工作较多，国内的主要研究如下：

公告号为CN1912311的中国发明专利公开了一种竹木复合地板，该复合地板包括表层板、底层板、中间层板，所述表层板和底层板采用重竹材料，所述中间层板采用木材，相邻层的纤维取向交叉，表层板和底层板的纤维取向一致。所述的重竹材料为由竹丝或竹片或竹丝与竹片的混合物经浸胶、混合、装模，再经高压压制而形成的材料。

公开号为CN101066595的发明专利申请公开了一种竹木复合地板的生产方法，该方法包括如下步骤：(1)选材断料；(2)开条粗铣；(3)高温蒸煮碳化或漂白；(4)恒温烘干；(5)干铣分片；(6)实木板加工方法；(7)施胶拼板；(8)热压成型；(9)竹木复合地板成型；(10)砂磨；(11)油漆。

公开号为CN1788950的发明专利申请公开了一种对竹材和木材进行加工利用的方法，该竹材重组强化成型材的方法，是将竹材去青、木材去皮，经机械碾压成竹质和木质坯片，坯片经热处理、干燥、上胶、陈化、复合组坯装模，坯片的含胶量为3-5％，后经高温热压固化成型材。

公告号为CN1803416的发明专利公开了一种竹木复合层状性能材料的生产方法，该方法的工艺流程为：竹木粗加工、拼接、精加工、施胶、组坯、成型、后期处理后即成。该生产方法制得的竹木复合层状性能材料，由上至下竹木层的排列次序是硬木质板的面层、至少一层软木质板的芯层、竹质板的底层，各层之间有纤维质缓冲层。

公告号为CN2261329专利申请公开了一种以竹片为面层材料，用马尾松或其它小径级树种的间伐材或枝桠材加工成的薄木板为芯层材料所制成的竹木复合层积材，在两层面板和多层芯板基本上按同一纤维方向纵向排列组坯；在竹片和薄木板、薄木板和薄木板之间再加入一张双面涂胶的木质旋切薄单板。

上述竹木复合板材主要是将竹材和木材简单的组坯、胶合热压而成，制成的复合板材的尺寸稳定性差，防腐效果差，从而导致产品质量下降，使用寿命降低，限制了竹木复合板材的加工利用。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术存在的问题，提供一种耐腐性能优异、表面强度大、耐磨、耐压性好，抗变形性强的室外防腐竹木复合板材。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种防腐竹木复合板材的制备方法，包括：首先制备防腐竹条和热处理木材；接着将防腐竹条、热处理木材分别进行组坯、压制成防腐竹材、热处理板材；然后将防腐竹材与热处理板材组坯、热压即得。

其中，所述热处理木材按照如下顺序进行的步骤制备：首先对木材进行干燥处理，干燥至木材恒重，制得干燥木材；然后对干燥木材在真空状态下进行热处理。

其中，所述热处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，优选为-0.07～-0.096MPa，温度为160-240℃，优选为180-240℃；处理时间为2-10h。

特别是，所述的干燥处理的温度为50-100℃。

尤其是，采用梯度升温方式进行所述的干燥处理，干燥处理过程中起始温度为50℃，然后梯度升温至100℃，其中，每10℃为一个升温梯度，每个梯度干燥温度干燥0.5～4天。

其中，还包括对干燥木材进行真空状态下的预热处理，然后再升温进行所述的热处理，其中预热处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，优选为-0.07～-0.096MPa，温度为120-130℃，预热处理时间为20-30min。

特别是，还包括对热处理木材进行调湿处理，制得调湿热处理木材，其中调湿处理过程中相对湿度为10-15％，温度为80-100℃。

其中，所述的调湿热处理木材的含水率≤10％，优选为6-10％。

其中，所述的防腐竹条按照如下顺序进行的步骤制备：首先对放入密闭的容器内的竹条进行抽真空处理，接着导入防腐剂，然后对竹条进行加压渍浸处理，竹条吸收防腐剂即得。

特别是，所述竹条的抽真空处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，优选为-0.07～-0.096MPa，抽真空处理时间为1-5小时；所述竹条的加压浸渍处理的绝对压力为8-10atm(标准大气压)，即0.8-1MPa，加压时间为1-3小时。

其中，所述防腐剂选择季铵铜类防腐剂、铜唑类防腐剂或硼基类防腐剂。

特别是，所述的防腐剂的质量百分比浓度为0.5-3％，优选为0.5-2％。

特别是，所述的季铵铜类防腐剂选择ACQ-B、ACQ-C或ACQ-D，优选为ACQ-B；所述的铜唑类防腐剂选择CuAz-1、CuAz-2、CuAz-3或CuAz-4，优选为CuAz-1或CuAz-2。

其中，所述防腐竹材是所述的防腐竹条经径向涂胶，横向拼接、组坯后压制而成；所述热处理板材是热处理木材经径向涂胶，横向组坯后压制而成。

特别是，所述的防腐竹材的厚度为4-8mm；所述热处理板材的厚度为10-25mm。

其中，按照底层为防腐竹材，芯层为热处理板材，表层为防腐竹材的顺序组坯、然后热压制成防腐竹木复合板材。

特别是，所述组坯过程中所述底层和表层的防腐竹材的纤维方向平行，底层的防腐竹材、表层的防腐竹材的纤维方向与芯层热处理板材的纤维方向相互垂直。

其中，所述的竹材选用毛竹、刚竹、楠竹或淡竹；所述木材选用人工速生阔叶林木、针叶林木；

特别是，所述人工速生阔叶林木选择杨木、桉树木、橡胶木、泡桐木，所述人工速生针叶林木选择松木、杉木。

本发明又一方面提供一种按照上述方法制备而成的竹木复合板材。

本发明制备的防腐竹木复合板材具有如下优点：

1、本发明的防腐竹木复合板材是采用防腐竹板和热处理木板制备而成，表层和底层为防腐竹板，防腐竹板由采用先抽真空处理然后再进行加压处理的防腐竹条制得，真空加压处理使防腐剂渗入到竹材内部，使得竹材充分吸收防腐剂，达到设计载药量，防腐性能增强。

2、本发明的防腐竹木复合板材的芯层为高温热处理木材，具有良好的尺寸稳定性和耐腐性，竹木复合板材不易开裂，板材的胀缩率低，低于3％；

3、本发明防腐竹木复合板材的力学性能高，静曲强度高，达到40-60MPa；弹性模量大，达到4000-6000MPa；浸渍剥离率低，低于12％；耐磨性能高，达到优等耐磨级标准；本发明防腐竹木复合板材达到GB/T 18103-2000《实木复合地板》国家标准。

4、本发明防腐竹木复合板材的耐腐蚀性能增强，防腐效果明显，竹木复合板材的重量损失率低，均低于10％，达到国家标准GB/T 13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的A类别(强耐腐等级)的要求。

5、本发明防腐竹木复合板材的竹材表面硬度，拥有实木材料舒适的脚感，用于室外，具有防腐、防虫效果；还可以使用次小薪材，对环境友好，既节约大量木材，又为人工林速生材和竹材的工业化利用和深加工开辟了新的途径，拓宽了应用范围。

附图说明

附图1是本发明防腐复合板的结构示意图；

附图2是本发明防腐复合板的分解示意图。

附图标记说明：1.表层板；2.芯层板；3.底层板；11.表层板的纤维排列方向；22.芯层板的纤维排列方向；33.底层板的纤维排列方向。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体说明。

本发明以4年生的毛竹、刚竹、楠竹、淡竹等竹材原料，从竹材的2～4m处剖取竹材，刨去竹青、竹黄后放在室内气干至含水率为0-15％；将竹材加工成100mm×20mm×5mm的竹条；

以气干后阔叶林木、针叶林木为木材原料，锯切成木板，其中木板的含水率为0-15％，木板的厚度为10-30mm，其中，阔叶林木选择杨木、桉树木、橡胶木、泡桐木，针叶林木选择马尾松、杉木。

实施例1

1、制备防腐竹板

1)抽真空处理

将毛竹条放入密闭的浸渍罐内，并压以重物，接着对浸渍罐内的毛竹条进行抽真空处理，其中，毛竹条的含水率为12％，抽真空处理过程中的相对压力为-0.095MPa，抽真空处理时间为1小时(h)；

2)加压浸渍处理

在保持真空状态下向浸渍罐内导入ACQ-B防腐剂(即氨溶性季铵铜，季铵盐与铜盐复配制成的水溶性防腐剂)，待防腐剂完全淹没罐内的毛竹条后解除真空，然后利用空气压缩机使浸渍处理罐内的压力升高，对毛竹进行加压处理，其中，加压处理过程中的绝对压力保持为10atm(10个标准大气压)，处理时间为1h，防腐剂ACQ-B的质量百分比浓度为1％；

3)干燥处理

解除压力，取出毛竹条气干，得到防腐毛竹条，其中，防腐毛竹条的含水率为8％；

4)组坯、热压

将防腐毛竹条加工成规定的尺寸后，采用径向涂胶的方式对防腐毛竹条进行单面涂胶，陈化，在热压机上进行横向组坯，热压，制得防腐胶结竹板，其中，胶粘剂为酚醛树脂，涂胶量为200g/m²，陈化时间为10min，热压压力为2.0MPa，热压温度为140℃，热压时间为10min，胶结竹板的厚度为5mm。

2、制备热处理板材

1)木材干燥处理

将含水率为15％的桉木木材锯切成厚度为20mm的桉木木板后置于干燥箱内，进行低温梯度干燥，温度从50℃梯度升温到100℃，每个升温梯度为10℃，即梯度干燥的温度为50℃，60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，每个梯度干燥温度下干燥3天，干燥至木材恒重，制得干燥桉木木材；

2)木材热处理

将干燥木材置于真空高温热处理箱(东莞恒骏仪器设备有限公司)中，首先进行抽真空处理，保持真空高温热处理箱内的相对压力为-0.095MPa，接着加热至箱内温度为130℃，保持30min，进行预热处理，然后再继续升温至180℃进行热处理，在180℃下保持4h；

3)调湿处理

停止加热，降温至100℃时，向真空热处理箱内喷入温度为100℃的水蒸汽，进行喷蒸调湿处理，使箱内相对湿度达到10％，保持30min后，再降至常温(25℃)后出料，制得调湿热处理桉木，调湿热处理桉木的含水率为8％；

4)组坯、冷压

将热处理桉木加工成规定的尺寸，径向单面涂胶、横向拼接组坯后，在冷压机上进行冷压压制，制得热处理桉木木板，其中，胶粘剂为聚乙酸乙烯酯乳液，涂胶量为180g/m²，冷压压力为2.0MPa，冷压温度为室温，冷压时间为2h。

本发明使用的胶粘剂不限于所述的聚乙酸乙烯酯乳液，工厂普遍采用的各种白乳胶也都适用。

3、制备复合板

1)组坯

首先对防腐胶结竹板采用酚醛树脂胶进行单面涂胶，然后如图1、2所示，按照底层为胶结竹板(底层板3)，芯层为热处理桉木木板(芯层板2)、表层为胶结竹板(表层板1)的顺序进行组坯，得到竹木混合板坯，其中，酚醛树脂的涂胶量为300g/m²；如图2所示，表层的防腐胶结竹板的纤维方向11和底层的防腐胶结竹板的纤维方向33平行，表层、底层胶结竹板的纤维方向与芯层热处理桉木木板的纤维方向22相垂直；

2)陈化、热压成型

将组坯完成后的竹木混合板坯陈化10min后，送入热压机内进行热压，冷却后出料，即制得防腐竹木复合板材。其中，热压温度为120℃，热压压力为2MPa，热压时间为10分钟。

按照国家标准GB/T 18103-2000《实木复合地板》，检测本实施例制备的防腐复合板材的质量性能指标，检测结果见表1。

实施例2

除了制备防腐竹板过程中的加压处理步骤采用质量的防腐剂为百分比浓度为0.5％的CuAz-2(即铜唑-2型防腐剂，主要成分为铜、戊唑醇、氨水)；组坯、热压步骤中的陈化时间为10min，热压压力为2MPa，热压时间为15min，热压温度为140℃；

制备热处理木板过程中木材热处理步骤的相对压力为-0.07MPa，热处理温度为240℃，热处理时间是10h；调湿处理步骤中通入120℃的水蒸气，使箱内相对湿度为15％，制得的调湿热处理桉木木板的含水率为10％，厚度为20mm；

制备竹木复合板过程中陈化时间为10min，热压压力为2MPa，热压时间为15min，热压温度为140℃之外，其余与实施例1相同。

按照国家标准GB/T 18103-2000《实木复合地板》，检测本实施例制备的防腐复合板材的质量性能指标，检测结果见表1。

实施例3

除了制备防腐竹板过程中采用楠竹竹条，抽真空处理步骤中罐内相对压力为-0.08MPa，抽真空处理时间为3h；加压处理步骤中的防腐剂为质量百分比浓度为2.0％的CuAz-1(即铜唑-1型防腐剂，主要成分为铜、硼酸、戊唑醇)，加压处理的绝对压力保持为8atm，处理时间为3h；组坯、热压步骤中的陈化时间为5min，热压压力为3MPa，热压时间为20min，热压温度为80℃；

制备热处理木板过程中采用杉木木板，木材干燥处理步骤中杉木木材从50℃梯度升温干燥至100℃，干燥至恒重；木材热处理步骤的相对压力为-0.08MPa，预热处理的温度为125℃，预热处理时间是30min；热处理温度为220℃，热处理时间是8h；调湿处理步骤中降温至80℃后通入水蒸气，使箱内相对湿度为15％，制得调湿热处理杉木木板的含水率为10％，厚度为20mm；

制备竹木复合板过程中底层和表层为防腐楠竹板，芯层为热处理杉木木板，陈化时间为10min，热压压力为3MPa，热压时间为20min，热压温度为80℃之外，其余与实施例1相同。

按照国家标准GB/T 18103-2000《实木复合地板》，检测本实施例制备的防腐复合板材的质量性能指标，检测结果见表1。

实施例4

除了制备防腐竹板过程中采用淡竹，抽真空处理步骤中罐内相对压力为-0.07MPa，抽真空处理时间为5h；加压处理步骤中的防腐剂为质量百分比浓度为3.0％的ACQ-B(即氨溶性季铵铜，季铵盐与铜盐复配制成的水溶性防腐剂，主要成分是氧化铜、DDAC)，罐内绝对压力保持为9atm，加压处理时间为2h；

制备热处理木材过程中采用马尾松木板，木材干燥处理步骤中马尾松木材从50℃梯度升温干燥至100℃，干燥至恒重；木材热处理步骤的相对压力为-0.09MPa，预热处理的温度为130℃，预热处理时间是20min；热处理温度为200℃，热处理时间是6h；制得的调湿热处理马尾松木板条的含水率为6％，厚度为20mm；

制备竹木复合板过程中，表层和底层为防腐淡竹板，芯层为热处理马尾松木板之外，其余与实施例1相同；

按照国家标准GB/T 18103-2000《实木复合地板》，检测本实施例制备的防腐复合板材的质量性能指标，检测结果见表1。

表1防腐复合板材的质量性能检测结果

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					静曲强度(MPa)	45	41	50	52
弹性模量(MPa)	4000	4600	4900	5300
					含水率(％)	10	12	8	8
甲醛释放量(mg/100g)	9	8	8	9
					浸渍剥离率	11	12	9	9
湿胀率(％)	2.6	1.8	2.2	2.5
					耐磨性	优	优	优	优

检测结果表明：

1、本发明方法制备的防腐竹木复合板材尺寸稳定，不易变形开裂，复合板材的湿胀率低，低于2.6％；

2、本发明方法制备的防腐复合板材的力学性能好，静曲强度≥41MPa；弹性模量≥4000MPa；浸渍剥离率≤12％。

3、本发明方法制备的防腐复合板材达到GB/T 18103-2000《实木复合地板》国家标准。

试验例 防腐试验

参照国家标准GB/T 13942.1-92“木材天然耐腐性实验室试验方法”进行竹木复合板材的防腐试验。

分别取实施例1-4制备的竹木复合板材作为防腐试验的试件，并将试件锯解成尺寸为20mm×20mm×5mm(长×宽×厚)的试样，将试样在(100±5)℃烘箱中烘至恒重，称重后进行耐腐实验。

试验用菌种：①白腐菌：用彩绒革盖菌(Coriolus versicolor(L.ex Fr.)Quel)(简称C.V)②褐腐菌：用密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum(Pers.ex Fr.)Murr)(简称G..T)。

将准备好的试样，在无菌条件下放在菌丝上(纹理方向垂直于菌丝)，每个装有培养菌的广口三角瓶中放3块。将三角瓶置于培菌室进行受菌侵染3个月。

将经过3个月的受菌试样取出，轻轻刮去表面菌丝和杂质，在100±5℃烘箱中烘至恒重，称重，并计算重量损失率L(以百分数计，％)。

试样重量损失率(％)＝(T₀-T₁)/T₀×100

式中：T₀-试验前试样的绝干重量；T₁-试验后试样的绝干重量。

试验结果如表2所示。

表2防腐木材重量损失检测结果：

试验结果表明：本发明方法制备的竹木复合板材的防腐效果显著，耐腐蚀性能增强，木材的重量损失率低，均低于10％，达到国家标准GB/T 13942.1-1992《木材天然耐久性试验方法木材天然耐腐性实验室试验方法》中所规定的A类别(强耐腐等级)的要求。

Claims (10)

1.一种竹木复合板材的制备方法，包括：首先制备防腐竹条和热处理木材；接着将防腐竹条、热处理木材分别进行组坯、压制成防腐竹材、热处理板材；然后将防腐竹材与热处理板材组坯、热压即得。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是所述热处理木材按照如下顺序进行的步骤制备：首先对木材进行干燥处理，干燥至恒重，制得干燥木材；然后对干燥木材在真空状态下进行热处理。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的热处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，温度为160-240℃，处理时间为2-10h。

4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征是还包括在进行所述的热处理前对干燥木材进行真空状态下的预热处理，其中预热处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，温度为120-130℃，预热时间为20-30min。

5.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征是还包括对热处理后的木材进行调湿处理，其中调湿处理过程中相对湿度为10-15％，温度为80-100℃。

6.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的防腐竹条按照如下顺序进行的步骤制备而成：首先对放入密闭的容器内的竹条进行抽真空处理，接着导入防腐剂，然后对竹条进行加压渍浸处理，竹条吸收防腐剂即得。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是所述抽真空处理的相对压力为-0.07～-0.1MPa，抽真空处理时间为1-5h。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征是所述加压浸渍处理的绝对压力为8-10atm，加压时间为1-3h。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征是所述防腐剂选择季铵铜类防腐剂、铜唑类防腐剂或硼基类防腐剂。

10.一种竹木复合板材，其特征是按照如权利要求1-9任一所述方法制备而成。

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