CN102001114B

CN102001114B - 一种弧形单板层积结构材的制造方法

Info

Publication number: CN102001114B
Application number: CN2010102870256A
Authority: CN
Inventors: 徐信武; 汪存栋
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: CN102001114A

Abstract

本发明属于木材加工领域，公开了一种弧形单板层积结构材的制造方法。该方法是将若干层单板按下列条件顺纹平行组坯、胶合、热压而成：a.各单板幅面尺寸相同、含水率低于纤维饱和点；b.平行组坯时所有单板的松边、紧边或正面、反面方向保持一致；c.单板的含水率、厚度、密度中一种或多种参数逐层递增或递减。该方法不使用模具，直接采用常规平面热压机，节约了生产成本，缩短了生产周期。制品的弯曲源于层积结构材自身的性质，与外界力的作用无关，不存在严重回弹的问题，实现了层积结构材的持久弯曲。

Description

一种弧形单板层积结构材的制造方法

技术领域

本发明属于木材加工领域，涉及一种弧形单板层积结构材的制造方法。

背景技术

在诸多应用领域，需要将木材或木材制品制成异型(即非平面形状)，以满足使用功能的要求。例如：椅背、电缆盘板、圆形柱梁等，需要借助外来作用，将材料弯曲成需要的弧度，达到设计的弯曲要求。

制品的弯曲程度，可以用“弯曲度W”(分为“瞬时弯曲度W₁”和“永久弯曲度W₂”)来定量描述。以单板层积结构材为例(见图1)。图1a是采用平压法制成的平面制品，图1b是制品刚完成弯曲加工后的状态(即：瞬时弯曲)，而图1c是制品在使用场合经历较长时间后发生回弹但不再继续恢复、永久保持的状态(永久弯曲)。弯曲度W可以用图1所示的弦高H与弦长L的比值来描述(W＝H/L)，相应的，图1b称为“瞬时弯曲度W₁”(W₁＝H₁/L₁)，图1c称为“永久弯曲度W₂”(W₂＝H₂/L₂)。

在传统的木材工业中，实现木材制品异型化采用的方法为模压，即针对目标产品外形和尺寸，预先制模，再把模具安装到压机上，将本为平面形状的木材、单板等材料强行压制成一定弧度或形状的制品。采用这种工艺，目前在木材异型制品工业领域占有统治地位。该方法的不足之处在于：

(1)制模成本高。需要根据目标产品的外形和尺寸变化，及时调整模具的弧度和尺寸，实现“一品一模”。特别是采用钢模时，成本过高，转嫁到消费者则产品售价抬高；采用木模，则模具损耗频率过高，需要备用大量的模具。而设计模具本身也带来了设计成本。

(2)制品回弹严重。这是模压工艺最根本的“死穴”。木材是弹、塑二性体，如果热压温度偏低、热压时间偏短，木材尚出于弹性阶段，则制品坯撤出压机后，将立即发生形状回弹；为了降低回弹率，需要采用高热压温度、长热压周期的工艺，又带来了能耗高、木材炭化等缺陷。更严重的是，由于木材是典型的“湿胀干缩”材料，当环境中湿度较高时，会主动吸湿，发生膨胀；当环境中湿度较低时，会被动释放水分，发生干缩，而“湿胀干缩”就会在制品内部产生应力，导致制品变形。因此，即使采用高温、高压、长时的模压工艺，当木制品在使用环境中发生吸湿后，仍然会发生膨胀、形状恢复的现象，导致制品部分或全部丧失使用功能。

结合图1说明上述现象：采用模压工艺，制品经历了“平面坯(a)→瞬时弯曲(b)→永久弯曲(c)→……→(有恢复至平面形状a的趋势)”过程，这个过程，只要采用模压，本质上是不可避免的。然而，对于生产而言，需要撤出压机的制品就达到设计的弯曲度，而且不再发生回弹，换言之，“瞬时弯曲(b)＝永久弯曲(c)”。

目前国内外单板加工的两种主要方式是旋切和刨切，相应加工的单板称之为旋切单板和刨切单板。旋切单板可达到一定的厚度，一般用于生产胶合板和单板层积材(LVL)；而刨切单板一般很薄，可覆贴在刨花板、中密度纤维板和胶合板等板材的表面上使用。制造单板层积材，采用厚单板对于生产工艺和降低成本都是有利的。由于单板厚度的加大，可减少单板的层数，从而减少了单板的涂胶量，减少了环境污染。另外，预压、热压、组坯等的时间大大减少，提高了生产率。

针对上述问题，本发明提出一种从根本上解决模压回弹问题的新方法，用于生产弧形单板层积结构材。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种弧形单板层积结构材的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种弧形单板层积结构材的制造方法，该方法是将若干层单板按下列条件顺纹平行组坯、胶合、热压而成：

a.各单板幅面尺寸相同、含水率低于纤维饱和点；

b.平行组坯时所有单板的松边、紧边或正面、反面方向保持一致；

c.单板的含水率、厚度、密度中一种或多种参数逐层递增或递减。

所述的制造方法，其中单板为旋切单板。

所述的制造方法，其中单板的层数为3～8层。

所述的制造方法，其中纤维饱和点指含水率为28～32wt％。

所述的制造方法，其中各参数逐层递增或递减的幅度：含水率按1～4wt％幅度递增或递减，厚度按1～4mm的幅度递增或递减，密度按0.1～0.3g/cm³幅度递增或递减。

所述的制造方法，其中各参数逐层递增或递减时单一参数递增或递减的幅度保持一致。

所述的制造方法，其中多参数递增或递减时各参数递增或递减的方向保持一致。

所述的制造方法，其中密度参数变化时，采用同一种木材的相邻层单板密度可以保持一致，采用不同种木材的相邻层单板密度逐层递增或递减。

所述的制造方法，其中胶合时采用脲醛树脂胶粘剂。

所述的制造方法，其中热压参数为：温度105～110℃，时间0.5-1min/mm厚度(组坯后的厚度)，压力0.9～1.5MPa。

纤维饱和点是指木材细胞壁充满水但细胞腔和细胞间隙内没有水时木材的含水率。所有木材的纤维饱和点大致相同，在28～32wt％范围内，一般取为30wt％。

本发明的有益效果：

(1)本发明不使用模具，直接采用常规平面热压机，摒弃了模具设计和制造程序，节约了生产成本，缩短了生产周期。

(2)制品的弯曲源于层积结构材自身的性质，与外界力的作用无关，因此，不存在严重回弹的问题，实现了层积结构材的持久弯曲。

附图说明

图1层积结构材弯曲及回弹过程示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。

一般性说明：

单板层积结构材采用原木，旋切成一定厚度的单板(旋切时，单板的松边或反面指向原木木心，而单板的紧边或正面朝外)，单板干燥后的含水率低于纤维饱和点(纤维饱和点的含水率在28～32wt％范围，一般取为30wt％。木材特性：当含水率高于纤维板饱和点时，形状和尺寸不随含水率变化而变化；当含水率低于纤维板饱和点时，形状和尺寸随含水率升高而膨胀、降低而干缩)，再根据目标产品的幅面尺寸剪切或拼接成整张单板，涂布胶粘剂后，顺纹理平行组坯，进入热压机压制成型。

在热压过程结束后，产品的含水率会显著降低，导致各层单板发生“干缩”现象。本发明根据木材的“干缩湿胀”特性，提出了单板层积结构材内层间含水率差异、或(和)厚度差异、或(和)密度差异，实现热压机平面热压后产品的自然弯曲变形，达到设计的弧度要求。这种变形，是木材恢复自然形状的内在要求，毋需模具、不受外力影响，也不会发生严重回弹现象(实际上，本发明正是利用木材的“回弹”要求，实现了木材的持久弯曲)。

实施例1：利用含水率差异生产电缆盘板用弧形单板层积结构材

采用意杨(Populus euramevicana cv.)旋切单板，厚度均为4mm，幅面600mm×600mm，涂布脲醛树脂胶粘剂200g/m²。5层单板顺纹平行组坯，所有单板的松边(或：反面)均朝向产品的底层方向，表层含水率12％，向底层逐步递增1％，即：12％→13％→14％→15％→16％(注：均低于纤维饱和点)。采用常规平面热压机，在110℃(常规热压温度)下热压10min(周期短)，压力1.0MPa(常规压力)，制成五层单板层积结构材。取出压机后，产品立即弯曲成弧形单板层积结构材，其中原表层(初含水率12％)在外侧，而原底层(初含水率16％)在内侧，弯曲度达到0.38，呈显著的弧形。

实施例2：利用厚度差异生产弧形单板层积结构材

采用意杨(Populus euramevicana cv.)旋切单板，幅面600mm×600mm，涂布脲醛树脂胶粘剂200g/m²。5层单板中，含水率都为15％，但厚度由表层向底层逐步递增1.0mm，即：2mm→3mm→4mm→5mm→6mm，而且所有单板的松边(或：反面)均朝向产品的底层方向顺纹平行组坯。采用常规平面热压机，在110℃(常规热压温度)下热压10min(周期短)，压力1.0MPa(常规压力)，制成五层单板层积结构材。取出压机后，产品立即弯曲成弧形单板层积结构材，其中原表层(2mm)在外侧，而原底层(6mm)在内侧，弯曲度达到0.35，呈显著的弧形。

实施例3：组合密度差异、含水率差异生产弧形单板层积结构材

采用意杨(Populus euramevicana cv.)和马尾松(Pinus massoniana)旋切单板混合。其中，马尾松比意杨高0.1～0.2g/cm³。所有单板厚度均为4mm，幅面600mm×600mm，涂布脲醛树脂胶粘剂200g/m²。5层单板顺纹平行组坯，结构如下(由表及底)：意杨(16％，含水率，下同)→意杨(15％)→意杨(14％)→马尾松(13％)→马尾松(12％)，所有单板的松边(或：反面)均朝向产品的表层方向。采用常规平面热压机，在110℃(常规热压温度)下热压10min(周期短)，压力1.0MPa(常规压力)，制成五层单板层积结构材。取出压机后，产品立即弯曲成弧形单板层积结构材，其中原表层(意杨，16％)在内侧，而原底层(马尾松，12％)在外侧，弯曲度达到0.51，近乎半圆形。

实施例4：组合含水率、厚度差异生产弧形单板层积结构材

采用意杨(Populus euramevicana cv.)旋切单板，幅面600mm×600mm，涂布脲醛树脂胶粘剂200g/m²。5层单板顺纹平行组坯，由表层向底层方向，含水率变化为12％→14％→14％→14％→16％，厚度变化为2mm→3mm→4mm→5mm→6mm(松边均朝向产品的底层方向)。采用常规平面热压机，在110℃(常规热压温度)下热压10min(周期短)，压力1.0MPa(常规压力)，制成五层单板层积结构材。取出压机后，产品立即弯曲成弧形单板层积结构材，其中原表层(2mm)在外侧，而原底层(6mm)在内侧，弯曲度达到0.55，超过半圆形。

Claims

1.一种弧形单板层积结构材的制造方法，其特征在于该方法是将若干层单板按下列条件顺纹平行组坯、胶合、热压而成：

a.各单板幅面尺寸相同、含水率低于纤维饱和点；

c.单板的含水率、厚度、密度中一种或多种参数逐层递增或递减；

其中：各参数逐层递增或递减的幅度：含水率按1～4wt％幅度递增或递减，厚度按1～4mm的幅度递增或递减，密度按0.1～0.3g/cm³幅度递增或递减。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述单板为旋切单板。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于单板的层数为3～8层。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于纤维饱和点指含水率为28～32wt％。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于各参数逐层递增或递减时单一参数递增或递减的幅度保持一致。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于多参数递增或递减时各参数递增或递减的方向保持一致。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于密度参数变化时，采用同一种木材的相邻层单板密度保持一致，采用不同种木材的相邻层单板密度逐层递增或递减。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于胶合时采用脲醛树脂胶粘剂。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于热压参数为：温度105～110℃，时间0.5-1min/mm厚度，压力0.9～1.5MPa。