CN102765111A - 木材与竹材展开厚单板聚集层积材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以速生木材和毛竹为原材料的木材与竹材展开厚单板聚集层积材及其制备方法。本发明的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，包括至少三层的奇数层的木材层积单板和竹材展开厚单板交替分层叠加，并通过粘胶剂粘合压制成为一个整合体，其面层和底层均为木材层积单板；每层单板是全部顺纹纵向排列形式或是纵横交错排列形式。本发明的竹材展开厚单板是由原态弧形竹块展开制成的等厚不等宽的梯形状展开竹板单元体，两两进行调头对应，顺纹拼板形成的。本发明简化了生产工艺，降低了生产成本，控制了单位产品原材料消耗量，充分发挥了木竹材料性能优势，提高了木竹复合材料的力学性能，扩大了其使用范畴。

Description

木材与竹材展开厚单板聚集层积材及其制备方法

技术领域

本发明属于木、竹加工行业中的人造板材制造技术领域，具体涉及一种以速生木材和毛竹为原材料的木材与竹材展开厚单板聚集层积材及其制备方法。

背景技术

随着世界范围内森林资源减少，人们开始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。木、竹复合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，又保证材料的强度和外观质量的双重效果。木竹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，从竹材的利用效果看，前者比后者也更具优越性。因此，作为工程结构材料，木、竹聚集材料的前景广阔，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。而现有实现工业化生产的竹、木复合材料的竹材加工工艺方法，都是通过把竹材加工一定规格的竹条、竹篾、碾压成竹纤维束，这些方法损耗竹材原材料的50%，也严重损失了竹材的原力学特性，并且加工工序多、设备投资大、工费耗用大、原材料利用率低、能耗高、加工成本高、制备的材料力学性能得不到发挥，针对这种情况，有必要作进一步改进。

木单板层积板LVL是由旋切展开厚单板，以顺纹方式组坏，端部斜接、搭接或对接，然后经涂胶、热压等工序压制而成的高性能、高附加值、高强度结构材，其长度可不受生产方式的限制，具有工程性能均匀、强度高和规格灵活多变的特点，它优于实体材和胶合木。特别适用于大跨度的木结构，LVL旋切展开厚单板厚度较厚，一般均在2～10mm，单板是顺纹层积粘接的，是以代替锯材为目标的产品，强调的是产品纵向力学性能的加强，突出的是木材的各向异性。而胶合板则是相邻层单板相互垂直的原则组坯，是对天然材各向异性的改造，强调的是各向同性。LVL是采用速生小径材或林区间伐材生产，原料来源充足，符合国家产业政策。特别是自我国实施天然林保护工程以来，各地相继采取封山育林的措施，使我国木材供需矛盾更加突出。而单板层积材延生的意义在于小材大用，充分利用人工速生林及中、小径级原木，生产出高附加值产品，性能优于实体木材，特别适用于大跨度的建筑结构构件。

众所周知，竹子在构造上自根部至梢部的直径和壁厚都逐渐减小，较难使用薄木旋切技术得到竹质厚单板。但是利用原态竹材展开铣刨和拼联技术却可以得到完整的竹材展开厚单板。近年开发的竹材展开重组层集材是以原态竹材展开厚单板拼联的竹材为单元体，通过涂胶、组坯、热压等一系列工序制得的一种新型竹原人造板产品。制造时，这种制厚单板工艺，既消除了竹编胶合板繁锁的手工编席，也避免了竹材胶合板复杂的软化处理和加压展平等工序，简化和创新了制造竹材厚单板工艺。它创新的最大特点，依据毛竹的尖梢度特征和竹体厚度渐变的特点，制订原态竹材展开加工工艺，达到保存竹材的最大实体物存量，充分利用竹材，保持竹材原力学性能。

木层积材和竹层积材也各有它们的不足之处。竹层积材具有较高的物理力学性能，但密度偏高，握钉性差，横向结构强度较低，而纵向易破裂；木层积材虽然可加工性较好，但强度较低。因此，限制了这两类新型材料的应用范围和应用规模，木竹展开单板聚集层积材兼有木层积材和竹层积材的双重优点，既具有竹层积材优良的物理力学性能，纵向强度高，尺寸稳定性好，不开裂，材质均匀，长度、密度可根据需要任意控制，又具有木层积更好的可加工性，可方便地对其进行开榫、打眼、钉钉等加工处理。它的产生将有效地缓解我国木材资源紧张的问题，扩大速生人工木材和竹材的工业利用途径，极大地提升速生材和竹材的附加价值。它将广泛的用于地板、家具、台面板、车厢和集装箱地板、工程建筑结构材等领域。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有木层积材和竹层积材及竹（帘）木复合单板层积材各自的不足，以及现有竹材原材料利用率偏低和所存在的工艺缺陷等问题，提供一种最大化利用毛竹实体物量，减少切削量，保存毛竹竹材的原力学性能，更有效提高竹材加工利用率，提高木竹复合材料的力学性能，扩大使用范畴，简化生产工艺，降低生产成本，控制单位产品原材料消耗量，充分发挥木竹材料性能优势的木材与竹材展开厚单板聚集层积材。

本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该木材与竹材展开厚单板聚集层积材，它包括至少三层的奇数层的木材层积单板和竹材展开厚单板交替分层叠加，并通过粘胶剂粘合压制成为一个整合体，其面层和底层均为木材层积单板；每层单板是全部顺纹纵向排列形式或是纵横交错排列形式。

更具体地说，所述木材与竹材展开厚单板聚集层积材由三层或五层或七层或九层的木材层积单板和竹材展开厚单板交替分层叠加组成。

所述竹材展开厚单板是由沿竹材径向厚度相等、沿竹材纵向宽度不等的平面梯形状的展开竹板单元体顺纹拼板而成，其相邻两个展开竹板单元体的宽端和窄端交错排列，其相邻两个展开竹板单元体的竹青面和竹黄面上下交错排列；所述竹材展开厚单板通过斜接或搭接将单板纵向接长。

本发明的木材与竹材展开厚单板聚集层积材厚度为15~36mm，长度1200~2400mm，宽度为600~1200mm；木材层积单板厚度为2~3mm，竹材展开厚单板厚度为5~8mm。

本发明的第二个目的在于提供上述木材与竹材展开厚单板聚集层积材的制备方法，该方法包括如下顺序的步骤：

（1）准备木材层积单板：按木材常规加工方法旋切木材层积材厚单板或购置木材层积单板，并干燥到含水率10%以内；

（2）准备竹材展开厚单板：

（a）选竹材：选用四年竹龄以上的毛竹；

（b）裁料：将毛竹锯成规定长度的竹筒；

（c）纵剖竹筒：将竹筒纵向剖成两块弧形竹块；

（d）将弧形竹块用原态竹材多级密细辊剖展开铣刨装置加工成沿竹材径向厚度相等、沿竹材纵向宽度不等的平面梯形展开竹板单元体，展开竹板单元体的宽度是弧形竹块展平的自然宽度，一头宽一头窄，平面看是梯形；并分竹筒捆成小扎；

（e）将上一步所得展开竹板单元体高温软塑化热处理，并干燥到含水率10%以内；

（f）将干燥后的展开竹板单元体膨化即回炭处理；

（g）再将展开竹板单元体浸渍或涂布树脂胶，树脂胶采用环保改性酚醛树脂胶或脲醛树脂；

（h）将浸渍树脂胶的展开竹板单元体干燥，使含水率为12%±2；

（i）拼联展开竹板单元体：将展开竹板单元体纵向顺纹排列，每块单元体的窄端与宽端相配匹交递摆放，平面层一块竹青面、一块竹黄面交递排列，竹相邻两边靠紧，面上用多排胶线或胶带横向将各单元体拼联，形成整张化竹材展开厚单板；

（3）木材层积单板与竹材展开厚单板分层排板组坯：将处理后的木材层积单板和竹材展开厚单板，按奇数层次分布，木材层积单板和竹材展开厚单板全部顺纹纵向排列或是纵横交错排列，一层木材层积单板、一层竹材展开厚单板交递分布，面层和底层均为木材层积单板，如此叠压排板组坯；

当制造超长木材与竹材展开厚单板聚集层积材时，将木材层积单板和竹材展开厚单板分别进行斜接或搭接将单板接长，然后按上述方法排板组坯；

（4）热压成型：将上一步所得组坯采用环保改性酚醛树脂胶热压成型，热压温度为130~150℃，正压力为4.5Mpa~5Mpa，时间为1.0mm/min；

（5）裁剪：将成型板进行修边，齐头处理，加工成规格尺寸材。

本发明的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，是应用我国相对充足的资源速生材和竹材所制得的复合材料。本发明工艺中采用原态竹材辊剖展开工艺技术，制造出具有原竹抗拉抗压力学性能的、等厚平面梯形状的、保留竹材实体物竹纤维量最多的展开竹板单元体。相比传统工艺，竹材利率提高了40%，竹材利率达到85%。因此，可以极大地提高木材和竹材的利用率和应用范围，将有效缓解我国木材资源不足。木材与竹材展开厚单板聚集层积材兼故和发挥了木、竹材的各自优势，保持了材料的各向异性和纵向力学性能强的特征，增强了横向抗拉的物理特性，结构紧密，密度均匀，内应力小，不易变形，尺寸稳定性，使用性、二次加工性好。能广泛应用建筑装璜、家具板材以及集装箱、火车车厢、地板材、建筑构件板材。

通过检测，本发明的木材与竹材展开厚单板聚集层积材的弹性模量（MOE）在9.16～18.75GPa范围内，平均为15.22GPa；静曲强度（MOR）在86.11～185.34GPa范围内，平均为130.31MPa；吸水厚度膨胀率（TS）平均为2.41%。

附图说明

图1是本发明实施例原态弧形竹块的结构示意图。

图2是本发明实施例展开竹板单元体的结构示意图。

图3是本发明实施例竹材展开厚单板的结构示意图。

图4是本发明实施例3层木材与竹材展开厚单板聚集层积材的结构示意图。

图5是本发明实施例5层木材与竹材展开厚单板聚集层积材的结构示意图。

图6是本发明实施例7层木材与竹材展开厚单板聚集层积材的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图4、图5和图6，本实施例的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，由至少三层的奇数层的木材层积单板1和竹材展开厚单板2交替分层叠加，并通过粘胶剂粘合压制成为一个整合体。图4所示是由两层木材层积单板1和一层竹材展开厚单板2共三层单板交替叠加而成，图5所示是由三层木材层积单板1和二层竹材展开厚单板2共五层单板交替叠加而成，图6所示是由四层木材层积单板1和三层竹材展开厚单板2共七层单板交替叠加而成。从图中可见，其面层和底层均为木材层积单板1，每层单板是全部顺纹纵向排列形式。

参见图3，是本发明实施例竹材展开厚单板2的结构示意图。从图3中可见，竹材展开厚单板2是由沿竹材径向厚度相等、沿竹材纵向宽度不等的平面梯形状的展开竹板单元体3顺纹拼板而成，其相邻两个展开竹板单元体3的宽端和窄端交错排列，其相邻两个展开竹板单元体3的竹青面和竹黄面上下交错排列。参见图1和图2，是本发明实施例的原态弧形竹块和展开竹板单元体3的结构示意图，展开竹板单元体3是将原态弧形竹块展开制成的单板，展开竹板单元体3的厚度是一致的，而宽度是渐变的，一头宽另一头窄，保持了毛竹剖解后的自然宽度。

本发明的木材与竹材展开厚单板聚集层积材的厚度为15～36mm，长度为1200～2400mm，宽度为600～1200mm；木材层积单板的厚度为2～3mm，竹材展开厚单板的厚度为5～8mm。通过调整木材层积单板和竹材展开厚单板聚集层数和方式，可得到不同厚度尺寸，不同物理力学性能的木材与竹材展开单板聚集层积材产品。

本发明木材与竹材展开厚单板聚集层积材的制备工艺具体过程如下：

一、木材层积单板：按木材常规加工方法旋切层积材厚单板或购置木材厚单板，并干燥到含水率10%以内。

二、竹材展开厚单板：

（1）选竹材：用四年竹龄以上的毛竹；

（2）裁料：将毛竹锯成规定长度的竹筒；

（3）纵剖竹筒：将竹筒纵向剖成两块弧形竹块，如图1所示；

（4）将弧形竹块用“原态竹材多级密细辊剖展开铣刨装置”加工成等厚平面梯形展开竹板单元体。如图2所示，展开竹板单元体的宽度是弧形竹块展平的自然宽，一头窄一头宽，平面看是梯形。然后，分竹筒捆成小扎。

（5）将上一步所得展开竹板单元体高温软塑化热处理，并干燥到含水率10%以内。

（6）将干燥后的展开竹板单元体膨化（回炭）处理。

（7）将展开竹板单元体浸渍或涂布树脂胶，树脂胶采用环保改性酚醛树脂胶或脲醛树脂。

（8）将浸渍树脂胶的展开竹板单元体干燥，使含水率为12%±2。

（9）拼联竹材展开厚单板：将展开竹板单元体纵向顺纹排列，展开竹板单元体的窄端与宽端相配匹交递摆放，平面层一块竹青面、一块竹黄面交递排列，竹相邻两边靠紧，面上用多排胶线或胶带横向将各单板拼联，形成整张化竹材展开厚单板，如图3所示。

三、木材层积单板、竹材展开厚单板分层排板组坯：将上述处理后的木材层积单板、竹材展开厚单板，按奇数层次分布，木、竹顺纹排列，一层木材层积单板，一层竹材展开厚单板交递分布，面层和底层均为木材层积单板，如图4、图5、图6所示的组坯方式。

若制造超长木材与竹材展开厚单板聚集层积材，可将木材层积单板、竹材展开厚单板进行斜接或搭接将单板接长，然后按上述方法排板组坏，再热压成型。

四、热压成型：采用环保改性酚醛树脂胶热压成型，热压温度为130~150℃，正压力为4.5Mpa~5Mpa，时间为1.0mm/min。

五、裁剪：将成型板进行修边，齐头处理，加工成规格尺寸材。

Claims (5)

1.一种木材与竹材展开厚单板聚集层积材，其特征在于：它包括至少三层的奇数层的木材层积单板和竹材展开厚单板交替分层叠加，并通过粘胶剂粘合压制成为一个整合体，其面层和底层均为木材层积单板；每层单板是全部顺纹纵向排列形式或是纵横交错排列形式。

2.根据权利要求1所述的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，其特征在于：它由三层或五层或七层或九层的木材层积单板和竹材展开厚单板交替分层叠加组成。

3.根据权利要求1或2所述的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，其特征在于：所述竹材展开厚单板是由沿竹材径向厚度相等、沿竹材纵向宽度不等的平面梯形状的展开竹板单元体顺纹拼板而成，其相邻两个展开竹板单元体的宽端和窄端交错排列，其相邻两个展开竹板单元体的竹青面和竹黄面上下交错排列；所述竹材展开厚单板通过斜接或搭接将单板纵向接长。

4.根据权利要求3所述的木材与竹材展开厚单板聚集层积材，其特征在于：木材与竹材展开厚单板聚集层积材厚度为15~36mm，长度1200~2400mm，宽度为600~1200mm；木材层积单板厚度为2~3mm，竹材展开厚单板厚度为5~8mm。

5.一种如权利要求1所述木材与竹材展开厚单板聚集层积材的制备方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

（1）准备木材层积单板：按木材常规加工方法旋切木材层积材厚单板或购置木材层积单板，并干燥到含水率10%以内；

（2）准备竹材展开厚单板：

（a）选竹材：选用四年竹龄以上的毛竹；

（b）裁料：将毛竹锯成规定长度的竹筒；

（c）纵剖竹筒：将竹筒纵向剖成两块弧形竹块；

（d）将弧形竹块用原态竹材多级密细辊剖展开铣刨装置加工成沿竹材径向厚度相等、沿竹材纵向宽度不等的平面梯形展开竹板单元体，展开竹板单元体的宽度是弧形竹块展平的自然宽度，一头宽一头窄，平面看是梯形；并分竹筒捆成小扎；

（e）将上一步所得展开竹板单元体高温软塑化热处理，并干燥到含水率10%以内；

（f）将干燥后的展开竹板单元体膨化即回炭处理；

（g）再将展开竹板单元体浸渍或涂布树脂胶，树脂胶采用环保改性酚醛树脂胶或脲醛树脂；

（h）将浸渍树脂胶的展开竹板单元体干燥，使含水率为12%±2；

（i）拼联展开竹板单元体：将展开竹板单元体纵向顺纹排列，每块单元体的窄端与宽端相配匹交递摆放，平面层一块竹青面、一块竹黄面交递排列，竹相邻两边靠紧，面上用多排胶线或胶带横向将各单元体拼联，形成整张化竹材展开厚单板；

（3）木材层积单板与竹材展开厚单板分层排板组坯：将处理后的木材层积单板和竹材展开厚单板，按奇数层次分布，木材层积单板和竹材展开厚单板全部顺纹纵向排列或是纵横交错排列，一层木材层积单板、一层竹材展开厚单板交递分布，面层和底层均为木材层积单板，如此叠压排板组坯；

当制造超长木材与竹材展开厚单板聚集层积材时，将木材层积单板和竹材展开厚单板分别进行斜接或搭接将单板接长，然后按上述方法排板组坯；

（4）热压成型：将上一步所得组坯采用环保改性酚醛树脂胶热压成型，热压温度为130~150℃，正压力为4.5Mpa~5Mpa，时间为1.0mm/min；

（5）裁剪：将成型板进行修边，齐头处理，加工成规格尺寸材。

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