CN104191471A - 一种高强度杨木单板层积材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于木材加工技术领域，涉及一种高强度杨木单板层积材及其制造方法。一种高强度杨木单板层积材，其结构是由杨木单板和玻璃纤维布及碳纤维布依次层叠胶合而成，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，表板和底板均为杨木单板。本发明还公开了这种高强度杨木单板层积材的制造方法，包括：原料杨木单板制备、纤维布浸渍、杨木单板涂胶、顺纹理组坯并加入纤维布、阶段式热压、冷却与整修。本发明通过两种纤维布的增强作用，提高了单板层积材的强度，明显改善耐候性，使单板层积材尺寸更稳定。采用阶段式热压技术对单板层积材进行分阶段的两次热压，缩短了热压周期，提高了生产率，同时一部分层与层之间进行了二次热压，有利于改善单板层积材的力学性能。

Description

一种高强度杨木单板层积材及其制造方法

技术领域

本发明属于木材加工技术领域，涉及一种层积材的制造方法，尤其涉及一种高强度杨木单板层积材及其制造方法。

背景技术

木材作为当今世界四大材料之一，被广泛应用于建筑、交通、工业、农业等诸多领域。在建筑领域，工程木质复合材料作为房屋桁架、工字梁等构件应用最为广泛。然而，我国天然森林资源匮乏，人均森林蓄积量极低，随着天然林保护工程的实施和建筑行业的蓬勃发展，我国建筑木材供需矛盾日益突出，而以杨木为主的人工林虽然资源相对丰富，但是由于人工林速生材生长周期短、径级小、幼龄木材比例大，速生杨木存在材质松软、干缩湿胀、强度低、易变形、各向异性、尺寸稳定性差，在水、热、光、微生物、病虫害等的作用下易于降解、腐朽、易燃烧等问题。另外，按国家标准《木材缺陷》GB155-84，木材具有节子、腐朽、虫害、裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷、伤疤、不正常的沉积物和木材加工缺陷等九大类缺陷，这些缺陷大多在树木生长过程中形成，其中对结构用材材质影响较大的缺陷为节子、腐朽和裂纹，这些天然缺陷很大程度上制约了木材在工程结构上的应用。

为解决木材供需矛盾，满足人们对高强度、高性能木质工程结构材料的需求，木材工业将木材加工成木板、木条、单板、刨花或纤维等组元，利用现代技术将木材组元重组为新型木质复合材料，如交合木梁、单板层积材、定向成材、胶合板、重组装饰薄木、单板层积中空圆柱材、定向刨花板和纤维板等，这些木质重组材料在一定程度上增加了原始木材所不具有的几何性能、同一性、均匀性和曲面成形性等。

目前市场上出现了单板层积材（Laminated Veneer Lumber），是以小径材和低质材原木为主要原料，旋切成单板，经顺纹组坯、胶合、热压成型的新型人造木材。单板层积材保留了木材的天然特性，且原木本身的节子、裂纹、腐朽等缺陷随机分散在材料中，强度和其他物理性能均匀且高于原木。

公开号为CN101712170A的中国发明专利申请公开了一种机电包装用高强单板层积材的制造方法，将速生杨木段旋切制得2.5～4.0mm的厚单板；对该单板进行天然和(或)人工干燥；随后对单板涂施酚醛树脂；涂胶单板进行特殊的组坯；板坯组成后再经陈放，进入热压工序；将经热压后的单板层积材，进行冷却后制得高强单板层积材。具有高效综合利用速生木材，又节省天然木材资源采伐，保护生态环境通过高温高压和胶粘剂压制成，不存在病虫害的侵袭，省去实木必须经过熏蒸去除病虫害处理工序等优点。

公开号为CN101774190A的中国发明专利申请公开了一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件及其加工方法，由杨木旋切片和碳纤维布交错层叠胶合而成,并通过工艺过程的控制,充分发挥了碳纤维布和意杨单板层积材的优点,极大地提高了意杨材料的力学性能,提高了杨木生产附加值及科技含量,大大拓展了意杨的应用领域。并且可以避免碳纤维布外贴时常见的锚固失效及剥离破坏等问题,碳纤维布强度更能充分发挥,从而可以制成大型木结构构件,解决了目前无法生产大型木结构构件的问题。

公开号为CN103481337A的中国发明专利申请公开了一种玻璃纤维增强杨木单板层积材及其生产方法，由杨木单板经粘合剂层叠粘结制成层积材，在层积材的各杨木单板之间分别夹有一层玻璃纤维布。该发明以杨木单板为原料、玻璃纤维布为增强材料，采用层叠复合方法制备的玻璃纤维布增强杨木单板层积材，具有高强度和优良的耐候性能。不仅可以作为结构用单板层积材使用，同时为杨木制备结构用集成材的高等级层板提供依据，从而为人工林等低质材制备结构用木质工程材料的利用和提升开辟了一条有效的途径。但是，以旋切成单板顺纹组坯、热压胶合成的单板层积材存在表面硬度和强度较低，尺寸稳定性和耐腐耐候性较差，热压周期较长，生产率较低等问题。

因此，用木材和其他材料复合成复合材料成为了当今木材资源紧缺背景下的研究热点，数据显示：木质复合材料的抗弯强度是标准强度等级的规格材的三倍，刚度提高30%，不仅保留了原单一组分材料各自的特性，而且可以性能互补，使材料具有优异的综合性能。

然而，目前尚无使用玻璃纤维材料和碳纤维材料增强杨木单板层积材并通过改善热压工艺获得更高强度的杨木单板层积材及其制造方法的技术公开。

发明内容

为了获得比现有技术生产的杨木单板层积材具有更高强度的杨木单板层积材，本发明提供了一种高强度杨木单板层积材及其制造方法，使用玻璃纤维材料和碳纤维材料来增强杨木单板层积材。

本发明公开的一种高强度杨木单板层积材，在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布进行增强，其结构是由杨木单板和玻璃纤维布及碳纤维布依次层叠胶合而成，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，表板和底板均为杨木单板。

本发明的一个公开例中，所述杨木单板厚度2~3.2mm，优选3.2mm。

本发明的一个较优公开例中，所述玻璃纤维布厚度为0.1mm，所述碳纤维布厚度为0.111mm。

本发明的一个较优公开例中，在所述杨木单板与玻璃纤维布和碳纤维布之间用水溶性酚醛树脂胶粘剂进行粘合。

本发明所公开的一种高强度杨木单板层积材的制造方法，是将杨木单板经胶粘剂粘结制成单板层积材，在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布进行增强，包括如下步骤：原料杨木单板制备、纤维布浸渍、杨木单板涂胶、顺纹理组坯并加入纤维布、阶段式热压、冷却与整修。

本发明所述的纤维布浸渍包括分别将玻璃纤维布与碳纤维布浸渍于水溶性酚醛树脂胶粘剂中，约15min后取出并晾干或烘干至不粘手。本发明浸渍两种纤维布，有助于酚醛树脂胶粘剂充分涂布于纤维布的表面乃至内里，可以提高杨木单板与纤维布之间的胶合强度，改善杨木单板层积材的力学性能。

本发明的一个较优实施例中，所述的玻璃纤维布为E-GLASS无碱玻璃纤维布，所述的碳纤维布为PAN基碳纤维布，均购自常州桦立柯新材料有限公司。

本发明采用水溶性酚醛树脂胶粘剂对杨木单板涂胶，单面涂胶量为120～160g/m²。

本发明所述的水溶性酚醛树脂胶粘剂可自制，或采用无锡光明化工有限公司生产的2127型酚醛树脂胶粘剂，其固体含量≥75%，粘度（涂-4，25℃）为120～250Pa·s，游离酚含量≤20%。

本发明的一个较优实施例中，所述的单板顺纹理组坯，并且在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，组坯后陈化，陈化时间0.5～1h。本发明采用的杨木单板复合组坯法，通过玻璃纤维布和碳纤维布的增强作用，大大提高了杨木单板层积材的强度，且改善了其耐候性。

本发明的一个较优实施例中，所公开的高强度杨木单板层积材的制造方法，将陈化后的板坯采用阶段式热压，即一层杨木单板，一层玻璃纤维布和一层碳纤维布为一个复合层，每三个复合层为一组，每组的单板与纤维布即三个复合层进行第一阶段热压，热压温度为140～160℃，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为10～20min，第一阶段热压结束后，再将每组复合层进行涂胶、热压，单面涂胶量为120～160g/m²，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为5～10min，第二阶段热压的复合层组数根据最后需要的单板层积材的厚度来决定。

本发明采用阶段式热压技术对单板层积材进行加压胶合，可以缩短热压周期，同时单板层积材中有超过2/3的层与层之间进行二次热压，有利于改善单板层积材的力学性能。

有益效果

本发明公开了高强度杨木单板层积材及其制造方法，采用杨木单板复合组坯，在任意两层杨木单板间加入浸渍了酚醛树脂胶粘剂的玻璃纤维布和碳纤维布，提高了杨木单板与纤维布之间的胶合强度，通过两种纤维布的增强作用，大大提高了单板层积材的强度，明显改善了其耐候性，使单板层积材尺寸更稳定。采用阶段式热压技术对单板层积材进行分阶段的两次热压，缩短了热压周期，提高了生产率，同时一部分层与层之间进行了二次热压，有利于改善单板层积材的力学性能。

附图说明

图1，高强度杨木单板层积材的纵向剖视图；

图2，高强度杨木单板层积材的立体展开剖视图；

图3，本发明阶段式热压法中一组复合层；

其中：1.杨木单板；2.玻璃纤维布；3.碳纤维布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实例。

实施例1

一种高强度杨木单板层积材，在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布进行增强，其结构是由杨木单板1和玻璃纤维布2及碳纤维布3依次层叠胶合而成；所述的杨木单板厚度为3.2mm，所述玻璃纤维布厚度为0.1mm，所述碳纤维布厚度为0.111mm。在所述杨木单板层与玻璃纤维布和碳纤维布之间用水溶性酚醛树脂胶粘剂进行粘合。

实施例2

一种高强度杨木单板层积材，在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布进行增强，其结构是由杨木单板1和玻璃纤维布2及碳纤维布3依次层叠胶合而成；所述的杨木单板厚度为2mm，所述玻璃纤维布厚度为0.1mm，所述碳纤维布厚度为0.111mm。在所述杨木单板层与玻璃纤维布和碳纤维布之间用水溶性酚醛树脂胶粘剂进行粘合。

实施例3

一种高强度杨木单板层积材的制造方法，包括：

1.原料制备：选用含水率为6%～8%的旋切杨木单板，厚度为3.2mm，选用常州桦立柯新材料有限公司生产的E-GLASS无碱玻璃纤维布，厚度为0.1mm，选用常州桦立柯新材料有限公司生产的PAN基碳纤维布，厚度为0.111mm；

2.纤维布浸渍：将玻璃纤维布与碳纤维布分别浸渍于水溶性酚醛树脂胶粘剂中，约15min后取出并晾干或烘干至不粘手；

3.单板涂胶：选用水溶性酚醛树脂胶粘剂，对杨木单板进行涂胶，单面涂胶量为120～160g/m²；

4.组坯：将涂胶后的杨木单板进行顺纹理组坯，并且在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，组坯后陈化时间为0.5～1h；

5.热压：陈化后的板坯采用阶段式热压法，一层杨木单板，一层玻璃纤维布和一层碳纤维布为一个复合层，每三个复合层为一组，每组单板与纤维布进行第一阶段热压，热压温度为140～160℃，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为10～20min，第一阶段热压结束后，再将每组复合层进行涂胶、热压，单面涂胶量为120～160g/m2，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为5～10min，第二阶段热压的复合层组数根据最后需要的单板层积材的厚度来决定；

6.冷却：将热压好的单板层积材从压机中取出，自然冷却；

7.整修：刨去侧面毛边，检验，即得高强度的杨木单板层积材。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高强度杨木单板层积材，其特征在于，由杨木单板（1）和玻璃纤维布（2）及碳纤维布（3）依次层叠胶合而成，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，表板和底板均为杨木单板。

2.根据权利要求1所述的高强度杨木单板层积材，其特征在于，所述杨木单板厚度2~3.2mm，优选3.2mm。

3.根据权利要求1所述的高强度杨木单板层积材，其特征在于，所述玻璃纤维布厚度为0.1mm。

4.根据权利要求1所述的高强度杨木单板层积材，其特征在于，所述碳纤维布厚度为0.111mm。

5.根据权利要求1所述的高强度杨木单板层积材，其特征在于，在所述杨木单板与玻璃纤维布和碳纤维布之间用水溶性酚醛树脂胶粘剂进行粘合。

6.生产如权利要求1-5任一所述高强度杨木单板层积材的制造方法，包括杨木单板经胶粘剂粘结制成单板层积材，其特征在于，包括下列步骤：原料杨木单板制备、纤维布浸渍、杨木单板涂胶、顺纹理组坯并加入纤维布、阶段式热压、冷却与整修。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述的纤维布浸渍包括分别将玻璃纤维布与碳纤维布浸渍于水溶性酚醛树脂胶粘剂中，约15min后取出并晾干或烘干至不粘手。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，采用水溶性酚醛树脂胶粘剂对杨木单板涂胶，单面涂胶量为120～160g/m²。

9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述顺纹理组坯，并且在任意两层杨木单板之间加入一层玻璃纤维布和一层碳纤维布，玻璃纤维布在碳纤维布的上层，组坯后陈化，陈化时间0.5～1h。

10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述的阶段式热压，即一层杨木单板，一层玻璃纤维布和一层碳纤维布为一个复合层，每三个复合层为一组，每组的单板与纤维布即三个复合层进行第一阶段热压，热压温度为140～160℃，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为10～20min，第一阶段热压结束后，再将每组复合层进行涂胶、热压，单面涂胶量为120～160g/m²，热压压力为0.8～1.2MPa，热压时间为5～10min，第二阶段热压的复合层组数根据最后需要的单板层积材的厚度来决定。