CN104441097A - 一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属林业工程领域中木材科学与技术专业方向的技术，具体涉及一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺。本发明应用冰冻与融化技术手段处理竹材以及使用冻融竹材所进行的多元化功能梯度处理加工，在竹材内浸渍复合增强与耐温等功能材料，通过工艺控制调整竹材相关功能的梯度变化，改变了传统的竹材人造板产品性能简单的特性，实现竹材人造板结构密度、内部功能、表面功能等多元化梯度控制，生产过程高效节能绿色环保，产品应用广泛场前景广阔。对相关行业技术创新、节能降耗、高值化利用与高效发展具有重大意义。

Description

一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺
技术领域
本发明属林业工程领域中木材科学与技术专业方向的技术，具体涉及一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺。
背景技术
发展竹产业已成为林业可持续发展和农村增收致富的一个重要途径，竹产业的发展在国民经济建设和人民生活中发挥着重要作用，对于改善生态环境、增加农民收入、繁荣地方经济、新农村建设等具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺，改变了传统的竹材人造板产品性能简单的特性，生产过程高效节能绿色环保。
本发明的一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺，包括以下步骤：
（1）竹材形式：包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料；
（2）竹材含水率：新鲜生竹或经增湿处理竹材，使其绝对含水率调整为30%以上；
（3）冰冻：将竹材速冻处理，温度-10.0℃～-50.0℃、时间2～24h；
（4）融化：将冰冻竹材自然或加速化冰处理，温度10.0℃～80.0℃、时间1～6h；
（5）循环：将融化竹材重复步骤（2）、（3）、（4）的方法循环进行，循环次数1～20次，然后置于阴凉处备用，要求环境温度15.0℃～25.0℃、环境湿度55%～75%，保持竹材含水率40%～60%；
（6）竹材浸渍功能材料：将冻融循环处理后的竹材浸渍到功能材料组成的浸渍液，功能材料选自增强、耐温材料，竹材浸渍工艺采用常压直接浸渍或密封加压浸渍法，温度控制在30～60℃、压力控制在0～1.5 MPa，竹材与功能材料浸渍液体积比为1：10～30，浸渍量为竹材质量的10～50%；
（7）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，调整功能材料浸渍液的浸渍量，并调整竹材人造板重组结构，实现功能的梯度变化；
当竹材重组结构为平面、弯曲或异型对称结构，即双表面30%～50%浸渍量的竹材与内部10%～30%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化，产品结构分布为双表面高密度、强功能模式；以及当竹材重组结构为平面、弯曲或异型不对称结构，即上表面30%～50%浸渍量的竹材依次减少至下表面层10%～30%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化，产品结构分布为上表面至下表面呈高密度强功能逐渐递减模式；
（8）竹材重组人造板技术：
经多元化功能梯度处理的竹材单元，进行重新组合，竹材重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，产品的平均密度控制范围0.80～1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.5g/cm3。
更优选地，所述功能材料浸渍液由90～98wt%热固性树脂、1～5 wt %碳纤维和1～5 wt %金属氧化物组成；热固性树脂为脲醛树脂、酚醛树脂或三聚氰胺树脂，树脂固含量15～30%；碳纤维为聚丙烯腈碳纤维或沥青碳纤维；金属氧化物为MgO、Al2O3或SiO2纳米材料。
本发明的显著优点：
应用冰冻与融化技术手段处理竹材以及使用冻融竹材所进行的多元化功能梯度处理加工，在竹材内浸渍复合增强与耐温等功能材料，通过工艺控制调整竹材相关功能的梯度变化，改变了传统的竹材人造板产品性能简单的特性，实现竹材人造板结构密度、内部功能、表面功能等多元化梯度控制，生产过程高效节能绿色环保，产品应用广泛场前景广阔。对相关行业技术创新、节能降耗、高值化利用与高效发展具有重大意义。
具体实施方式
冻融循环法梯度功能竹材人造板工艺，其特征在于：包括应用冰冻与融化技术手段处理竹材以及所进行的竹材浸渍复合材料、多元化功能梯度处理、竹材重组人造板等相关工艺过程。
冻融循环法梯度功能竹材人造板工艺过程包括以下主要步骤：
（1）竹材冻融循环处理：
新鲜生竹或经增湿（绝对含水率30%～100%）处理竹材速冻处理，冰冻温度-10.0℃～-50.0℃、时间2～24hours；自然或加速化冰处理，融化温度10.0℃～80.0℃、时间1～6hours；将化冻竹材重复冻融循环1～20次；保湿置于阴凉处备用。冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少3%～5%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约5%～10%；由于竹材的细胞壁物质及孔隙结构的调整与控制，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，竹材的润湿、渗透性约可提高5%～15%，竹材施胶浸胶效率提高10%～20%、竹材干燥节能约7%～12%。
（2）竹材浸渍功能材料：
功能材料配制选用热固性树脂、碳纤维、金属氧化物等增强或耐温材料。热固性树脂可以是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等，浸渍树脂固含量15～30%，添加量约为总量的90～98%；碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理制得的高强度模量与耐高温微晶石墨纤维材料，通常是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，添加量约为总量的1～5%；金属氧化物通常是MgO、Al2O3、SiO2等纳米材料，添加量约为总量的1～5%。竹材浸渍工艺通常采用常压直接浸渍或密封加压浸渍法，温度控制在30～60℃、压力控制在0～1.5 MPa，竹材与浸渍液浴比约为1：10～30，浸渍量约为竹材质量的10～50%。
（3）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，通过工艺控制量比变化调整竹材内浸渍复合功能材料，并调整竹材人造板重组结构，即表面与内部竹材结构来实现功能的梯度变化，以控制重组竹材人造板的产品密度分布、结构功能变化、表面功能改变等多元化功能梯度，达到复合增强、耐温、耐候、防潮、稳定、美化等功能。
（4）竹材重组人造板技术：
经多元化功能处理的竹材单元，通常可以按照功能对称或不对称结构，功能梯度变化结构等进行重新组合，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，铺装好的板坯可经热压一次性成型，常用压力3.0～10.0 MPa、温度130～180℃、时间0.5～2.5 min/mm。相应产品可优化结构改善特性，产品的平均密度控制范围0.80～1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.5g/cm3，抗弯强度与弹性模量分别可达100 MPa与10000 MPa以上，耐候性、防潮性、尺寸稳定性显著提高，材料适应环境温度变化范围在-30～150℃，材料吸水厚度变化率小于2 %。
应用冻融循环法可改善竹材机械加工性能、提高竹材软化、干燥、浸胶、热压效率，并通过在竹材内浸渍复合增强与耐温等功能材料，提高竹材人造板的力学强度、耐候性、防潮性、尺寸稳定性和良好的装饰效果等，产品可广泛应用于建筑装修、家具制造等，市场前景十分广阔。对竹材加工相关行业的技术创新与高值化利用具有重大意义。
实施例1
（1）竹材冻融循环处理：
新鲜生竹或经增湿处理竹材速冻处理，绝对含水率30%，冰冻温度-50.0℃、时间2hours；自然或加速化冰处理，融化温度10.0℃、时间6hours；将化冻竹材重复冻融循环20次；保湿置于阴凉处备用。冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少5%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约10%；由于竹材的细胞壁物质及孔隙结构的调整与控制，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，竹材的润湿、渗透性约可提高15%，竹材施胶浸胶效率提高20%、竹材干燥节能约12%。
（2）竹材浸渍功能材料：
功能材料配制选用热固性树脂、碳纤维、金属氧化物等增强或耐温材料。热固性树脂可以是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等，浸渍树脂固含量15%，添加量约为总量的90%；碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理制得的高强度模量与耐高温微晶石墨纤维材料，通常是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，添加量约为总量的5%；金属氧化物通常是MgO、Al2O3、SiO2等纳米材料，添加量约为总量的5%。竹材浸渍工艺通常采用密封加压浸渍法，温度控制在60℃、压力控制在1.5 MPa，竹材与浸渍液浴比约为1：30，浸渍量约为竹材质量的30%～50%。
（3）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，通过工艺控制量比变化调整竹材内浸渍复合功能材料，并调整竹材人造板重组结构，本例为平面对称结构重组竹材，以中心层为对称平面，二侧由对应30%～50%相同工艺浸渍量的竹材构成。即表面50%浸渍量的竹材与内部30%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化，产品结构分布为双表面高密度、强功能模式，达到复合增强、耐温、耐候、防潮、稳定、美化等功能。
（4）竹材重组人造板技术：
经多元化功能处理的竹材单元，通常可以按照功能对称或不对称结构，功能梯度变化结构等进行重新组合，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，铺装好的板坯可经热压一次性成型，压力3.0MPa、温度180℃、时间0.5min/mm。相应产品可优化结构改善特性，产品的平均密度控制范围0.80～1.00g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.00g/cm3，抗弯强度与弹性模量分别可达100 MPa与10000 MPa以上，耐候性、防潮性、尺寸稳定性显著提高，材料适应环境温度变化范围在-30～150℃，材料吸水厚度变化率小于2 %。
实施例2
（1）竹材冻融循环处理：
新鲜生竹或经增湿处理竹材速冻处理，绝对含水率65%，冰冻温度-30.0℃、时间12hours；自然或加速化冰处理，融化温度40.0℃、时间3hours；将化冻竹材重复冻融循环10次；保湿置于阴凉处备用。冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少4%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约7%；由于竹材的细胞壁物质及孔隙结构的调整与控制，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，竹材的润湿、渗透性约可提高10%，竹材施胶浸胶效率提高15%、竹材干燥节能约10%。
（2）竹材浸渍功能材料：
功能材料配制选用热固性树脂、碳纤维、金属氧化物等增强或耐温材料。热固性树脂可以是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等，浸渍树脂固含量22.5%，添加量约为总量的94%；碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理制得的高强度模量与耐高温微晶石墨纤维材料，通常是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，添加量约为总量的3%；金属氧化物通常是MgO、Al2O3、SiO2等纳米材料，添加量约为总量的3%。竹材浸渍工艺通常采用密封加压浸渍法，温度控制在45℃、压力控制在0.75 MPa，竹材与浸渍液浴比约为1：20，浸渍量约为竹材质量的20%～40%。。
（3）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，通过工艺控制量比变化调整竹材内浸渍复合功能材料，并调整竹材人造板重组结构，本例为弯曲对称结构重组竹材，以中心层为对称轴面，二侧由对应20%～40%相同工艺浸渍量的竹材弯曲成型。即表面40%浸渍量的竹材与内部20%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化，产品结构分布为双表面高密度、强功能、弯曲成型模式，达到复合增强、耐温、耐候、防潮、稳定、美化等功能。
（4）竹材重组人造板技术：
经多元化功能处理的竹材单元，通常可以按照功能对称或不对称结构，功能梯度变化结构等进行重新组合，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，铺装好的板坯可经热压一次性成型，常用压力6.5 MPa、温度155℃、时间1.5 min/mm。相应产品可优化结构改善特性，产品的平均密度控制范围0.80～1.15g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.25g/cm3，抗弯强度与弹性模量分别可达100 MPa与10000 MPa以上，耐候性、防潮性、尺寸稳定性显著提高，材料适应环境温度变化范围在-30～150℃，材料吸水厚度变化率小于2 %。
实施例3
（1）竹材冻融循环处理：
新鲜生竹或经增湿处理竹材速冻处理，绝对含水率100%，冰冻温度-10.0℃、时间24hours；自然或加速化冰处理，融化温度80.0℃、时间1hours；将化冻竹材重复冻融循环1次；保湿置于阴凉处备用。冻融循环处理的竹材其薄壁细胞、维管束、纤维帽、导管等孔径均有不同程度的软化或扩大，竹材细胞壁的物质量约减少3%、孔隙结构变化导致竹材比表面积增加约5%；由于竹材的细胞壁物质及孔隙结构的调整与控制，明显改善竹材的润湿、渗透、热传导等物理特性，竹材的润湿、渗透性约可提高5%，竹材施胶浸胶效率提高10%、竹材干燥节能约7%。
（2）竹材浸渍功能材料：
功能材料配制选用热固性树脂、碳纤维、金属氧化物等增强或耐温材料。热固性树脂可以是脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等，浸渍树脂固含量30%，添加量约为总量的98%；碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理制得的高强度模量与耐高温微晶石墨纤维材料，通常是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，添加量约为总量的1%；金属氧化物通常是MgO、Al2O3、SiO2等纳米材料，添加量约为总量的1%。竹材浸渍工艺通常采用常压直接浸渍，温度控制在30℃，竹材与浸渍液浴比约为1：10，浸渍量约为竹材质量的10%～30%。
（3）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，通过工艺控制量比变化调整竹材内浸渍复合功能材料，并调整竹材人造板重组结构，本例为异型不对称结构重组竹材，由上表面及下表面层分别对应10%～30%工艺浸渍量的竹材异型模压成型。即上表面30%浸渍量的竹材依次减少至下表面层10%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化，产品结构分布为上表面至下表面呈高密度强功能逐渐递减模式，达到复合增强、耐温、耐候、防潮、稳定、美化等功能。
（4）竹材重组人造板技术：
经多元化功能处理的竹材单元，通常可以按照功能对称或不对称结构，功能梯度变化结构等进行重新组合，竹材可以重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，铺装好的板坯可经热压一次性成型，常用压力10.0 MPa、温度130℃、时间2.5 min/mm。相应产品可优化结构改善特性，产品的平均密度控制范围0.80～1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.50g/cm3，抗弯强度与弹性模量分别可达100 MPa与10000 MPa以上，耐候性、防潮性、尺寸稳定性显著提高，材料适应环境温度变化范围在-30～150℃，材料吸水厚度变化率小于2%。

Claims (2)

1.一种冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
（1）竹材形式：包括圆竹、竹片、竹单板、竹束、竹丝、竹纤维、竹碎料；
（2）竹材含水率：新鲜生竹或经增湿处理竹材，使其绝对含水率调整为30%以上；
（3）冰冻：将竹材速冻处理，温度-10.0℃～-50.0℃、时间2～24h；
（4）融化：将冰冻竹材自然或加速化冰处理，温度10.0℃～80.0℃、时间1～6h；
（5）循环：将融化竹材重复步骤（2）、（3）、（4）的方法循环进行，循环次数1～20次，然后置于阴凉处备用，要求环境温度15.0℃～25.0℃、环境湿度55%～75%，保持竹材含水率40%～60%；
（6）竹材浸渍功能材料：将冻融循环处理后的竹材浸渍到功能材料组成的浸渍液，功能材料选自增强、耐温材料，竹材浸渍工艺采用常压直接浸渍或密封加压浸渍法，温度控制在30～60℃、压力控制在0～1.5 MPa，竹材与功能材料浸渍液体积比为1：10～30，浸渍量为竹材质量的10～50%；
（7）多元化功能梯度处理：
依据竹材重组材性能的需要，调整功能材料浸渍液的浸渍量，并调整竹材人造板重组结构，实现功能的梯度变化；
当竹材重组结构为平面、弯曲或异型对称结构，即双表面30%～50%浸渍量的竹材与内部10%～30%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化；当竹材重组结构为平面、弯曲或异型不对称结构，即上表面30%～50%浸渍量的竹材依次减少至下表面层10%～30%浸渍量的竹材结构来实现功能的梯度变化；
（8）竹材重组人造板技术：
经多元化功能梯度处理的竹材单元，进行重新组合，竹材重组胶合为平面、弯曲或异型人造板产品，产品的平均密度控制范围0.80～1.30g/cm3，剖面密度变化范围0.65～1.5g/cm3。
2.根据权利要求1所述的冻融循环法生产功能竹材人造板的工艺，其特征在于：所述功能材料浸渍液由90～98wt%热固性树脂、1～5 wt %碳纤维和1～5 wt %金属氧化物组成；热固性树脂为脲醛树脂、酚醛树脂或三聚氰胺树脂，树脂固含量15～30%；碳纤维为聚丙烯腈碳纤维或沥青碳纤维；金属氧化物为MgO、Al2O3或SiO2纳米材料。
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