CN106042138B - 一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，将环保型冷固胶黏剂与木纤维及其他助剂一起制成木纤维复合材料，置入特定型腔的模具中进行预冷冻，当达到一定时间后，送入真空冷冻干燥设备中冷致干燥固化成型。本发明将真空冷冻干燥技术应用到木纤维复合材料制品的制造中，结合环保型冷固胶的冷致交联固化特性，与传统木纤维材料热固成型相比，产品完全没有预固化层，不会产生黑斑，更不会出现鼓包开裂，且表面无色差等优点，开拓了木纤维复合材料制品制造的全新领域。

Description

一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺
技术领域
本发明属于木质材料深加工领域，尤其涉及一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺。
背景技术
树木作为一种天然生物质复合功能材料，不仅是地球的绿色屏障，更是人类赖以生存的宝贵资源和财富。而随着社会的进步，生活水平的提高，人们对高档实木制品的消费需求不断增加。实木制品以其优美的视觉、舒适的触感等特点，在高端家居制品消费中占有绝对优势，满足人们对天然高档木材的崇尚心里。但紧缺的木材资源和较高的加工成本，使得实木制品只能为少数阶层享受。
近年来，木材纤维化利用以其独特的优势在木材工业中日趋占据重要位置。通过将小径级枝桠材、废旧木材、边角料等无法加工利用的原料，通过破碎、软化、热磨等技术处理制成一定规格尺寸的木纤维，经热压成型制得木纤维制品，实现废旧木材再利用。然而由于木纤维材料热压时导热系数低、流动性差、易产生预固化层、排气困难易产生鼓包黑斑等缺点，导致木材纤维化利用发展数十年，至今仍局限于生产表面平整、厚度不超过25mm纤维板；附加值低，且纤维板需裁、铣、雕刻等加工处理，才能制造出风格迥异、纹理精美的木纤维家居制品。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，能够优化传统工艺中制品的缺陷，通过这种工艺获得的木纤维复合材料制品，表面无黑斑、鼓包开裂等传统方法中的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案得以解决：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，该工艺以木纤为原料，经拌料、模压预冷冻、真空冷冻干燥、出模得到木纤维复合材料制品，所述工艺包括具体如下步骤：步骤1、拌料：将木纤维与环保型冷固胶黏剂及助剂一起混合，搅拌均匀制得木纤维复合原料，所述助剂包括色粉、防腐剂、硬脂酸锌、石墨烯，按木纤维复合材料重量的百分比，所述色粉含量为0%～8%，所述防腐剂2%～10%，所述硬脂酸锌含量为0%～5%，所述的石墨烯含量为0%～3%；步骤2、模压预冷冻：将所述木纤维复合原料通过挤出设备挤入或铺入模具中，然后将所述模具置于冷冻环境中预冷冻，所述预冷冻环境温度为-40℃～-10℃，预冷冻时间为12～36h；步骤3、真空冷冻干燥：将预冷冻完成的所述模具送入真空冷冻干燥设备中，直至所述模具中的所述木纤维复合原料干透、固化，在真空冷冻干燥过程中，冷阱温度为-60℃～-20℃，真空冷冻干燥室真空度为0Pa～100Pa，真空冷冻干燥时间为1～48h；步骤4、出模：所述模具内的所述木纤维复合原料经真空冷冻干燥固化后，脱模即可得到与模具型腔结构一致的木纤维复合材料制品。
上述技术方案中，优先的，所述步骤1中木纤维复合原料的筛分值为20～120目。
上述技术方案中，优先的，所述步骤1中的环保型冷固胶黏剂选自蛋白质胶黏剂、改性淀粉胶黏剂或其衍生物胶黏剂、醋酸乙烯胶黏剂或其共聚物乳液胶黏剂中的一种或多种。
上述技术方案中，优先的，所述蛋白质胶黏剂为大豆蛋白胶黏剂或血胶蛋白胶黏剂。
上述技术方案中，优先的，所述所述醋酸乙烯胶黏剂为聚醋酸乙烯乳液胶黏剂。
上述技术方案中，优先的，所述步骤2中冷冻环境为工业冷冻箱或冷库。
上述技术方案中，优先的，所述步骤2中的模具上设置有排气通道和温度测量通道。
上述技术方案中，优先的，所述步骤4中脱模后木纤维复合材料制品的含水率小于11%。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明将真空冷冻干燥技术应用到木纤维复合材料制品的生产制造中，将模具中具有一定形状的木纤维复合材料采用冻干固化的方法，将复合材料中存在的大量水分经过预冻升华成水蒸气，再通过模具的排气通道排出，在此过程中，环保型冷固胶黏剂发生冷致交联固化的有益变化，使得模具中的木纤维复合材料完全成型，最终获得与模具型腔形状一致的，并具有一定强度的木纤维复合材料制品。通过本发明的工艺制得的木纤维复合材料制品，产品完全没有预固化层，不会产生黑斑，更不会出现鼓包开裂，且表面无色差等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺包括具体如下步骤：按木纤维复合材料重量的百分比，将筛分值为20～120目的木纤维与大豆蛋白胶黏剂及10%防腐剂、5%硬脂酸锌一起混合搅拌均匀制成木纤维复合原料；将步骤A所得到的木纤维复合原料通过挤出设备挤入具有排气通道和测温通道的模具中，然后将模具置于工业冷冻箱内进行预冷冻，设置冷冻箱温度为-40℃，设置预冷冻时间为36h；将在工业冷冻箱内预冷冻完成的模具送入真空冷冻干燥设备中，直至干透固化，设置冷阱温度为-60℃，真空度设置为10Pa，真空冷冻干燥时间48h；真空冷冻干燥固化完成后，即可成型得到与模具型腔结构相一致，无黑斑、无鼓包开裂、无预固化层、无色差、含水率为8%的木纤维复合材料制品。
实施例2：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺包括具体如下步骤：按木纤维复合材料重量的百分比，将筛分值为30～100目的木纤维与血胶蛋白胶黏剂及8%色粉、2%防腐剂、3%石墨烯一起混合搅拌均匀制成木纤维复合原料；将步骤A所得到的木纤维复合原料通过挤出设备挤入具有排气通道和测温通道的模具中，然后将模具置于冷库内进行预冷冻，设置冷库温度为-10℃，设置预冷冻时间为12h；将在冷库内预冷冻完成的模具送入真空冷冻干燥设备中，直至干透固化，设置冷阱温度为-40℃，真空度设置为100Pa，真空冷冻干燥时间24h；真空冷冻干燥固化完成后，即可成型得到与模具型腔结构相一致，无黑斑、无鼓包开裂、无预固化层、无色差、含水率为10%的木纤维复合材料制品。
实施例3：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺包括具体如下步骤：按木纤维复合材料重量的百分比，将筛分值为40～60目的木纤维与改性淀粉胶黏剂及5%色粉、5%防腐剂一起混合搅拌均匀制成木纤维复合原料；将步骤A所得到的木纤维复合原料通过挤出设备挤入具有排气通道和测温通道的模具中，然后将模具置于冷库内进行预冷冻，设置冷库温度为-20℃，设置预冷冻时间为24h；将在冷库内预冷冻完成的模具送入真空冷冻干燥设备中，直至干透固化，设置冷阱温度为-30℃，真空度设置为0Pa，真空冷冻干燥时间5h；真空冷冻干燥固化完成后，即可成型得到与模具型腔结构相一致，无黑斑、无鼓包开裂、无预固化层、无色差、含水为5%的木纤维复合材料制品。
实施例4：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺包括具体如下步骤：按木纤维复合材料重量的百分比，将筛分值为40～60目的木纤维与改性淀粉胶黏剂及聚醋酸乙烯乳液胶黏剂及7%色粉、8%防腐剂、2%硬脂酸锌、0.5%石墨烯一起混合搅拌均匀制成木纤维复合原料；将步骤A所得到的木纤维复合原料通过挤出设备挤入具有排气通道和测温通道的模具中，然后将模具置于工业冷冻箱内进行预冷冻，设置冷冻箱温度为-35℃，设置预冷冻时间为30h；将在冷库内预冷冻完成的模具送入真空冷冻干燥设备中，直至干透固化，设置冷阱温度为-40℃，真空度设置为5Pa，真空冷冻干燥时间12h；真空冷冻干燥固化完成后，即可成型得到与模具型腔结构相一致，无黑斑、无鼓包开裂、无预固化层、无色差、含水为5%的木纤维复合材料制品。
实施例5：一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺包括具体如下步骤：按木纤维复合材料重量的百分比，将筛分值为40～60目的木纤维与改性淀粉胶黏剂及聚醋酸乙烯乳液胶黏剂和改性淀粉胶黏剂及4%防腐剂、4%硬脂酸锌、1%石墨烯一起混合搅拌均匀制成木纤维复合原料；将步骤A所得到的木纤维复合原料通过挤出设备挤入具有排气通道和测温通道的模具中，然后将模具置于工业冷冻箱内进行预冷冻，设置冷冻箱温度为-40℃，设置预冷冻时间为20h；将在冷库内预冷冻完成的模具送入真空冷冻干燥设备中，直至干透固化，设置冷阱温度为-50℃，真空度设置为50Pa，真空冷冻干燥时间8h；真空冷冻干燥固化完成后，即可成型得到与模具型腔结构相一致，无黑斑、无鼓包开裂、无预固化层、无色差、含水为5%的木纤维复合材料制品。
传统的木纤维复合模压制品通常采用的是将原料先微波预热后，使其温度快速上升至较高温度时进入模具成型腔内采用高温热压成型，通过这种获得的产品因热压时导热系数低、流动性差，内部容易出现预固化层，因高温产生的气体无法排除产生鼓包等缺点，而本发明中，采用真空冷冻干燥的成型工艺，有效避免了高温下预固化层的产生，以及高温下产生的气体而引起的鼓包现象，采用该工艺获得的产品能具有良好的外形，可以广泛运用于多个领域。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，该工艺以木纤维为原料，经拌料、模压预冷冻、真空冷冻干燥、出模得到木纤维复合材料制品，所述工艺包括具体如下步骤：步骤1、拌料：将木纤维与环保型冷固胶黏剂及助剂一起混合，搅拌均匀制得木纤维复合原料，所述助剂包括色粉、防腐剂、硬脂酸锌、石墨烯，按木纤维复合材料重量的百分比，所述色粉含量为0%～8%，所述防腐剂2%～10%，所述硬脂酸锌含量为0%～5%，所述的石墨烯含量为0%～3%；步骤2、模压预冷冻：将所述木纤维复合原料通过挤出设备挤入或铺入模具中，然后将所述模具置于冷冻环境中预冷冻，所述预冷冻环境温度为-40℃～-10℃，预冷冻时间为12～36h；步骤3、真空冷冻干燥：将预冷冻完成的所述模具送入真空冷冻干燥设备中，直至所述模具中的所述木纤维复合原料干透、固化，在真空冷冻干燥过程中，冷阱温度为-60℃～-20℃，真空冷冻干燥室真空度为0Pa～100Pa，真空冷冻干燥时间为1～48h；步骤4、出模：所述模具内的所述木纤维复合原料经真空冷冻干燥固化后，脱模即可得到与模具型腔结构一致的木纤维复合材料制品。
2.根据权利要求1所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述步骤1中木纤维复合原料的筛分值为20～120目。
3.根据权利要求1所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述步骤1中的环保型冷固胶黏剂选自蛋白质胶黏剂、改性淀粉胶黏剂或其衍生物胶黏剂、醋酸乙烯胶黏剂或其共聚物乳液胶黏剂中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述蛋白质胶黏剂为大豆蛋白胶黏剂或血胶蛋白胶黏剂。
5.根据权利要求3所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述醋酸乙烯胶黏剂为聚醋酸乙烯乳液胶黏剂。
6.根据权利要求1所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述步骤2中冷冻环境为工业冷冻箱或冷库。
7.根据权利要求1所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述步骤2中的模具上设置有排气通道和温度测量通道。
8.根据权利要求1所述的一种木纤维复合材料制品的真空冷冻干燥成型工艺，其特征在于，所述步骤4中脱模后木纤维复合材料制品的含水率小于11%。
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