CN109366658B - 基于高周波的复合凹凸板材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高周波的复合凹凸板材，复合凹凸板材至少一个侧面具有凹凸纹理，复合凹凸板材由如下方法制备而成：预处理、加热处理、加压处理、固化处理、降温处理和养生处理；本发明制备的凹凸板材的凹凸纹理具有随机性，保持了木材原有的天然属性，无需任何雕刻、模具等繁琐的加工程序，且通过本发明提供的方法制备的凹凸板材根据需要可实现单面具有凹凸纹理或双面具有凹凸纹理，增加了原有木板的强度和美感。
Description
技术领域
本发明属于木材加工技术领域，特别涉及一种基于高周波的复合凹凸板材。
背景技术
现有板材中，实现凹凸效果的方法有很多，比如利用模具、雕刻等方法，现有的方法普遍都通过预先设设定的模具来实现凹凸效果，不能体现木材天然原有的纹理，每块板的图文均类似，人工加工的痕迹明显，不能体现出每块板随机出现凹凸纹理特点，同时模具和雕刻的制备过程均比较复杂，成本较高，另外，现有的实现凹凸效果的方法均对板材的密度有所要求，如果密度不够则无法用于制备凹凸板材。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高周波的复合凹凸板材。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种基于高周波的复合凹凸板材，复合凹凸板材至少一个侧面具有凹凸纹理；复合凹凸板材主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：选取密度不超过0.5kg/m3的木板，控制木板的含水率为8％-18％、厚度不超过2cm；
b.加热处理：选取预处理后的N个木板层叠接触放置，N≥2，将预处理后的木板用高周波加热至木板的温度为60℃-80℃，保温2-3min；
c.加压处理：将加热处理后的木板按照预设压缩率S压缩，预设压缩率优选为10％-70％，设N个木板接触后的厚度为U1，加压后的厚度为U2，则P＝U1/U1；
d.固化处理：将加压处理后的木板在预设压缩率不变的条件下，再用高周波将木板加热至200-240℃，保温4-6min。
e.降温处理：将加压处理后的木板在原有压缩率的条件下进行梯度降温；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置8-10天，即得基于高周波的复合凹凸板材。
其中，木板的纹理方向与其厚度方向垂直；本发明制备的凹凸板材的凹凸纹理具有随机性，保持了木材原有的天然属性，无需任何雕刻、模具等繁琐的加工程序，一次压缩产生m个不同形状凹凸面，凹凸面个数m，m＝2*(o-1)(o≥2，o表示木板的个数)，其中有两个单面具有凹凸纹理的凹凸板，m-2个双面具有凹凸纹理的凹凸板，且通过本发明提供的方法制备的凹凸板材根据需要可实现单面具有凹凸纹理或双面具有凹凸纹理，增加了原有木板的美感；本发明提供的制备方法简单，通过上述几个步骤可将多块木材压制成为具有凹凸纹理的凹凸板材，同时实现甲醛和二甲苯的含量为零。
优选地，步骤b加热处理前的选取的N个木板由一块板材切割而成，N个木板的厚度相同或不同，可以沿纹理方向切割或者斜面(比如5％)切割；优选的是不完全锯断(如图3)，在木板边缘处留置0.5-1cm使三块木板保持连接，防止压缩后上下木板错位，该方法制备的凹凸板材能够确保凹凸纹更加均匀，且运输方便。
优选地，在相邻木板边缘0.5-1cm处设置热熔胶膜，防止压缩后上下木板错位，该方法制备的凹凸板材能够确保凹凸纹更加均匀，且运输方便。
进一步的改进，步骤a预处理的木板的表面粗糙度不超过2.5μm。
本发明通过限定木板的表面粗糙度，能够避免相邻两个木板压缩后咬合在一起难以分离。
进一步的改进，加热处理过程中，利用高周波分别对木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.88-0.94；固化处理过程中利用高周波分别对将经过加热压缩处理的木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.93-0.96。
本发明通过以上限定，能够避免外层木板焦糊而内层木板温度无法达到要求而压缩失败。
进一步的改进，步骤b中N个木板中任意两个木板的密度差不超过0.15kg/m3。
本发明通过具体限定加热处理时任意两块木板的密度差，能够提高压缩后的木板的凹凸纹理的深度。
进一步的改进，步骤d降温处理具体包括以下步骤：
用水冷技术将经过固化处理的木材表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木材平均温度为70-90℃，水冷技术的水流速为4.5-5m/s，当木材表面温度冷却至120-130℃，同时进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃，风向与木材的上下表面均成55-58°夹角。
本发明通过以上方法进行降温，能够降低凹凸板材的变形回复率至0.5％。
进一步的改进，步骤a的预处理包括将各木板横向层叠接触、纵向并排排列接触或其二者的任意组合，优选为，木板的压缩方向为3个，每个压缩方向至少有两块木板。
本发明提供的方法不仅可以压缩横向层叠排列的木板，也可以将多个木板纵向并排排列进行压缩，或横向层叠排列与纵向并排排列相结合，三种模式压制的凹凸纹理均不相同，可在每块木板的任一侧面形成凹凸纹理，可以将多余的边角料及小木板相接触压制凹凸纹理，减少浪费。
进一步的改进，当各木板之间为层叠接触时，高压高温处理后木板的压缩率为P，设各木板的密度分别为ρ1、ρ2…ρn，则各木板的平均密度为
和P满足以下条件：
当
当
当
本发明通过以上方法可以根据木板的密度调整压缩率，能够避免压缩率过小无法压出凹凸纹理或压缩率过大导致凹凸纹理太深、不够美观或者产生裂纹。
进一步的改进，当步骤c加压处理后的木板的厚度小于1cm时，在预处理后的木板的上表面或下表面覆盖有电绝缘布。
本发明通过在预处理后的木板的上表面和下表面覆盖电绝缘布，能够避免高周波加热时产生强烈的电弧导致设备烧毁。
进一步的改进，复合凹凸板材放置14天后的变形回复率小于0.5％，抗弯强度为80-100MPa。
进一步的改进，复合凹凸板材的凹凸纹理的深度为400-10000μm。
进一步的改进，制备木板的原料取自杨木、椴木和辐射松中的一种或多种。
本发明提供的材料可用于制备航母内仓、军舰内仓、游轮内仓、地板、门或柜橱；本发明提供的方法制备的材料绿色环保、安全，不会对人体产生任何伤害。
本发明制备的凹凸板材的凹凸纹理具有随机性，保持了木材原有的天然属性，无需任何雕刻、模具等繁琐的加工程序，且通过本发明提供的方法制备的凹凸板材根据需要可实现单面具有凹凸纹理或双面具有凹凸纹理，增加了原有木板的强度和美感。
附图说明
图1为两个木板压缩制备的两个具有单面凹凸纹理的凹凸板材；
图2为三个木板压缩制备的两个具有单面凹凸纹理的凹凸板材和一个具有双面凹凸纹理的凹凸板材；
图3为由一块切割为三块木板时不完全切断，利用这三块木板压制的两个具有单面凹凸纹理的凹凸板材和一个具有双面凹凸纹理的凹凸板材；
图4为由本发明提供的方法制备的凹凸板材1；
图5为由本发明提供的方法制备的凹凸板材2；
图6为由本发明提供的方法制备的凹凸板材3。
注，图中不同的编号表示不同的木板。
具体实施方式
实施例1-7
实施例1-7提供了7种复合凹凸板材，均由如下步骤制备而成：
a.预处理：选取密度不超过0.5kg/m3的木板，控制木板的含水率为8％-18％、厚度不超过2cm；
b.加热处理：选取预处理后的N个木板层叠接触放置，N≥2，将预处理后的木板用高周波加热至木板的温度为80℃-100℃，保温2-3min；
c.加压处理：将加热处理后的木板按照预设压缩率S压缩，预设压缩率优选为10％-70％，设N个木板接触后的厚度为U1，加压后的厚度为U2，则S＝U2/U1；
d.固化处理：将加压处理后的木板在预设压缩率不变的条件下，再用高周波将木板加热至200-240℃，保温4-6min。
e.降温处理：将加压处理后的木板在原有压缩率的条件下进行梯度降温；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置8-10天，即得基于高周波的复合凹凸板材；
步骤a预处理的木板的表面粗糙度不超过2.5μm；
加热处理过程中，利用高周波分别对木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.88-0.94；固化处理过程中利用高周波分别对将经过加热压缩处理的木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.93-0.96；
步骤b中N个木板中任意两个木板的密度差不超过0.15kg/m3；
步骤d降温处理具体包括以下步骤：
用水冷技术将经过固化处理的木材表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木材平均温度为70-90℃，水冷技术的水流速为4.5-5m/s，当木材表面温度冷却至120-130℃，同时进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃，风向与木材的上下表面均成55-58°夹角；
当各木板之间为层叠接触时，高压高温处理后木板的压缩率为P，设各木板的密度分别为ρ1、ρ2…ρn，则各木板的平均密度为
和P满足以下条件：
当
当
当
其中，实施例1-7的具体参数见表1。
表1.实施例1-7的具体参数
实施例8基于高周波的复合凹凸板材
实施例8提供了一种复合凹凸板材；复合凹凸板材由如下步骤制备而成：
a.预处理：选取密度不超过0.5kg/m3的木板，控制木板的含水率为8％-18％、厚度不超过2cm；
b.加热处理：选取预处理后的3个木板接触放置，3个木板的密度分别为0.46kg/m3、0.39kg/m3、0.43kg/m3，控制木板的含水率分别为9％、11％、13％、厚度分别为0.6cm、0.8cm和0.4cm，将预处理后的木板用高周波加热至木板的温度为100℃，加热时间为3min；
c.加压处理：将加热处理后的木板按照预设压缩率S压缩，预设压缩率为10％，设N个木板接触后的厚度为U1，加压后的厚度为U2，则P＝U1/U1；
d.固化处理：将加压处理后的木板在预设压缩率不变的条件下，再用高周波将木板加热至2240℃，保温5min；
e.降温处理：将加压处理后的木板在低温条件下强制冷却一定的时间；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置12天，即得基于高周波的复合凹凸板材；
其中，步骤e降温处理具体包括以下步骤：
e1：将步骤d高温处理后的木板放置于95℃环境下，放置8min，制得第一降温板；
e2：将步骤e1制得的第一降温板放置于75℃环境下，放置15min，制得第二降温板；
e3：将步骤e2制得的第二降温板放置于45℃环境下，放置20min；
其中，制备木板的原料分别取自杨木、椴木和辐射松；
其中，步骤c加压处理后的3个木板的总厚度为0.9cm，在预处理后的木板的上表面覆盖有电绝缘布。
对照例1-14
对照例1-14提供了14种基于高周波的复合凹凸板材，与实施例3的区别在于各参数不同，具体参数见表2和表3。
表2.对照例1-7的具体参数
表3.对照例8-14的具体参数
表4.对照例15-18的具体参数
其中，加热温度1和保温时间1指的是加热加压处理时的温度和时间，加热温度2和保温时间2指的是固化时的温度和时间，含水率为该木板的平均含水率，如在该木板是平均取5个点，测定每个点的含水率，平均含水率为5个含水率的和除以5得到的数值；实施例1中的两个木板分别采用杨木和椴木制成，除实施例1外的所有试验例及对照例的三个木板均分别采用杨木、椴木和辐射松制成。
对照例19基于高周波的复合凹凸板材
对照例19提供了一种凹凸板材，复合凹凸板材由如下步骤制备而成：
a.预处理：选取密度不超过0.5kg/m3的木板，控制木板的含水率为8％-18％、厚度不超过2cm；
b.加热处理：选取预处理后的3个木板接触放置，3个木板的密度分别为0.46kg/m3、0.39kg/m3、0.43kg/m3，控制木板的含水率分别为9％、11％、13％、厚度分别为0.6cm、0.8cm和0.4cm，将预处理后的木板用高周波加热至木板的温度为100℃，加热时间为3min；
c.加压处理：将加热处理后的木板按照预设压缩率S压缩，预设压缩率为10％，设N个木板接触后的厚度为U1，加压后的厚度为U2，则P＝U2/U1；
d.固化处理：将加压处理后的木板在预设压缩率不变的条件下，再用高周波将木板加热至240℃，保温5min；
e.降温处理：将加压处理后的木板在低温条件下强制冷却一定的时间；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置12天，即得基于高周波的复合凹凸板材；
其中，制备木板的原料分别取自杨木、椴木和辐射松；
冷却处理步骤通实施例5；
其中，步骤c加压处理后的3个木板的总厚度为0.9dm，预处理后的木板的上表面和下表面均未覆盖有电绝缘布。
实验例1凹凸板材的压制效果试验
取实施例1-7、对照例1-11和中国专利CN107901178A制备的凹凸环保型门板作为试验1-7组、对照1-11组和阳性1组，评价各组凹凸板材的凹凸效果，每组取5个平行样，结果取平均值，考察结果见表5；
表5.各组凹凸板材的压制效果
从表5中可以看出木板的含水率、厚度、密度、加热时间、加热温度均对凹凸板材的压制效果具有显著的影响，只有当木材的含水率控制在8％-18％，厚度控制在2cm以内，密度控制在0.5kg/m3以下，加热时间控制在2-3min，加热温度控制80℃-100℃，制得凹凸板材才会纹理清晰分明、密度均匀、无裂缝和膨胀现象；当加热温度、时间继续升高，则投入和产出不成正比，本发明提供的方法制备的凹凸板材的凹凸纹理均不一致，具有独特性，且能够制得单面具有凹凸纹理的凹凸板材(见图1)和双面具有凹凸纹理的凹凸板材(见图2)。
实验例2变形回复率的考察
按照实施例3-5、对照例12-15和中国专利CN101195291B制备的表面凹凸型装饰板材的制备方法制备凹凸板材作为试验8-10组、对照12-15组和阳性2组，分别考察各组凹凸板材压缩前、制备完成后的厚度和制备完成后放置30天后的厚度，计算变形回复率R，结果见表6；
R＝Tr-Tc/T0-Tc，其中，Tr为放置30天后凹凸板材的厚度，Tc为压缩后凹凸板材的厚度，T0为压缩前凹凸板材的厚度。
表6.变形回复率的考察结果
从表6中可以看出，降温方法对凹凸板材的变形回复率均有显著的影响，本发明提供的降温处理的方法和养生时间能够显著的降低凹凸板材的变形回复率，当降温的处理的参数改变或养生时间短时，均会显著地提高凹凸板材的变形回复率，且本发明制得的凹凸板材的变形回复率显著地低于阳性2组的凹凸板材。
实验例3性能指标的考察
采用实施例5-7和中国专利CN101195291B制备的表面凹凸型装饰板材的制备方法制备的凹凸板材作为试验11-13组和阳性3组，考察各组凹凸板材的性能指标，结果见表7；
表7.高温减压处理各参数的考察结果
由表7可知，压预设压缩率与密度关系密切，按照本发明提供的方法设定压缩率，制得的凹凸板材的各项性能指标优良，当预设压缩率与密度不匹配(未按照本发明提供的方法设定)时，则会显著地降低凹凸板材的各项性能指标，且本发明制备的凹凸板材相对于使用模板制备的凹凸板材的比重以及其他指标更加优良。
试验例4焦糊度试验
采用实施例8和对照例16-18的方法制备的凹凸板材作为试验14组和对照16-18组，考察各组凹凸板材正反两面的焦糊度，结果见表8；焦糊度(％)＝凹凸板材正反两面的焦糊面积/凹凸板材正反两面的表面积；
表8.焦糊度试验结果
由表8可知，当加压处理后的木板的厚度小于1cm时，需在预处理后的木板的上表面或下表面覆盖电绝缘布，且热压缩处理和升温压缩处理过程中，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.88-0.94；固化处理过程中，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.93-0.96，否则会出现焦糊情况或损毁设备。
试验例5
采用实施例4-5和对照例16的方法制备凹凸板材，计算拉开相邻两个木板所使用的拉力，结果见表9。
表9.各组凹凸板材压制后的分离拉力试验结果
由表9可知，通过限定木板的表面摩擦力，能够显著地降低压制后两个木板拉开所需的拉力，当木板的表面摩擦力超过2.5μm后，则需要相对较高的拉力才能将两块木板分离开。
Claims (8)
1.基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，复合凹凸板材至少一个侧面具有凹凸纹理；所述复合凹凸板材主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：选取密度不超过0.5kg/m3的木板，控制木板的含水率为8%-18%、厚度不超过2cm；
b.加热处理：选取预处理后的N个木板层叠接触放置，N≥2，将预处理后的木板用高周波加热至木板的温度为60℃-80℃，保温2-3min；
c.加压处理：将加热处理后的木板按照预设压缩率S压缩，设N个木板接触后的厚度为U1，加压后的厚度为U2，则S=U2/U1；
d.固化处理：将加压处理后的木板在预设压缩率不变的条件下，再用高周波将木板加热至200-240℃，保温4-6min；
e.降温处理：将加压处理后的木板在原有压缩率的条件下进行梯度降温；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置8-10天，即得基于高周波的复合凹凸板材；
步骤a预处理的木板的表面粗糙度不超过2.5μm；
加热处理过程中，利用高周波分别对木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.88-0.94；固化处理过程中利用高周波分别对将经过加热压缩处理的木材的中间区域和四周区域进行加热，中间区域高周波的频率与四周区域高周波的频率比为1：0.93-0.96；
步骤b中所述N个木板中任意两个所述木板的密度差不超过0.15kg/m3。
2.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，所述预设压缩率为10%-70%。
3.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，步骤e所述降温处理具体包括以下步骤：
用水冷技术将经过固化处理的木材表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木材平均温度为70-90℃，水冷技术的水流速为4.5-5m/s，当木材表面温度冷却至120-130℃，同时进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃，风向与木材的上下表面均成55-58°夹角。
4.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，步骤a所述的预处理包括将各木板横向层叠接触、纵向并排排列接触或其二者的任意组合。
5.如权利要求4所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，木板的压缩方向为3个，每个压缩方向至少有两块木板。
6.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，当步骤c所述加压处理后的木板的厚度小于1cm时，在预处理后的木板的上表面或下表面覆盖有电绝缘布。
7.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，所述复合凹凸板材放置14天后的变形回复率小于0.5%，抗弯强度为80-100MPa。
8.如权利要求1所述的基于高周波的复合凹凸板材，其特征在于，所述复合凹凸板材的凹凸纹理的深度为400-10000μm。
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