CN109834776B - 一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料及方法，该碎木压密材料至少包括经过高周波热合在一起的两个压密木板层和设置于相邻两个所述压密木板层之间的压密碎木层；本发明提供的方法制备的压密材料的吸水膨胀率低，无甲醛释放。
Description
技术领域
本发明属于木板加工技术领域，特别涉及一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料及方法。
背景技术
在生产制造产品的过程中，在原定计划、设计的生产原料内、加工过程中没有完全消耗掉的，且无法再用于加工该产品项下制成品的数量合理的剩余废、碎料及下脚料，通常无法被有效利用，从而被废弃掉，造成大量的浪费，而刨花板则是将木材或其他木质纤维素材料制成的碎料，施加胶黏剂后在热力和压力作用下胶合制成人造板，解决了碎木无法利用的问题，但是，刨花板具有吸水膨胀率高和含有一定量的甲醛的问题，现急需一种工艺将碎木料制备成无甲醛、吸水膨胀率低的材料。
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(即高频波)无胶压密技术的碎木压密材料的制备方法，该方法制备的压密材料的吸水膨胀率低，无甲醛释放。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，该碎木压密材料至少包括经过高周波热合在一起的两个压密木板层和设置于相邻两个所述压密木板层之间的压密碎木层。
本发明的压密碎木层和压密木板层采用的原料均包括但不限于杨木、椴木、松木。
进一步地，压密碎木层包括碎木块和/或碎木颗粒，所述碎木块的长度不超过15cm，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm。
本发明还提供了一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
a.层叠处理：取2块或2块以上木板按照直接受力方向层叠放置，在相邻的2块所述木板之间铺放碎木和PVB中间膜，制得层叠木板；
b.加热加压处理：将所述层叠木板加热至80-100℃，保温8-10min，按所述直接受力方向根据第一压缩率进行加压处理，保压时间为6-10min；
c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为180-220℃，保温5-8min，进行固化处理，制得固化木板；
d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至30-40℃；
e.养生处理：将降温处理后的木板放置15-20天，即得基于高周波混材无胶压密材料。
本发明通过以上方法制备的压密材料能够充分地有效利用木材边角料，且显著地降低压密材料木板层的吸水膨胀率。
进一步地，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，还包括在相邻的2块木板之间设置木框，所述木框的长和宽均不大于所述木板的长和宽，所述碎木和PVB中间膜均放置于所述木框内。
本发明通过设置木框，能够将所有碎木框都框在木框中，起到很好的固定作用，避免压密过程中将碎木块从2块木板之间挤出。
进一步地，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，各层的叠放顺序依次为第一木板、第一PVB中间膜、碎木、第二PVB中间膜、第二木板，所述第一PVB中间膜和第二PVB中间膜均与碎木相接触。
进一步地，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，各层的叠放顺序依次为第一木板、碎木、第二木板，其中，碎木在铺放前先PVB中间膜碎片和塑性树脂颗粒充分混合均匀，所述PVB中间膜碎片的宽度不超过2cm。
进一步地，步骤a所述的在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜，所述碎木的铺放具体包括以下方法：
(1)在相邻的2块木板之间铺放规则和/或不规则的碎木块，所述碎木块的长度不超过15cm；
(2)在相邻的2块木板之间铺放碎木颗粒，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm；
(3)在相邻的2块木板之间的四周区域铺放碎木块，中间区域铺放碎木颗粒，所述碎木块和所述碎木颗粒的重量比为1-20:1-20，所述碎木块的长度不超过15cm，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm。
进一步地，加热加压处理和固化处理之间还包括升温压缩处理，具体方法为：将经过加热加压处理的木材利用高周波加热至木材温度为160-170℃，保温8-10min，按所述直接受力方向根据第二压缩率进行加压处理，保压时间为4-6min；所述第一压缩率为20％-30％，所述第二压缩率为50％-60％。
在进行加热加压处理后，还对木材进行升温压缩处理，加热使木材中的木质素、纤维素和半纤维素充分的熔化、流动、固定成型，三种成分充分的融合，分子间相互扩散，加压后三种成分的融合物质能够牢固的封闭木质纹孔，起到降低吸水膨胀率的作用。
进一步地，预处理木板与所述预处理碎木块的质量比为4-5:3-4。
本发明通过限定预处理木板与预处理碎木块的质量比，能够使最终产品各层的密度更加均匀。
进一步地，降温处理具体为：将固化木板以5-15℃/min的速度水冷至70℃-80℃，再放置于干燥窖内，控制干燥介质的干球温度与湿球温度差低于2-3℃，保持4-6h，再用20-30℃的风将固化木板风冷至30℃-40℃，所述水冷的水流速为0.5-1.1m/s，所述风冷的风速为5.4-8.8m/s。
由于木板比碎木块少1块，因此层叠处理时，最上层和最下层均为碎木块，而碎木块不易被高周波加热，因此通过保温时间使木板和碎木块受热均匀，进一步地提高粘结强度。
进一步地，步骤a所述的层叠处理中木板比碎木块少1块，层叠处理和所述加热加压处理前还包括预处理，所述预处理是将所述碎木块加热至60℃-70℃。
通过将碎木块预处理，可以缩短木板与碎木块升温时的温度差，使碎木块快速升温，进一步地提高粘结强度。
进一步地，步骤a所述的木板与碎木块的厚度比为1:1-100:1。
本发明通过限定木板与碎木块的厚度，能够进一步地缩短木板与碎木块升温时的温度差，避免长时间加热导致的焦糊问题。
进一步地，加热加压处理和所述固化处理之间还包括升温压缩处理，所述升温压缩处理具体是将加热加压木板用高周波加热至130℃-140℃，保温至木板的含水率为4％-5％。
该步骤是通过在下压板和最底层压密木之间设置筛网实现的，压密过程中产生的水分通过筛网流出，从而达到含水率降至4％-5％，本发明通过升温压缩处理，能够显著地降低压密材料的吸湿恢复率。
进一步地，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：
d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为130℃-140℃，水流速为3-5m/s；
d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为70℃-90℃，风冷温度为50℃-60℃，风冷方向与碎木块侧壁之间的角度为60°-90°。
本发明通过具体限定降温处理步骤，能够显著地降低压密材料的吸湿膨胀率。
进一步地，PVB中间膜的厚度为0.7mm-0.9mm，粘度为18.5-19.5Pa·s，所述PVB中间膜的弹性模量为8-90×106Pa，所述木板与所述PVB中间膜接触面的面积比为1:2-2:1。
其中，PVB膜可以采用任何能够实现该技术效果的TVB膜；本发明通过具体限定热塑性树脂膜为PVB中间膜，能够进一步地提高压密材料的各项性能指标
本发明提供的制备方法制备的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料具有粘结强度大、吸湿恢复率小、浸水恢复率小的特点。
附图说明
图1为通过高周波无胶压密技术对压密木和碎木同时进行压密制得的碎木压密材料的实物。
图2为通过高周波无胶压密技术对碎木单独压密制得的碎木压密材料的结构示意图；
图3为先通过高周波技术对碎木进行预处理，再与压密木通过高周波热合制得的碎木压密材料的结构示意图；
图4为通过高周波无胶压密技术对压密木和碎木同时进行压密制得的碎木压密材料的结构示意图；
图5为通过高周波无胶压密技术对压密木和碎木同时进行压密制得的碎木压密材料的结构示意图。
其中，1为第一压密木板层，2为压密碎木层，3为第二压密木板层，图2中的压密碎木层包括多个规则碎木块，图3中的压密碎木层包括多个不规则的碎木块，图4中的压密碎木层包括四周区域设置的碎木块和中间区域为碎木颗粒，图5中的压密碎木层包括碎木颗粒，且两个压密木板层中间设有木框，碎木颗粒放置于木框中。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种碎木压密材料，该碎木压密材料的制备方法包括如下步骤：
a.层叠处理：取2块或2块以上木板按照直接受力方向层叠放置，在相邻的2块所述木板之间铺放碎木和PVB中间膜，制得层叠木板；
b.加热加压处理：将所述层叠木板加热至100℃，保温8min，按所述直接受力方向根据第一压缩率进行加压处理，保压时间为6min；
c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为180℃，保温5min，进行固化处理，制得固化木板；
d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至70℃；
e.养生处理：将降温处理后的木板放置15天，即得基于高周波混材无胶压密材料；
PVB膜与碎木块和木板的面积相同，木板的长度和宽度分别为0.5m和0.2m，木板采用加拿大枫木，厚度为10cm，含水量为12％，碎木块的材质为松木材，厚度为5cm；
PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为18.5Pa·s，所述PVB中间膜的弹性模量为80×106Pa，所述木板与所述PVB中间膜接触面的面积比为1:2；
本发明的PVB膜均购自上海美邦塑胶有限公司。
实施例2
本实施例提供了一种碎木压密材料，该碎木压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理和固化处理之间还包括升温压缩处理，具体方法为：将经过加热加压处理的木材利用高周波加热至木材温度为160℃，保温8min，按所述直接受力方向根据第二压缩率进行加压处理，保压时间为4min；所述第一压缩率为20％，所述第二压缩率为50％。
实施例3
本实施例提供了一种碎木压密材料，该碎木压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，降温处理具体为：将固化木板以5℃/min的速度水冷至70℃，再放置于干燥窖内，控制干燥介质的干球温度与湿球温度差低于2℃，保持4h，再用20℃的风将固化木板风冷至30℃，所述水冷的水流速为0.5m/s，所述风冷的风速为5.4m/s。
试验例1甲醛排放
将试验1-3组制备的长宽高分别为2m、1m、0.3m的压密材料和刨花板(购自山东临沂宏泽板材厂)放置于10cm2房间内，调整温度为80℃，密封放置15天后，采用甲醛检测仪(购自济南创辉电子科技有限公司)检测木材中甲醛的排放量，其中，试验1-3组采用实施例3的方法制备而成，且层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，各层的叠放顺序依次为第一木板、第一PVB中间膜、碎木、第二PVB中间膜、第二木板，所述第一PVB中间膜和第二PVB中间膜均与碎木相接触。
表1.不同材质的木材用高周波热合后的甲醛排放
| 组别 | 木材 | 甲醛排放量(mg/m<sup>3</sup>) |
| 试验1组 | 加拿大枫木 | 无 |
| 试验2组 | 杨木 | 无 |
| 试验3组 | 松木 | 无 |
| 刨花板 | - | 0.15 |
试验结果：PVB膜复合的压密材料无甲醛排放。
试验例2吸水膨胀率测试
实施例4-5和对照例1-2的参数对照见表2，其他为标识的参数与实施例3相同，将各实施例3-5和对照例1-2制得的压密材料放置于恒温恒湿试验箱中，质量恒定(对各压密材料进行称重，24h后进行二次称重，两次称重的质量差小于压密材料质量的1％即认为是质量恒定)后，测定各压密材料的中心的厚度，将各压密材料浸于pH为7±1，温度为20±2℃的水槽中，压密材料垂直于水平面，并保持压密材料上表面低于水面高度，压密材料下表面与水槽底部的距离为10cm，个压密材料之间不接触，共浸泡24h，取出各压密材料，去除表面水渍，在30min内测定各压密材料的中心的厚度，计算吸水膨胀率T(％)，T是木材膨胀前后厚度的差值与压密前后的厚度的差值的比值.结果见表2。
表2.各个实施例和对照例的吸水膨胀率测定结果
试验结果表明：试验例4-6的吸水膨胀率均小于对照例1和对照例2，证明本发明在原方法基础上增加升温压缩步骤，能够显著地降低压密材料的吸水膨胀率。
试验例3性能指标考察
实施例7-11和对照例3-4采用实施例3的方法制成，各实施例和对照例的碎木类型、尺寸以及PVB中间膜的处理方式和碎木的摆放方式见表3，对照例5采用常规的刨花板(购自山东临沂宏泽板材厂)，分别测定实施例7-11和对照例3-5的压密材料在常温常压条件下放置1年后的顺纹抗压、顺纹抗拉、抗弯强度、顺纹剪切、横纹剪切和含水率差值，含水率差值为放置1年后测定的含水率与当时测定的含水率的差值；每组分别做5个平行样，结果取平均值考，考察结果见表4；
表3.各压密材料的参数设置
注：该处的PVB中间膜不处理即为整张的PVB中间膜，PVB中间膜碎片指的是将PVB中间膜裁剪为宽度为1.5cm的长条状，塑性树脂颗粒的成分与PVB中间膜的成分相同，球状，粒径为0.5cm；各实施例提到的PVB膜、PVA膜和PVB中间膜碎片+塑性树脂颗粒的重量相同，均为5g；
表4各性能测定结果
由表4可知，本申请提供的压密材料的各性能均比对照例3-5好，且本申请提供的压密材料放置一年后的含水率差值显著地低于对照例3-5的材料，证明通过限定碎木块的层叠方式和PVB中间膜的放置方式能够显著地提高压密材料的抗吸潮能力。
试验例4各层密度均匀度试验
按照实施例3的方法制备实施例12-14和对照例6的压密材料，实施例12-14和对照例6的木板与碎木块的质量比见表5，实施例12-14和对照例6均采用三层(即木板-碎木块-木板)压密而成，压密后将各压密材料的木板层和碎木块层切割分离，分别测定各层的密度，测定结果见表5。
表5.各组压密材料各层密度测定试验结果
由表5可知，本发明通过具体限定预处理木板与所述预处理碎木块的密度比，能够显著地提高压密材料各层密度的均匀度。
试验例5吸湿膨胀率试验
实施例15-16和对照例7-8均采用实施例3的方法制备而成，具体参数改变见表6，未标识的其他参数与实施例3相同，将各组压密材料在相对湿度为90％的条件下放置到150天，测定吸湿膨胀率，吸湿膨胀率：压密材料膨胀前后厚度的差值与膨胀前厚度的比值，即为吸湿膨胀率，测定结果见表7。
表6.降温处理各参数
表7.吸湿膨胀率测定试验结果
| 组别 | 吸湿膨胀率(％) |
| 实施例3 | 1.4 |
| 实施例15 | 1.2 |
| 实施例16 | 0.9 |
| 对照例7 | 4.6 |
| 对照例8 | 3.4 |
由表7可知，本发明通过具体限定降温处理步骤，能够显著地降低压密材料的吸湿膨胀率。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，所述碎木压密材料至少包括经过高周波热合在一起的两个压密木板层和设置于相邻两个所述压密木板层之间的压密碎木层；压密碎木层包括碎木块和/或碎木颗粒，所述碎木块的长度不超过15cm，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm；
所述基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料通过以下步骤制备而成：
a.层叠处理：取2块或2块以上木板按照直接受力方向层叠放置，在相邻的2块所述木板之间铺放碎木和PVB中间膜，制得层叠木板；
b.加热加压处理：将所述层叠木板加热至80-100℃，保温8-10min，按所述直接受力方向根据第一压缩率进行加压处理，保压时间为6-10min；
c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为180-220℃，保温5-8min，进行固化处理，制得固化木板；
d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至30-40℃；
e.养生处理：将降温处理后的木板放置15-20天，即得基于高周波混材无胶压密材料；
所述加热加压处理和固化处理之间还包括升温压缩处理，具体方法为：将经过加热加压处理的木材利用高周波加热至木材温度为160-170℃，保温8-10min，按所述直接受力方向根据第二压缩率进行加压处理，保压时间为4-6min；所述第一压缩率为20％-30％，所述第二压缩率为50％-60％。
2.如权利要求1所述的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，还包括在相邻的2块木板之间设置木框，所述木框的长和宽均不大于所述木板的长和宽，所述碎木和PVB中间膜均放置于所述木框内。
3.如权利要求1所述的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，各层的叠放顺序依次为第一木板、第一PVB中间膜、碎木、第二PVB中间膜、第二木板，所述第一PVB中间膜和第二PVB中间膜均与碎木相接触。
4.如权利要求1所述的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，步骤a所述的层叠处理在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜时，各层的叠放顺序依次为第一木板、碎木、第二木板，其中，碎木在铺放前先PVB中间膜碎片和塑性树脂颗粒充分混合均匀，所述PVB中间膜碎片的宽度不超过2cm。
5.如权利要求1所述的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，步骤a所述的在相邻的2块木板之间铺放碎木和PVB中间膜，所述碎木的铺放具体包括以下方法：
(1)在相邻的2块木板之间铺放规则和/或不规则的碎木块，所述碎木块的长度不超过15cm；
(2)在相邻的2块木板之间铺放碎木颗粒，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm；
(3)在相邻的2块木板之间的四周区域铺放碎木块，中间区域铺放碎木颗粒，所述碎木块和所述碎木颗粒的重量比为1-20:1-20，所述碎木块的长度不超过15cm，所述碎木颗粒的粒径不超过2cm。
6.如权利要求1所述的基于高周波无胶压密技术的碎木压密材料，其特征在于，所述降温处理具体为：将固化木板以5-15℃/min的速度水冷至70℃-80℃，再放置于干燥窖内，控制干燥介质的干球温度与湿球温度差低于2-3℃，保持4-6h，再用20-30℃的风将固化木板风冷至30℃-40℃，所述水冷的水流速为0.5-1.1m/s，所述风冷的风速为5.4-8.8m/s。
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Denomination of invention: A Crushed Wood Compaction Material and Method Based on High Frequency Non adhesive Compaction Technology Effective date of registration: 20230331 Granted publication date: 20211015 Pledgee: Guangping County Rural Credit Cooperative Pledgor: Guangping Kaiwang Compaction Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023130000028 |
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