CN111347511A - 基于高周波混材无胶复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，该方法是将至少两块密度不超过0.7kg/m3的木板通过高周波进行加热压制使相邻两个所述木板之间形成退化连接层，所述制备方法具体包括以下步骤：预处理、层叠处理、加热加压处理、固化处理、降温处理和养生处理；本发明提供的方法制备的复合新材料具有强度高、韧性大、甲醛和二甲苯含量低的特点，同时还具有防水和防裂的性能。
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混材无胶复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，复合材料的研究与应用受到了高度的关注，其具有多种优良性能，无需二次加工，安装方便，但现有的复合材料多采用含有甲醛、二甲苯等对人体有害的有机材料，危害人体健康，无法满足人们的需求，同时多种木板制成的复合材料还存在开胶等问题，不良率高，增加了生产成本。
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混材无胶复合材料的制备方法，该方法制备的复合材料中甲醛和二甲苯含量低，不良率低，同时还降低了生产成本。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，该制备方法主要包括将至少两块密度不超过0.7kg/m3的木板通过高周波进行加热压制使相邻两个所述木板之间形成退化连接层步骤，具体包括以下步骤：
a.预处理：将木板处理至含水率为8％-18％、厚度不超过10cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块或2块以上预处理木板按照至少一个受力方向层叠放置，制得层叠木板，受力方向包括直接压力方向和间接压力方向；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为80-100℃，保温4-6min，再按受力方向根据预设压缩率进行加压处理；
d.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；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为70-90℃，水冷技术的水流速为0.9-1.5m/s，当木板表面温度冷却至85-90℃，进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置15-20天，即得基于高周波混材无胶复合材料的制备方法。
其中，预处理木板在层叠处理前需用锡纸或塑料缠绕，目的是减轻预处理木板的含水率随周围环境而改变的程度，受力方向分为直接受力方向和间接受力方向，直接受力方向指的是压力方向与木板层叠方向相同，间接受力方向指的是压力方向与木板层叠方向相垂直，冷却处理过程中，根据木材的大小和材质，可以适当冷却到30-50℃。在实际生产中，当需要冷却到较低温度时，通过延长传送带的长度来实现；并且冷却时需要在木材的上下表面放置温度为180-220℃的金属板，金属板与木材的面积比优选为1.4-1.6：1，水冷技术为用水对金属板进行冷却，由于金属板表面温度高，大量的水浇注金属板上时，金属板的温度还可以通过蒸汽带走，进而对木材进行匀速降温，提高降温效果，需要指出的是，冷却时的金属板和高周波加热时的金属板可以为相同或者不同的金属板；本发明通过以上方法制备的复合材料，能够增大木板的密度、比重、顺纹抗压强度和抗弯强度，制得的复合材料强度高、防水性好、不变形，使用时直接切削即可，无需涂漆即可达到漆面的效果。
进一步的改进，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150-155℃，保温5-10min，高周波的频率为15-17MHz，加热速度为15-20℃/min，再用水冷却至木材温度为100-110℃，冷却速度为3-5℃/min，然后再进行第二次压缩。
在进行加热加压处理后，还对木材进行升温压缩处理，目的是对木材吸水的结构进行再压缩，清除掉了压缩后木材可能存在的吸水情况，显著提高其稳定性，减低其吸水性能。二次压缩的压缩率＝5-10％。
优选地，风向与木板的上下表面均成55-58°夹角。
进一步的改进，复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为过盈配合的榫头和榫眼；步骤b层叠处理中：2块或2块以上预处理木板按照间接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的第一预处理木板和第二预处理木板的密度分别为ρa和大于等于ρa的ρb，第一预处理木板和第二预处理木板相邻的纹理方向的边沿分别设有榫头和与榫头间隙配合的榫眼，其中，榫头上设有至少一个粗糙度为Ra的粗糙面，Ra＝w/ρa，w＞0，w为大于0的系数，粗糙度Ra的单位是μm。
进一步的改进，复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为两个凹凸面和两个凹凸面之间的热塑性树脂薄膜；步骤b层叠步骤中：2块或2块以上预处理木板按照直接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的两块预处理木板之间设有热塑性树脂薄膜。
进一步的改进，热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.5-0.9mm，粘度为15.6-16.4Pa.s，PVB中间膜的弹性为8-9×106Pa·s，木板与PVB中间膜接触面的面积比为100:1-100:100。
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，能够进一步地提高复合材料的各项性能指标。
进一步的改进，复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为两个相互配合的凹凸面，两个凹凸面的非峰处和非谷处具有热塑性树脂薄膜，见图1。
进一步的改进，步骤c的预设压缩率P按如下方法预设使得压缩后密度大于任一压缩前木板密度；
C1:计算压缩前木板的平均密度
其中，N个木板层叠接触后的厚度为U1，加压处理后的厚度为U2，则P＝U2/U1*100％，设各木板的密度分别为ρ1、ρ2…ρn，则各木板的平均密度为
C2.
和P满足以下条件：
当
P≤20％；
当
20％＜P≤50％；
当
50％＜P≤70％。
本发明通过限定压缩率与密度之间的关系，可以避免压缩率不够导致的复合材料各项性能差或压缩过度导致的复合材料开裂等问题。
进一步的改进，步骤d固化处理是通过高周波进行加热，高周波的电极组数为N，将预处理后的木板沿电极组横向排列的方向均分为N个部分，测定每个部分的平均含水率Q，设固化处理过程中采用高周波加热时木板的温度为T，加热时间为t，则Q、T和t满足以下条件：
当8％≤Q≤10％，则180℃≤T≤185℃，1min≤t＜2min；
当10％＜Q≤12％，则185℃＜T≤190℃，2min≤t＜4min；
当12％＜Q≤14％，则190℃＜T≤200℃，4min≤t＜5min；
当14％＜Q≤18％，则200℃＜T≤210℃，5min≤t≤6min。
本发明将木板分为多个部分，根据不同部分含水率的不同设定高温处理过程的温度和加热时间，能够避免因加热不均导致复合材料外表面糊化的问题。
进一步的改进，加热加压处理过程中，利用高周波分别对木板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加压处理的木板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。
进一步的改进，步骤c中加热加压处理后的木板的厚度小于1cm时，在加热加压处理前的木板的上表面或下表面覆盖有电绝缘布。
本发明通过限定加热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设置电绝缘布，能够避免因木板厚度不够而导致高周波产生强烈的电弧，进而导致设备烧毁。
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。
进一步的改进，材料使用前需进行抛光处理。
本发明提供的制备方法制备的复合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。
本发明提供的制备方法制备的基于高周波混材无胶复合材料具有强度高、韧性大、甲醛和二甲苯含量低的特点，同时还具有防水和防裂的性能。
附图说明
图1为基于高周波混材无胶复合材料的制备方法的剖视图(各预处理木板按照直接受力方向层叠放置组成层叠木板)；
图2为基于高周波混材无胶复合材料的制备方法的俯视图(各预处理木板按照间接受力方向层叠放置组成层叠木板)；
图3为木板与玻璃板制成的高周波混材无胶复合材料的实物图。
其中，1为第一块木板，2为PVB中间膜，3为第二块木板，4为第三块木板，5为第四块木板，6为榫头，7为榫眼。
具体实施方式
实施例1-8
实施例1-8提供了8种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，该8种复合材料由至少两块密度不超过0.7kg/m3的木板通过高周波加热压制而成，相邻木板之间形成退化连接层，该制备方法包括如下步骤：
a.预处理：将木板处理至含水率为8％-18％、厚度不超过10cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块或2块以上预处理木板按照至少一个受力方向层叠放置，制得层叠木板，受力方向包括直接压力方向和间接压力方向；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为80-100℃，保温4-6min，再按受力方向根据预设压缩率进行加压处理；
d.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；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为70-90℃，水冷技术的水流速为0.9-1.5m/s，当木板表面温度冷却至85-90℃，进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃，优选地，风向与木板的上下表面均成55-58°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置15-20天，即得基于高周波混材无胶复合材料的制备方法；
步骤b层叠步骤中：2块或2块以上预处理木板按照直接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的两块预处理木板之间设有热塑性树脂薄膜；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.5-0.9mm，粘度为15.6-16.4Pa.s，PVB中间膜的弹性为8-9×106Pa·s，木板与PVB中间膜接触面的面积比为100:1-100:100；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司；
步骤c的预设压缩率P按如下方法预设使得压缩后密度大于任一压缩前木板密度；
C1:计算压缩前木板的平均密度
其中，N个木板层叠接触后的厚度为U1，加压处理后的厚度为U2，则P＝U2/U1*100％，设各木板的密度分别为ρ1、ρ2…ρn，则各木板的平均密度为
C2.
和P满足以下条件：
当
P≤20％；
当
20％＜P≤50％；
当
50％＜P≤70％；
实施例1-8中各木板均加热加压前为上下层叠排列；
其中，实施例1-8的具体参数见表1。
表1.实施例1-8的具体参数
其中，PVA指的是聚乙烯醇树脂、PVB指的是聚乙烯醇缩丁醛树脂，PVC指的是聚氯乙烯树脂；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，加热加压频率比指的是加热加压处理过程中，利用高周波分别对木板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，固化过程频率比指的是固化处理过程中利用高周波分别对将经过加热加压处理的木板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，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9-11
实施例9-11以实施例5的方法中的各参数为基础，区别之处在于：
木板数目为5，每块木板的厚度均相同，且为8cm，步骤d固化处理是通过高周波进行加热，高周波的电极组数为N，将预处理后的木板沿电极组横向排列的方向均分为N个部分，测定每个部分的平均含水率Q，设固化处理过程中采用高周波加热时木板的温度为T，加热时间为t，则Q、T和t满足以下条件：
当8％≤Q≤10％，则180℃≤T≤185℃，1min≤t＜2min；
当10％＜Q≤12％，则185℃＜T≤190℃，2min≤t＜4min；
当12％＜Q≤14％，则190℃＜T≤200℃，4min≤t＜5min；
当14％＜Q≤18％，则200℃＜T≤210℃，5min≤t≤6min；
步骤b层叠处理中：将5块预处理木板按照间接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的第一预处理木板和第二预处理木板的密度分别为ρa和大于等于ρa的ρb，第一预处理木板和第二预处理木板相邻的纹理方向的边沿分别设有榫头和与榫头间隙配合的榫眼，其中，榫头上设有至少一个粗糙度为Ra的粗糙面，Ra＝w/ρa，w＞0；
以下实施例中w＝5；
实施例9-11具体参数见表2。
表2.实施例9-11的具体参数(N＝5)
含水率为三个木板同一部分的平均含水率，如在该三个木板的同一部分各取3个点，测定每个点的含水率，平均含水率为9个含水率的和除以9得到的数值，ρa为5个木板中密度最大的木板的密度，Ra为该木板上榫头的粗糙面。
实施例12
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，玻璃板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块预处理木板按照受力方向层叠放置，将玻璃板夹置于两块木板之间，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
预处理木板和玻璃板之间设有热塑性树脂薄膜；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司；
玻璃板内置加热丝。
实施例13
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，陶瓷板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块预处理木板按照受力方向层叠放置，将陶瓷板夹置于两块木板之间，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
预处理木板和陶瓷板之间设有热塑性树脂薄膜；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和陶瓷板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司。
实施例14
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，铁板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块预处理木板按照受力方向层叠放置，制得层叠木板；
c.预加热处理：将层叠木板用高周波预加热至110℃，得预加热木板；
d.加热加压处理：在两个预加热木板之间放入铁板，并在铁板与预加热木板之间放入热塑性树脂薄膜，保持5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝30％)进行加压处理；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和铁板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司；
其中，铁板可替换为其他金属板。
实施例15
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，玻璃板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取1块预处理木板，在该预处理木板上设置沙画，在沙画上覆盖热塑性树脂薄膜，再在热塑性树脂薄膜上方层叠放置玻璃板，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司。
实施例16
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，玻璃板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取1块预处理木板，在该预处理木板上设置相片，在相片上覆盖热塑性树脂薄膜，再在热塑性树脂薄膜上方层叠放置玻璃板，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司。
实施例17
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
该木板的密度为0.55kg/m3，玻璃板的厚度为1.5cm，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取1块预处理木板，在该预处理木板上进行4D打印，在木板上覆盖热塑性树脂薄膜，再在热塑性树脂薄膜上方层叠放置玻璃板，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司。
实施例18
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
两块木板的密度均为0.55kg/m3，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块预处理木板按照受力方向层叠放置，将热塑性树脂薄膜夹置于两块木板之间，在热塑性树脂薄膜的正反两面均喷射香樟油，喷射密度为0.5ml/cm2，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司；
其中，香樟油可以替换为其他香水，本发明不做具体限定。
实施例19
本实施例提供了一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
两块木板的密度均为0.55kg/m3，复合材料主要由如下步骤制备而成：
a.预处理：将木板处理至含水率为10％、厚度为8cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块预处理木板按照受力方向层叠放置，将40块碎木条均匀的放置于2块预处理木板之间，并在预处理木板和碎木条之间放置热塑性树脂薄膜，制得层叠木板；
c.加热加压处理：将层叠木板的退化连接层加热至木板温度为90℃，保温5min，再根据预设压缩率(预设压缩率P＝35％)进行加压处理；
d.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200℃，保温6min，进行固化处理，制得固化木板；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以10℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为80℃，水冷技术的水流速为1m/s，当木板表面温度冷却至88℃，进行风冷却，风速为9.5m/s，风的温度为58℃，优选地，风向与木板的上下表面均成56°夹角；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置18天，即得基于高周波混材无胶复合材料；
热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，PVB中间膜的厚度为0.7mm，粘度为16Pa.s，PVB中间膜的弹性为8.5×106Pa·s，木板和玻璃板与PVB中间膜接触面的面积比为2:1；
本发明的PVB膜购自上海美邦塑胶有限公司；
碎木条的厚度为0.8cm，40块碎木条拼凑并排排列，且排列后的边长与预处理木板的边长相等；
压制得到的符合材料锯断后，露出虎皮纹。
对照例1-23
对照例1-23提供了23种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，与实施例8的区别在于各参数不同，具体参数见表3-5。
表3.对照例1-8的具体参数
表4.对照例9-16的具体参数
表5.对照例17-23的具体参数
对照例24-26
对照例24-26提供了3种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，与实施例10的区别在于各参数不同，具体参数见表6。
表6.对照例24-26的具体参数(N＝5)
其中，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。
实验例1各组复合材料的性能指标考察
分别采用实施例1-8和对照例1-23的方法制备复合材料，测定每种复合材料的比重、顺纹抗压、顺纹抗拉、抗弯强度、顺纹剪切、横纹剪切和14天内的变形回复率，每种复合材料分别做5个平行样，结果取平均值考，察结果见表7；
表7.高温高压处理各参数的考察结果
从表7中可以看出通过本发明提供的方法得到的复合材料的各项性能指标均达到较好的效果，当改变其中任意参数时，均会导致部分性能指标下降。
试验例2
分别采用实施例9-11和对照例24-26的方法制备复合材料，分别在每种复合材料上均匀选取5个点(如四个角和中心点)，测定每个点的含水率，计算含水率的标准偏差，每种复合材料分别做5个平行样，结果取平均值，考察结果见表8；
表8.含水率均匀度试验结果
由表8可知，通过本发明提供的根据不同点含水量的不同设定加热温度和加热时间，能够使各个部分的含水率更加均匀，从而使各部分的性能更加均匀。
Claims (10)
1.一种基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法主要包括将至少两块密度不超过0.7kg/m3的木板通过高周波进行加热压制使相邻两个所述木板之间形成退化连接层步骤，具体包括以下步骤：
a.预处理：将木板处理至含水率为8％-18％、厚度不超过10cm，制得预处理木板；
b.层叠处理：取2块或2块以上所述预处理木板按照至少一个受力方向层叠放置，制得层叠木板，所述受力方向包括直接压力方向和间接压力方向；
c.加热加压处理：将所述层叠木板的退化连接层加热至木板温度为80-100℃，保温4-6min，再按所述受力方向根据预设压缩率进行加压处理；
d.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；
e.降温处理：用水冷技术将经过固化处理的木板表面以5-15℃/min的速度冷却，冷却至木板温度为70-90℃，水冷技术的水流速为0.9-1.5m/s，当木板表面温度冷却至85-90℃，进行风冷却，风速为9.2-9.7m/s，风的温度为55-60℃；
f.养生处理：将降温处理后的木板在常温下放置15-20天，即得基于高周波混材无胶复合材料的制备方法。
2.如权利要求1所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，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150-155℃，保温5-10min，高周波的频率为15-17MHz，加热速度为15-20℃/min，再用水冷却至木材温度为100-110℃，冷却速度为3-5℃/min，然后再进行第二次压缩。
3.如权利要求1所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为过盈配合的榫头和榫眼；步骤b所述层叠处理中：所述2块或2块以上所述预处理木板按照间接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的第一预处理木板和第二预处理木板的密度分别为ρa和大于等于ρa的ρb，所述第一预处理木板和第二预处理木板相邻的纹理方向的边沿分别设有榫头和与所述榫头间隙配合的榫眼，其中，所述榫头上设有至少一个粗糙度为Ra的粗糙面，Ra＝w/ρa，w＞0。
4.如权利要求1所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为两个凹凸面和两个凹凸面之间的热塑性树脂薄膜；步骤b所述层叠步骤中：所述2块或2块以上所述预处理木板按照直接受力方向层叠放置组成层叠木板，相邻的两块所述预处理木板之间设有热塑性树脂薄膜。
5.如权利要求4所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂薄膜为PVB中间膜，所述PVB中间膜的厚度为0.5-0.9mm，粘度为15.6-16.4Pa·s，所述PVB中间膜的弹性为8-9×106Pa·s，所述木板与所述PVB中间膜接触面的面积比为100:1-100:100。
6.如权利要求4所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中相邻两个木板之间形成的退化连接层为两个相互配合的凹凸面，两个所述凹凸面的非峰处和非谷处具有热塑性树脂薄膜。
7.如权利要求1所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c的所述预设压缩率P按如下方法预设使得压缩后密度大于任一压缩前木板密度；
C1:计算压缩前木板的平均密度
其中，N个木板层叠接触后的厚度为U1，加压处理后的厚度为U2，则P＝U2/U1*100％，设各木板的密度分别为ρ1、ρ2…ρn，则各木板的平均密度为
C2.所述
和P满足以下条件：
当
P≤20％；
当
20％＜P≤50％；
当
50％＜P≤70％。
8.如权利要求3所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤d所述固化处理是通过高周波进行加热，所述高周波的电极组数为N，将预处理后的木板沿电极组横向排列的方向均分为N个部分，测定每个部分的平均含水率Q，设所述固化处理过程中采用高周波加热时木板的温度为T，加热时间为t，则所述Q、T和t满足以下条件：
当8％≤Q≤10％，则180℃≤T≤185℃，1min≤t＜2min；
当10％＜Q≤12％，则185℃＜T≤190℃，2min≤t＜4min；
当12％＜Q≤14％，则190℃＜T≤200℃，4min≤t＜5min；
当14％＜Q≤18％，则200℃＜T≤210℃，5min≤t≤6min。
9.如权利要求1所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，加热加压处理过程中，利用高周波分别对木板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加压处理的木板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。
10.如权利要求1或2所述的基于高周波混材无胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c中加热加压处理后的木板的厚度小于1cm时，在加热加压处理前的木板的上表面或下表面覆盖有电绝缘布。
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| GR01 | Patent grant | ||
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