CN1769621A - 强化复合竹质板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有各向性能一致的强化复合竹质板及其制造方法。本发明的强化复合竹质板包括由网状竹纤维束层之间组成的由顺纹和横纹中竹纤维束层，以及网状竹纤维束作为装饰面的表面层。本发明的强化复合竹质板具有轻质、环保、防虫、防霉等特点，而且强化复合竹质板材质细密，不易开裂、变形，具有强度高、硬度大、韧性好等优点，各项性能指标均优于普通木质纤维板等，具有普通竹地板的纹理特点并可解决现有竹地板(多层平行胶合的长条结构)的变形性和各方向强度不均等问题。

Description

强化复合竹质板及其制造方法
                        技术领域
本发明涉及一种适用于建筑结构板、家具板材、地面装饰用板材的复合竹质板，尤其是一种具有各向性能一致的具有普通竹地板的纹理特点的强化复合竹质板及其制造方法。
                        背景技术
竹地板是一种竹材人造板。竹地板表面硬度高、脚感好、耐磨损、纹理美观、色泽淡雅给人以回归大自然的感受，因而深受人们欢迎。目前竹地板结构有多层平行胶合的长条结构和单层拼花方块结构。多层平行胶合的长条结构又可分为弦向面竹地板和径向面竹地板。
目前的竹地板通存在以下诸多弊端：
一、选材要求高，一般要求选用直径在100mm以上的毛竹。
二、材料利用率低，毛竹截面是弧型的，要将它加工成矩型的地板块，浪费太大；另外竹梢部也不能使用。据核算得知，竹材的利用率仅仅有20％～50％。
三、竹地板成品易变形，在使用过程中因环境条件如温度、湿度变化，导致竹材的吸水与脱水过程交替进行，组坯的竹块之间相互间变形量的差异而发生整块竹地板的翘曲变形。
四、竹地板易霉变和生虫，因组坯的竹块面积较大，单独的竹块并未完全被胶料包裹，因竹材成份中含有大量的易霉变的糖类物质，极易滋生细菌而霉变。
五、此外，现有方法生产的竹地板还有强度低、密度低、防水性差等缺点存在。
为了克服上述竹地板的缺点，出现了重组竹的生产。
但现有重组竹的生产方法还存在诸多弊端，破丝效率低，竹纤维成单丝状；竹丝超长，难以组坯成各向性能一致的成品板；竹丝硬度太大，导致成型压力太高，对压机等系列生产设备要求过高，难以大规模生产；其板坯不具有各向性能一致特点，顺纤维方向强度高，垂直于纤维方向强度过低，甚至低于一般的竹地板；实施时需要使用大型模具，提高了生产成本；有的因涉及到多种树脂的同时使用，导致实际生产的困难，如施胶系统要二套、储存料系统要二套等等操作性难题和设备投资难题。
现有重组竹并未真正完全发挥竹质复合板结构性特点，并且未能避开普通竹地板(包括木地板)的变形性问题；有的仅能得到一种竹纤维增强的复合材料，而非以竹纤维为主成分和竹质面层装饰的强化复合竹质板。
本发明命名为强化复合竹质板的新产品是以竹材为原料加工而成的一种新型竹材人造板。强化复合竹质板具有不霉变、不生虫、密度大、强度高、防水、防潮、变形小等等优点。强化复合竹质板的构成单元是网状竹束，它是先将竹材疏解成通长的、相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状纤维束，再经干燥、施胶、组坯成型后热压而成的板状或其他形式的材料。强化复合竹质板的最大特点是充分合理利用竹材纤维材料的固有特性，既保证了竹材的高利用率，又保留了竹材原有的物理力学性能。强化复合竹质板既可以利用竹地板的加工剩余物也可以利用尚未得到合理利用的大量小径杂竹资源，因而开展强化复合竹质板的开发与研究是有价值的。
                      发明内容
本发明旨在克服目前重组竹的缺点，提供一种环保、不易开裂和变形，具有强度高、硬度大、韧性好、各向性能一致的强化复合竹质板，进而提供该强化复合竹质板的加工制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种强化复合竹质板，其特征在于：包括由竹纤维束制成的外竹纤维束层、位于两外网状竹纤维束层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维束层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层。
所述竹纤维束纤维直径为0.001mm-3mm特别是以0.01-1mm为佳，所述竹纤维是相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状竹纤维束，网状竹纤维束为一个整体，竹纤维间不完全分离，形成相互连接的竹纤维组。
所述竹纤维束可采取加工竹地板时的剩余物来加工，综合利用竹原料。
所述竹纤维组坯时施胶量为3％-26％，并以6％-16％为最佳，含水率为4％-16％。
一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：
a、原料选材和断料：根据需要的竹纤维长度断竹；
b、除黄去青：除去竹材表面的竹青、竹黄，使其颜色均匀；
c、辊压：使用辊压机生产竹纤维，使竹纤维形成直径在Φ0.001-3mm特别是以0.01-1mm为佳的疏松网状竹纤维束，并且竹纤维间不完全分离，形成相互连接的竹纤维束，进行分等；
d、第一次干燥：控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
e、分级：按竹纤维的颜色、质量、长短要求分级；
f、施胶；
g、第二次干燥：烘除施胶后的多余水分，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
h、组坯预压；
i、热压；
j、养生和调质：将刚热压出来的竹板坯置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％；
h、裁切和砂光。
第一次干燥中，温度在40℃-160℃，使用热风或微波干燥设备或红外干燥设备干燥，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间，有利于施胶；生产碳化竹质板时，还要进行竹纤维碳化处理。
施胶时，采用喷胶方式施胶，并在胶料中加入竹纤维与胶料界面偶联剂0.05％-3％，渗透润湿剂0.05％-3％，改性剂0.1％-5％，保证竹纤维能均匀施胶和良好渗透；所述胶料为改性的脲醛胶、三聚氰氨胶、酚醛胶、水性异氰酸酯类胶粘剂等热固性胶粘剂或改性聚醋酸乙烯酯类胶粘剂，其中可以是冷固化，也可以是中、高温固化的。
组坯预压时，分别铺装由竹纤维束制成的外竹纤维层、位于两外网状竹纤维层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层。然后使用液压机，使坯料压缩成密度为0.5～1.0g/cm3的方坯。
热压时，选用高频热压机，该型压机能够保证产品厚度方向的加热均匀性，确保厚型产品里外层同时升温使胶固化，同时还起到一定的防腐、杀菌效果。而且该种设备操作简单、温度易控制、热惯性小。
当然，本发明方法并不排除传统的加热方式和手段，如：导热油、蒸汽、电加热、过热水、远红外等等。
具体过程为：进料；热压板快速升降动作；板坯表面接近热压板时缓慢闭合；板坯在压板闭合后再加快加压速度；按压制板的厚度，随压力的上升自动控制加压速度，以达到板厚密度均匀；板坯压缩到限制位后，保压；压力缓慢降压；热压板缓慢打开；热压板快速升降；热压板软着陆；热压周期结束；热压时间按0.1-3min/mm计算，其中以0.5-1min/mm为最佳，温度为50-210℃，板坯的压力需达到10-60MPa，坯料预压成密度为0.5-1.0g/cm3后，再进入热压机进行热压。根据板坯不同的用途采取不同的热压要求。
养生和调质过程中，将刚热压出来的竹板坯放在垫板上，堆叠后置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，内外层温度同时缓慢降低，使内外层胶粘剂继续固化，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％；裁切时，采用双面砂光机定厚砂光处理，使厚度偏差为±0.5mm。
本发明的优点在于：
一、本发明利用竹纤维加工成的强化复合竹质板，具有轻质、环保、防虫、防霉等特点。而且强化复合竹质板材质细密，不易开裂、变形，具有强度高、硬度大、韧性好等优点，各项性能指标均优于普通木材等，保持了普通竹地板的纹理特点并可解决现有竹地板(多层平行胶合的长条和方块结构)的变形性和各方向强度不均等问题。
二、本发明的强化复合竹质板的制造过程中使用的辊压机，进行的独特的网状纤维成型对竹材的选用要求低，不仅可以使用强度高的毛竹、还可以选用尚未得到合理利用的大量小径杂竹(如慈竹、黄竹)资源等等竹材，同时竹地板的加工剩余物也能被广泛利用，有利于资源的合理利用。
三、本发明的强化复合竹质板引入的高频热压技术，使产品生产具有能源消耗少，原材料利用率高、成本低、既可以作为家具板材和建筑结构用材也可以直接涂装作为室内外地板，市场竞争力强的优势。市场调查资料表明：发达国家与地区对强化复合竹质板的需求旺盛，因而产品可出口创汇；因此市场潜力巨大，市场前景广阔。
四、本发明优选喷胶方法，既保证胶料的均匀性又节约胶料，当然也不排除其它的施胶方法；同时选用环保型的胶料，特别是改性的脲醛胶、三聚氰氨胶、酚醛胶、水性异氰酸酯类胶粘剂等等热固性胶粘剂或者改性的聚醋酸乙烯酯类胶粘剂，保证产品的环保性和稳定性。
                       附图说明
图1为本发明成型加工工艺流程结构示意图
图2为本发明的强化复合竹质板生产模式结构示意图
                     具体实施方式
实施例1
一种强化复合竹质板，具有普通竹地板的纹理特点，其特征在于：包括由竹纤维束制成的外竹纤维层、位于两外竹纤维层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维层。所述外竹纤维层为强化复合竹质板的上下表面层。所述竹纤维直径为0.001mm-3mm特别是以0.01-1mm为佳，所述竹纤维是网状竹纤维束，它是先将竹材疏解成通长的、相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状纤维束，竹纤维间不完全分离为一个个体，形成相互连接的竹纤维组。所述竹纤维束可采取加工竹纤维束时的加工余料来组坯，综合利用竹原料。所述竹纤维施胶量为3％-26％，并以6％-16％为最佳，含水率为4％-16％。
一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：
a、原料选材和断料：根据需要的竹纤维长度断竹；
b、除黄去青：除去竹材表面的竹青、竹黄，使其颜色均一；
c、辊压：使用辊压机生产竹纤维，使竹纤维形成直径在Φ0.001-3mm特别是以0.01-1mm为佳的疏松网状竹纤维束，并且竹纤维间不完全分离，形成相互连接的竹纤维组，并进行分等；
d、第一次干燥：控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
e、分级：按竹纤维的颜色、质量、长短要求分级；外层使用的竹纤维直径、颜色一致而且均一分布、竹纤维之间保持连接，其它为中间层使用的竹纤维；
f、施胶：优选喷胶方法，既保证胶料的均匀性又节约胶料，当然也不排除其它的施胶方法；
g、第二次干燥：烘除施胶后的多余水分，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
h、组坯预压；
i、热压；
j、养生和调质：将刚热压出来的竹板坯置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％；
h、裁切和砂光；
第一次干燥中，温度在40℃-120℃，使用热风或微波干燥设备或红外干燥设备干燥，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间，有利于施胶；生产碳化竹质板时，还要进行竹纤维碳化处理。
施胶时，优选喷胶方法，既保证胶料的均匀性又节约胶料，当然也不排除其它的施胶方法。在胶料中加入竹纤维与胶料界面偶联剂0.05％-3％，渗透润湿剂0.05％-3％，改性剂0.1％-5％，保证竹纤维能均匀施胶和良好渗透；所述胶料为水性异氰酸酯类胶粘剂类胶粘剂，其中本实施例选用中温固化。
组坯预压时，分别铺装由竹纤维束制成的外竹纤维层、位于两外网状竹纤维层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层，然后使用液压机，使坯料压缩成密度为0.5～1.0g/cm3的块坯。
本实施例使用高频压机热压，具体热压过程为：进料→热压板快速升降动作→板坯表面接近热压板时缓慢闭合→板坯在压板闭合后再加快加压速度→按压制板的厚度，随压力的上升自动控制加压速度，以达到板厚密度均匀→板坯压缩到限制位后，保压→压力缓慢降压→热压板缓慢打开→热压板快速升降→热压板软着陆→热压周期结束；热压时间为0.1-3min/mm，其中以0.5-1min/mm为最佳，温度为50-210℃，板坯的压力需达到10-60MPa，坯料预压成密度为0.5-1.0g/cm3后，再进入热压机进行热压，根据板坯不同的用途采取不同的热压要求。
养生和调质过程中，将刚热压出来的竹板坯放在垫板上，堆叠后置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，内外层温度同时缓慢降低，使内外层胶粘剂同时固化，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％；裁切时，长度偏差≤0.5mm，宽度偏差≤0.15mm，直角度≤0.2mm，直线度≤0.3mm/m；采用双面砂光机定厚砂光处理，使厚度偏差为±0.3mm。
实施例2
本发明利用竹纤维纤维加工成的强化复合竹质板，具有强度高、硬度大、韧性好等优点，而且强化复合竹质板材质细密，不易开裂、变形，各项性能指标均高于常用木材等，并可解决现有竹地板(多层平行胶合的长条结构)的变形性问题。
本发明的强化复合竹质板的制造过程对竹材的选用要求低，不仅可以使用强度高的毛竹、还可以选用小径竹(如慈竹)等等竹材，同时竹地板的加工剩余物可被广泛利用，有利于资源的合理利用。
本发明的强化复合竹质板产品生产具有能源消耗少，原材料利用率高、成本低、可作建筑结构板材、家具板材等也可以直接涂装作为室内外地板，市场竞争力强的优势。市场调查资料表明：发达国家与地区对强化复合竹质板的需求旺盛，因而产品可出口创汇；因此市场潜力巨大，市场前景广阔。
本发明特有的批量生产竹纤维的碾压技术，使竹纤维直径为0.001mm-3mm特别是以0.01-1mm为佳，所述竹纤维是网状竹纤维束，它是先将竹材疏解成通长的、相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状纤维束，根据需要切断成或长或短的纤维。
本发明利用微波干燥技术或红外干燥技术或光波干燥技术等等，将竹纤维干燥，控制含水率在4％-16％之间，有利于施胶。
本发明优选喷胶方法，既保证胶料的均匀性又节约胶料，当然也不排除其它的施胶方法，同时选用商品化的环保型的胶料，特别是改性的脲醛胶等热固性胶粘剂，并加入经本专利发明的竹纤维与胶料界面偶联剂0.05％-3％，渗透润湿剂0.05％-3％，改性剂0.1％-5％，从而保证产品的环保性和稳定性。
本发明独特的组坯铺装技术，保证产品既具有竹纤维的装饰性又具有各向性能一致特点，保证产品的纵横向强度的一致性。本技术是分别铺装由竹纤维束制成的外竹纤维层、位于两外网状竹纤维层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层。形成了各向性能一致强化复合竹质板制造的创新技术。
本发明利用高频热压技术来成型产品，保证了产品的传热均匀性和高效性，也保证了厚薄制品的成型加工，并缩短了产品的加工周期。高频加热可以在50℃-210℃的高、中、低温度范围内进行介质加热，可以与高低温固化的相应胶料生产系统匹配使用。
本高频热压技术生产时压力一般控制在10Mpa-60Mpa间，特别是以15Mpa-45Mpa为佳；温度在50℃-210℃，特别是以150℃为佳。坯料预压成密度为0.5～1.0g/cm3后，再进入热压机进行热压。根据板坯不同的用途采取不同的热压要求，以竹地板板坯为例：如为生产竹地板，需将其板坯密度压缩为0.9～1.2g/cm3。板坯的压力需达到15～60MPa，才能满足结合强度要求。热压温度根据其不同的胶料采取不同的热压温度，温度大致控制在50～210℃。从而使胶料迅速、有效的固化。根据工艺要求确定热压曲线，热压曲线是诸多工艺因素在热压过程的综合实施。合理的热压曲线是保证产品质量的关键。除应满足以上几道工序外还与材质、板坯厚度、含水率、胶粘剂、压力等因素有关。原则上热压时间按0.1-3min/mm计算，其中以0.5-1min/mm为最佳。
实施例3
所述竹纤维直径为0.01mm左右，竹纤维施胶量为6％。第一次干燥，温度在80℃，控制竹纤维的含水率在4％之间；施胶时加入竹纤维与胶料界面偶连剂0.05％，渗透润湿剂0.05％，改性剂0.1％；第二次干燥控制竹纤维的含水率为6％；组坯预压使坯料压缩成密度为0.5g/cm3的方坯。
坯料预压成密度为0.5g/cm3后，再进入热压机进行热压。如生产竹地板，需将其板坯密度压缩为0.9g/cm3，板坯的压力需达到50MPa，才能满足结合强度要求，热压温度根据其不同的胶料采取不同的热压温度，温度大致控制在200℃；热压时间为0.8min/mm。
养生和调质，保证产品与外界相一致的一定的含水率，防止变形；根据板坯的情况裁切板材，长度偏差0.5mm，宽度偏差0.15mm，直角度0.2mm，直线度0.3mm/m等参数，保证强化复合竹质板的设计规格及质量要求；采用双面砂光机定厚砂光处理后，要求厚度偏差在0.3mm以下。
实施例4
所述外竹纤维层为强化复合竹质板的上下面层。所述竹纤维直径为0.5mm左右；所述竹纤维施胶量为16％，含水率为12％；使用辊压机生产竹纤维，其直径在3mm的疏松网状竹纤维束；第一次干燥控制竹纤维的含水率为12％；第二次干燥控制竹纤维的含水率在16％之内；养生和调质使含水率为12％；
第一次干燥中，温度在120℃，控制竹纤维的含水率为10％；施胶时，在胶料中加入竹纤维与胶料界面偶连剂3％，渗透润湿剂3％，改性剂5％；组坯预压时，在上下面10层铺装竹纤维束，使用液压机，将坯料压缩成密度为1.0g/cm3的方坯；热压时间为3min/mm温度为210℃，板坯的压力需达到60MPa，坯料预压成密度为1.0g/cm3后，再进入热压机进行热压；裁切时，长度偏差0.3mm，宽度偏差0.1mm，直角度0.1mm，直线度0.2mm/m；采用双面砂光机定厚砂光处理，使厚度偏差为0.1mm。
实施例5
外竹纤维层为强化复合竹质板的上下面层。所述竹纤维直径为1mm左右，竹纤维施胶量为10％，含水率为16％。
辊压，使竹纤维形成直径在1mm左右的疏松网状竹纤维束，第一次干燥控制竹纤维的含水率在10％；第二次干燥，控制竹纤维的含水率在16％之间；养生和调质，使含水率为9％；
第一次干燥中，温度在105℃，使用热风或微波干燥设备或红外干燥设备干燥，控制竹纤维的含水率在10％；施胶时，在胶料中加入竹纤维与胶料界面偶连剂1％，渗透润湿剂1％，改性剂1％，保证竹纤维能均匀施胶和良好渗透；组坯预压时，在上下面5层铺装竹纤维束，使用液压机，使坯料压缩成密度为1.0g/cm3的方坯。
热压时间为1min/mm，温度为100℃，板坯的压力需达到40MPa，自然养生调质，使含水率为8％；裁切时，长度偏差0.1mm，宽度偏差0.1mm，直角度0.1mm，直线度0.1mm/m；采用双面砂光机定厚砂光处理，使厚度偏差为±0.1mm。

Claims (8)

1、一种强化复合竹质板，其特征在于：包括由竹纤维束制成的外竹纤维束层、位于两外网状竹纤维束层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维束层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层。
2、根据权利要求1所述的一种强化复合竹质板，其特征在于：所述竹纤维束纤维直径为0.001mm-3mm特别是以0.01-1mm为佳，所述竹纤维是相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状竹纤维束，网状竹纤维束为一个整体，竹纤维间不完全分离，形成相互连接的竹纤维组。
3、一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：
a、原料选材和断料：根据需要的竹纤维长度断竹；
b、除黄去青：除去竹材表面的竹青、竹黄，使其颜色均匀；
c、辊压：使用辊压机生产竹纤维，使竹纤维形成直径在Φ0.001-3mm特别是以0.01-1mm为佳的疏松网状竹纤维束，并且竹纤维间不完全分离，形成相互连接的竹纤维束，进行分等；
d、第一次干燥：控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
e、分级：按竹纤维的颜色、质量、长短要求分级；
f、施胶；
g、第二次干燥：烘除施胶后的多余水分，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；
h、组坯预压；
i、热压；
j、养生和调质：将刚热压出来的竹板坯置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％；
h、裁切和砂光。
4、根据权利要求3所述的一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：第一次干燥中，温度在40℃-160℃，使用热风或微波干燥设备或红外干燥设备或高频干燥，控制竹纤维的含水率在4％-16％之间；生产碳化竹质板时，还要进行竹纤维碳化处理。
5、根据权利要求3所述的一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：采用喷胶方式施胶，并在胶料中加入竹纤维与胶料界面偶连剂0.05％-3％，渗透润湿剂0.05％-3％，改性剂0.1％-5％，；所述胶料为改性的脲醛胶、三聚氰氨胶、酚醛胶或水性异氰酸酯类胶粘剂的热固性胶粘剂或改性的聚醋酸乙烯酯类胶粘剂，采用冷固化或中、高温固化。
6、根据权利要求3所述的一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：组坯预压时，分别铺装由竹纤维束制成的外竹纤维层、位于两外网状竹纤维层之间的由顺纹和横纹竹纤维束制成的中竹纤维束层，以及由竹纤维束作为装饰面的表面层，然后使用液压机，使坯料压缩成密度为0.5～1.0g/cm3的方坯。
7、根据权利要求3所述的一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：热压过程为：进料；热压板快速升降动作；板坯表面接近热压板时缓慢闭合；板坯在压板闭合后再加快加压速度；按压制板的厚度，随压力的上升自动控制加压速度，以达到板厚密度均匀；板坯压缩到限制位后，保压；压力缓慢降压；热压板缓慢打开；热压板快速升降；热压板软着陆；热压周期结束；热压时间按0.1-3min/mm计算，其中以0.5-1min/mm为最佳，温度为50-210℃，板坯的压力需达到10-60MPa，坯料预压成密度为0.5-1.0g/cm3后，再进入热压机进行热压。
8、根据权利要求3所述的一种强化复合竹质板的制造方法，其特征在于：养生和调质过程中，将刚热压出来的竹质板堆放在垫板上，置于干燥窑中，进行喷蒸调湿处理，内外层温度缓慢降低，使内外层胶粘剂继续固化，再进行自然养生调质，使含水率为6％-14％。
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