專利名稱：木材與竹材展開厚單板聚集層積材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于木、竹加工行業(yè)中的人造板材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以速生木材和毛竹為原材料的木材與竹材展開厚單板聚集層積材及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)森林資源減少，人們開始以竹材和人工林木材為主要原料的竹木 復(fù)合材料的研究工作。木、竹復(fù)合可以合理地發(fā)揮竹材和木材各自的優(yōu)良特性，獲得既節(jié)約木材資源，又保證材料的強度和外觀質(zhì)量的雙重效果。木竹復(fù)合材料與純竹材人造板相比，更具有結(jié)構(gòu)和性能的可設(shè)計性，從竹材的利用效果看，前者比后者也更具優(yōu)越性。因此，作為工程結(jié)構(gòu)材料，木、竹聚集材料的前景廣闊，也為人工林速生材和竹材的工業(yè)化利用和深加工開辟了新的途徑，拓寬了應(yīng)用范圍。而現(xiàn)有實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的竹、木復(fù)合材料的竹材加工工藝方法，都是通過把竹材加工一定規(guī)格的竹條、竹篾、碾壓成竹纖維束，這些方法損耗竹材原材料的50%，也嚴(yán)重?fù)p失了竹材的原力學(xué)特性，并且加工工序多、設(shè)備投資大、工費耗用大、原材料利用率低、能耗高、加工成本高、制備的材料力學(xué)性能得不到發(fā)揮，針對這種情況，有必要作進(jìn)一步改進(jìn)。木單板層積板LVL是由旋切展開厚單板，以順紋方式組壞，端部斜接、搭接或?qū)?，然后?jīng)涂膠、熱壓等工序壓制而成的高性能、高附加值、高強度結(jié)構(gòu)材，其長度可不受生產(chǎn)方式的限制，具有工程性能均勻、強度高和規(guī)格靈活多變的特點，它優(yōu)于實體材和膠合木。特別適用于大跨度的木結(jié)構(gòu)，LVL旋切展開厚單板厚度較厚，一般均在2 10mm，單板是順紋層積粘接的，是以代替鋸材為目標(biāo)的產(chǎn)品，強調(diào)的是產(chǎn)品縱向力學(xué)性能的加強，突出的是木材的各向異性。而膠合板則是相鄰層單板相互垂直的原則組坯，是對天然材各向異性的改造，強調(diào)的是各向同性。LVL是采用速生小徑材或林區(qū)間伐材生產(chǎn)，原料來源充足，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。特別是自我國實施天然林保護(hù)工程以來，各地相繼采取封山育林的措施，使我國木材供需矛盾更加突出。而單板層積材延生的意義在于小材大用，充分利用人工速生林及中、小徑級原木，生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，性能優(yōu)于實體木材，特別適用于大跨度的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件。眾所周知，竹子在構(gòu)造上自根部至梢部的直徑和壁厚都逐漸減小，較難使用薄木旋切技術(shù)得到竹質(zhì)厚單板。但是利用原態(tài)竹材展開銑刨和拼聯(lián)技術(shù)卻可以得到完整的竹材展開厚單板。近年開發(fā)的竹材展開重組層集材是以原態(tài)竹材展開厚單板拼聯(lián)的竹材為單元體，通過涂膠、組坯、熱壓等一系列工序制得的一種新型竹原人造板產(chǎn)品。制造時，這種制厚單板工藝，既消除了竹編膠合板繁鎖的手工編席，也避免了竹材膠合板復(fù)雜的軟化處理和加壓展平等工序，簡化和創(chuàng)新了制造竹材厚單板工藝。它創(chuàng)新的最大特點，依據(jù)毛竹的尖梢度特征和竹體厚度漸變的特點，制訂原態(tài)竹材展開加工工藝，達(dá)到保存竹材的最大實體物存量，充分利用竹材，保持竹材原力學(xué)性能。木層積材和竹層積材也各有它們的不足之處。竹層積材具有較高的物理力學(xué)性能，但密度偏高，握釘性差，橫向結(jié)構(gòu)強度較低，而縱向易破裂；木層積材雖然可加工性較好，但強度較低。因此，限制了這兩類新型材料的應(yīng)用范圍和應(yīng)用規(guī)模，木竹展開單板聚集層積材兼有木層積材和竹層積材的雙重優(yōu)點，既具有竹層積材優(yōu)良的物理力學(xué)性能，縱向強度高，尺寸穩(wěn)定性好，不開裂，材質(zhì)均勻，長度、密度可根據(jù)需要任意控制，又具有木層積更好的可加工性，可方便地對其進(jìn)行開榫、打眼、釘釘?shù)燃庸ぬ幚怼Ｋ漠a(chǎn)生將有效地緩解我國木材資源緊張的問題，擴大速生人工木材和竹材的工業(yè)利用途徑，極大地提升速生材和竹材的附加價值。它將廣泛的用于地板、家具、臺面板、車廂和集裝箱地板、工程建筑結(jié)構(gòu)材等領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于針對現(xiàn)有木層積材和竹層積材及竹(簾)木復(fù)合單板層積材各自的不足，以及現(xiàn)有竹材原材料利用率偏低和所存在的工藝缺陷等問題，提供一種最大化利用毛竹實體物量，減少切削量，保存毛竹竹材的原力學(xué)性能，更有效提高竹材加工利用率，提高木竹復(fù)合材料的力學(xué)性能，擴大使用范疇，簡化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，控制 單位產(chǎn)品原材料消耗量，充分發(fā)揮木竹材料性能優(yōu)勢的木材與竹材展開厚單板聚集層積材。本發(fā)明的第一個目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的該木材與竹材展開厚單板聚集層積材，它包括至少三層的奇數(shù)層的木材層積單板和竹材展開厚單板交替分層疊加，并通過粘膠劑粘合壓制成為一個整合體，其面層和底層均為木材層積單板；每層單板是全部順紋縱向排列形式或是縱橫交錯排列形式。更具體地說，所述木材與竹材展開厚單板聚集層積材由三層或五層或七層或九層的木材層積單板和竹材展開厚單板交替分層疊加組成。所述竹材展開厚單板是由沿竹材徑向厚度相等、沿竹材縱向?qū)挾炔坏鹊钠矫嫣菪螤畹恼归_竹板單元體順紋拼板而成，其相鄰兩個展開竹板單元體的寬端和窄端交錯排列，其相鄰兩個展開竹板單元體的竹青面和竹黃面上下交錯排列；所述竹材展開厚單板通過斜接或搭接將單板縱向接長。本發(fā)明的木材與竹材展開厚單板聚集層積材厚度為15 36mm,長度120(T2400mm,寬度為60(Tl200mm ;木材層積單板厚度為2 3mm，竹材展開厚單板厚度為5 8mm。本發(fā)明的第二個目的在于提供上述木材與竹材展開厚單板聚集層積材的制備方法，該方法包括如下順序的步驟
(1)準(zhǔn)備木材層積單板按木材常規(guī)加工方法旋切木材層積材厚單板或購置木材層積單板，并干燥到含水率10%以內(nèi)；
(2)準(zhǔn)備竹材展開厚單板
Ca)選竹材選用四年竹齡以上的毛竹；
(b)裁料將毛竹鋸成規(guī)定長度的竹筒；
(C)縱剖竹筒將竹筒縱向剖成兩塊弧形竹塊；
(d)將弧形竹塊用原態(tài)竹材多級密細(xì)輥剖展開銑刨裝置加工成沿竹材徑向厚度相等、沿竹材縱向?qū)挾炔坏鹊钠矫嫣菪握归_竹板單元體，展開竹板單元體的寬度是弧形竹塊展平的自然寬度，一頭寬一頭窄，平面看是梯形；并分竹筒捆成小扎；
(e)將上一步所得展開竹板單元體高溫軟塑化熱處理，并干燥到含水率10%以內(nèi)；(f)將干燥后的展開竹板單元體膨化即回炭處理；
(g)再將展開竹板單元體浸潰或涂布樹脂膠，樹脂膠采用環(huán)保改性酚醛樹脂膠或脲醛樹脂；
(h)將浸潰樹脂膠的展開竹板單元體干燥，使含水率為12%±2；
(i)拼聯(lián)展開竹板單元體將展開竹板單元體縱向順紋排列，每塊單元體的窄端與寬端相配匹交遞擺放，平面層一塊竹青面、一塊竹黃面交遞排列，竹相鄰兩邊靠緊，面上用多排膠線或膠帶橫向?qū)⒏鲉卧w拼聯(lián)，形成整張化竹材展開厚單板； (3)木材層積單板與竹材展開厚單板分層排板組坯將處理后的木材層積單板和竹材展開厚單板，按奇數(shù)層次分布，木材層積單板和竹材展開厚單板全部順紋縱向排列或是縱橫交錯排列，一層木材層積單板、一層竹材展開厚單板交遞分布，面層和底層均為木材層積單板，如此疊壓排板組坯；
當(dāng)制造超長木材與竹材展開厚單板聚集層積材時，將木材層積單板和竹材展開厚單板分別進(jìn)行斜接或搭接將單板接長，然后按上述方法排板組坯；
(4)熱壓成型將上一步所得組坯采用環(huán)保改性酚醛樹脂膠熱壓成型，熱壓溫度為130 150°C，正壓力為 4. 5Mpa 5Mpa，時間為 I. Omm/min ；
(5)裁剪將成型板進(jìn)行修邊，齊頭處理，加工成規(guī)格尺寸材。本發(fā)明的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，是應(yīng)用我國相對充足的資源速生材和竹材所制得的復(fù)合材料。本發(fā)明工藝中采用原態(tài)竹材輥剖展開工藝技術(shù)，制造出具有原竹抗拉抗壓力學(xué)性能的、等厚平面梯形狀的、保留竹材實體物竹纖維量最多的展開竹板單元體。相比傳統(tǒng)工藝，竹材利率提高了 40%，竹材利率達(dá)到85%。因此，可以極大地提高木材和竹材的利用率和應(yīng)用范圍，將有效緩解我國木材資源不足。木材與竹材展開厚單板聚集層積材兼故和發(fā)揮了木、竹材的各自優(yōu)勢，保持了材料的各向異性和縱向力學(xué)性能強的特征，增強了橫向抗拉的物理特性，結(jié)構(gòu)緊密，密度均勻，內(nèi)應(yīng)力小，不易變形，尺寸穩(wěn)定性，使用性、二次加工性好。能廣泛應(yīng)用建筑裝璜、家具板材以及集裝箱、火車車廂、地板材、建筑構(gòu)件板材。通過檢測，本發(fā)明的木材與竹材展開厚單板聚集層積材的彈性模量(MOE)在9. 16 18. 75GPa范圍內(nèi)，平均為15. 22GPa ;靜曲強度(MOR)在86. 11 185. 34GPa范圍內(nèi)，平均為130. 3IMPa ;吸水厚度膨脹率(TS)平均為2. 41%。
圖I是本發(fā)明實施例原態(tài)弧形竹塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例展開竹板單元體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例竹材展開厚單板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實施例3層木材與竹材展開厚單板聚集層積材的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實施例5層木材與竹材展開厚單板聚集層積材的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實施例7層木材與竹材展開厚單板聚集層積材的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
參見圖4、圖5和圖6，本實施例的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，由至少三層的奇數(shù)層的木材層積單板I和竹材展開厚單板2交替分層疊加，并通過粘膠劑粘合壓制成為一個整合體。圖4所示是由兩層木材層積單板I和一層竹材展開厚單板2共三層單板交替疊加而成，圖5所示是由三層木材層積單板I和二層竹材展開厚單板2共五層單板交替疊加而成，圖6所示是由四層木材層積單板I和三層竹材展開厚單板2共七層單板交替疊加而成。從圖中可見，其面層和底層均為木材層積單板1，每層單板是全部順紋縱向排列形式。參見圖3，是本發(fā)明實施例竹材展開厚單板2的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖3中可見，竹材展開厚單板2是由沿竹材徑向厚度相等、沿竹材縱向?qū)挾炔坏鹊钠矫嫣菪螤畹恼归_竹板單元體3順紋拼板而成，其相鄰兩個展開竹板單元體3的寬端和窄端交錯排列，其相鄰兩個展開竹板單元體3的竹青面和竹黃面上下交錯排列。參見圖I和圖2，是本發(fā)明實施例的原態(tài)弧形竹塊和展開竹板單元體3的結(jié)構(gòu)示意圖，展開竹板單元體3是將原態(tài)弧形竹塊展開制 成的單板，展開竹板單元體3的厚度是一致的，而寬度是漸變的，一頭寬另一頭窄，保持了毛竹剖解后的自然寬度。本發(fā)明的木材與竹材展開厚單板聚集層積材的厚度為15 36mm，長度為1200 2400mm,寬度為600 1200_ ;木材層積單板的厚度為2 3mm,竹材展開厚單板的厚度為5 8_。通過調(diào)整木材層積單板和竹材展開厚單板聚集層數(shù)和方式，可得到不同厚度尺寸，不同物理力學(xué)性能的木材與竹材展開單板聚集層積材產(chǎn)品。本發(fā)明木材與竹材展開厚單板聚集層積材的制備工藝具體過程如下
一、木材層積單板按木材常規(guī)加工方法旋切層積材厚單板或購置木材厚單板，并干燥到含水率10%以內(nèi)。二、竹材展開厚單板
(1)選竹材用四年竹齡以上的毛竹；
(2)裁料將毛竹鋸成規(guī)定長度的竹筒；
(3)縱剖竹筒將竹筒縱向剖成兩塊弧形竹塊，如圖I所示；
(4)將弧形竹塊用“原態(tài)竹材多級密細(xì)輥剖展開銑刨裝置”加工成等厚平面梯形展開竹板單元體。如圖2所示，展開竹板單元體的寬度是弧形竹塊展平的自然寬，一頭窄一頭寬，平面看是梯形。然后，分竹筒捆成小扎。(5)將上一步所得展開竹板單元體高溫軟塑化熱處理，并干燥到含水率10%以內(nèi)。(6)將干燥后的展開竹板單元體膨化(回炭)處理。(7)將展開竹板單元體浸潰或涂布樹脂膠，樹脂膠采用環(huán)保改性酚醛樹脂膠或脲醛樹脂。(8)將浸潰樹脂膠的展開竹板單元體干燥，使含水率為12%±2。(9)拼聯(lián)竹材展開厚單板將展開竹板單元體縱向順紋排列，展開竹板單元體的窄端與寬端相配匹交遞擺放，平面層一塊竹青面、一塊竹黃面交遞排列，竹相鄰兩邊靠緊，面上用多排膠線或膠帶橫向?qū)⒏鲉伟迤绰?lián)，形成整張化竹材展開厚單板，如圖3所示。三、木材層積單板、竹材展開厚單板分層排板組坯將上述處理后的木材層積單板、竹材展開厚單板，按奇數(shù)層次分布，木、竹順紋排列，一層木材層積單板，一層竹材展開厚單板交遞分布，面層和底層均為木材層積單板，如圖4、圖5、圖6所示的組坯方式。
若制造超長木材與竹材展開厚單板聚集層積材，可將木材層積單板、竹材展開厚單板進(jìn)行斜接或搭接將單板接長，然后按上述方法排板組壞，再熱壓成型。四、熱壓成型采用環(huán)保改性酚醛 樹脂膠熱壓成型，熱壓溫度為13(T150°C，正壓力為 4. 5Mpa^5Mpa,時間為 I. Omm/min。五、裁剪將成型板進(jìn)行修邊，齊頭處理，加工成規(guī)格尺寸材。
權(quán)利要求
1.ー種木材與竹材展開厚單板聚集層積材，其特征在于它包括至少三層的奇數(shù)層的木材層積單板和竹材展開厚單板交替分層疊加，并通過粘膠劑粘合壓制成為ー個整合體，其面層和底層均為木材層積單板；每層單板是全部順紋縱向排列形式或是縱橫交錯排列形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，其特征在于它由三層或五層或七層或九層的木材層積單板和竹材展開厚單板交替分層疊加組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，其特征在于所述竹材展開厚單板是由沿竹材徑向厚度相等、沿竹材縱向?qū)挾炔坏鹊钠矫嫣菪螤畹恼归_竹板単元體順紋拼板而成，其相鄰兩個展開竹板単元體的寬端和窄端交錯排列，其相鄰兩個展開竹板単元體的竹青面和竹黃面上下交錯排列；所述竹材展開厚單板通過斜接或搭接將單板縱向接長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，其特征在于木材與竹材展開厚單板聚集層積材厚度為15 36mm,長度120(T2400mm,寬度為60(Tl200mm ;木材層積單板厚度為2 3mm，竹材展開厚單板厚度為5 8mm。
5.一種如權(quán)利要求I所述木材與竹材展開厚單板聚集層積材的制備方法，其特征在于包括如下順序的步驟 (1)準(zhǔn)備木材層積單板按木材常規(guī)加工方法旋切木材層積材厚單板或購置木材層積單板，并干燥到含水率10%以內(nèi)； (2)準(zhǔn)備竹材展開厚單板 Ca)選竹材選用四年竹齡以上的毛竹； (b)裁料將毛竹鋸成規(guī)定長度的竹筒； (C)縱剖竹筒將竹筒縱向剖成兩塊弧形竹塊； (d)將弧形竹塊用原態(tài)竹材多級密細(xì)輥剖展開銑刨裝置加工成沿竹材徑向厚度相等、沿竹材縱向?qū)挾炔坏鹊钠矫嫣菪握归_竹板単元體，展開竹板単元體的寬度是弧形竹塊展平的自然寬度，ー頭寬ー頭窄，平面看是梯形；并分竹筒捆成小扎； Ce)將上一歩所得展開竹板単元體高溫軟塑化熱處理，并干燥到含水率10%以內(nèi)； Cf)將干燥后的展開竹板単元體膨化即回炭處理； (g)再將展開竹板単元體浸潰或涂布樹脂膠，樹脂膠采用環(huán)保改性酚醛樹脂膠或脲醛樹脂； (h)將浸潰樹脂膠的展開竹板単元體干燥，使含水率為12%±2； (i)拼聯(lián)展開竹板單元體將展開竹板單元體縱向順紋排列，每塊單元體的窄端與寬端相配匹交遞擺放，平面層ー塊竹青面、一塊竹黃面交遞排列，竹相鄰兩邊靠緊，面上用多排膠線或膠帶橫向?qū)⒏鲉卧w拼聯(lián)，形成整張化竹材展開厚單板； (3)木材層積單板與竹材展開厚單板分層排板組坯將處理后的木材層積單板和竹材展開厚單板，按奇數(shù)層次分布，木材層積單板和竹材展開厚單板全部順紋縱向排列或是縱橫交錯排列，ー層木材層積單板、ー層竹材展開厚單板交遞分布，面層和底層均為木材層積單板，如此疊壓排板組坯； 當(dāng)制造超長木材與竹材展開厚單板聚集層積材時，將木材層積單板和竹材展開厚單板分別進(jìn)行斜接或搭接將單板接長，然后按上述方法排板組坯；(4)熱壓成型將上一歩所得組坯采用環(huán)保改性酚醛樹脂膠熱壓成型，熱壓溫度為130 150°C，正壓カ為 4. 5Mpa 5Mpa，時間為 I. Omm/min ； (5)·裁剪將成型板進(jìn)行修邊，齊頭處理，加工成規(guī)格尺寸材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以速生木材和毛竹為原材料的木材與竹材展開厚單板聚集層積材及其制備方法。本發(fā)明的木材與竹材展開厚單板聚集層積材，包括至少三層的奇數(shù)層的木材層積單板和竹材展開厚單板交替分層疊加，并通過粘膠劑粘合壓制成為一個整合體，其面層和底層均為木材層積單板；每層單板是全部順紋縱向排列形式或是縱橫交錯排列形式。本發(fā)明的竹材展開厚單板是由原態(tài)弧形竹塊展開制成的等厚不等寬的梯形狀展開竹板單元體，兩兩進(jìn)行調(diào)頭對應(yīng)，順紋拼板形成的。本發(fā)明簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，控制了單位產(chǎn)品原材料消耗量，充分發(fā)揮了木竹材料性能優(yōu)勢，提高了木竹復(fù)合材料的力學(xué)性能，擴大了其使用范疇。
文檔編號B32B21/14GK102765111SQ2012102666
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者何合高, 劉佐財 申請人:何合高, 劉佐財