CN111975889A - 木质结构材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种木质结构材料及其制备方法。所述制备方法包括至少两层单板，所述单板之间经胶黏剂粘合，且所述单板的厚度为6mm‑20mm；其中所述单板的表面具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合；所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30‑60μm，表面接触角为40～110°。本发明的木质结构材料静曲强度高，弹性模量大，剪切强度高，抗弯强度高，能够在承重、建造房屋中应用。进一步地，本发明的木质结构材料的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

Description

木质结构材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木质结构材料及其制备方法，属于木材工程结构材料领域。
背景技术
木材本身是公认的具有高强重比的建筑材料，并且，木材是一种取材容易，加工简便的结构材料。木质结构材料自重较轻，木构件便于运输、装拆，能多次使用。近代胶合木结构的出现，更扩大了木结构的应用范围。但是由于原木本身存在的易开裂特性，使得木材在作为承重使用时受到限制。
另外，木材受拉力和受剪切力皆是脆性破坏，其强度受木节、斜纹及裂缝等天然缺陷的影响很大；但在受压和受弯时具有一定的塑性。木材处于潮湿状态时，将受木腐菌侵蚀而腐朽；在空气温度、湿度较高的地区，白蚁、蛀虫、家天牛等对木材危害颇大。上述的这些问题也都限制了木材在承重、建造房屋中的应用。
胶合木材结构包括层板胶合结构和胶合板结构。由于胶合木结构能较好地利用木材的优点和克服其缺点，使木材在结构中的应用更为合理，所以在一些技术发达的国家得到较大的发展，而成为木材结构材料的主要形式，多用于大跨度的房屋。
此外，将木材旋切成3～5毫米厚的单板，木纹相互平行层叠热压胶合成30～50毫米厚的板材称为密层胶合木，可用以制成各种构件或结构。密层胶合木的问世使胶合木结构的应用达到新的高度。如建于1976年跨度为122米的密层胶合木筒拱，用于美国爱达荷州立大学足球场的屋盖，上、下翼缘采用由16层单板胶合厚度为45毫米的密层胶合木。但是，这使用的单板仍然较薄，使用胶的量就会大大增加，生产相同厚度的胶合木材结构，单板越薄，胶层越多，所使用的胶黏剂就越多，从而造成甲醛释放量增多或者成本增加。
目前，由于厚度为6-20mm的单板的过厚，且应力过大，会导致卷曲变型，因此其使用率较低。引用文献1公开了一种用超厚单板制造的实木复合板材及其制造方法，该实木复合板材包括两个外表面的表层和其间的芯层，各层单板之间设有胶粘剂；所述芯层由6mm～12mm厚的超厚单板组成，表层用0.2mm～1.5mm厚的单板组成；所用的芯层超厚单板为经原木旋切而成的单板，在其松面的顺纹方向设有点状或线段状的裂纹。但是该实木复合板材只能用于室内，不能用于承重、建造房屋。
引用文献2公开了一种木建筑承重梁柱及其生产方法，该木建筑承重梁柱包括卷曲成多层结构的木材单板和玻璃纤维无纺布，所述木材单板与玻璃纤维无纺布之间通过异氰酸酯或者环氧树脂类胶粘剂粘接。但是其并不是用厚度为6-20mm的单板进行制备的。
引用文献：
引用文献1：CN101524859A
引用文献2：CN107780535A
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在的技术问题，厚度为6-20mm的单板的过厚，且应力过大，会卷曲变型，使用率较低，且胶合木结构使用的单板过薄，胶层过多，导致所使用的胶黏剂过多，从而造成甲醛释放量增多或者成本增加等，本发明首先提供了一种木质结构材料。本发明的木质结构材料静曲强度高，弹性模量大，剪切强度高，抗弯强度高，能够在承重、建造房屋中应用。
进一步地，本发明还提供了一种木质结构材料的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。
用于解决问题的方案
本发明首先提供了一种木质结构材料，其包括：至少两层单板，所述单板之间经胶黏剂粘合，且所述单板的厚度为6mm-20mm；其中
所述单板的表面具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合；
所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，表面接触角为40～110°。
根据本发明的木质结构材料，其中，所述胶黏剂的用量为150-350g/m2。
根据本发明的木质结构材料，其中，所述胶黏剂包括豆胶、异氰酸酯、酚醛树脂、聚氨酯、乳白胶中的一种或两种以上的组合。
根据本发明的木质结构材料，其中，所述单板的弯曲高度为1-10mm，压缩率为4-15％，回弹率为1-4％。
根据本发明的木质结构材料，其中，所述单板与单板之间的木纹呈大致平行或大致垂直。
根据本发明的木质结构材料，其中，当所述单板与单板之间的木纹呈大致平行时，所述木质结构材料的静曲强度为70MPa～120MPa，弹性模量为9000MPa～16000MPa，剪切强度为6.0MPa～11MPa；或者
当所述单板与单板之间的木纹呈大致垂直时，所述木质结构材料的静曲强度为30～100MPa；弹性模量为7000～16000MPa，剪切强度为1.0MPa～5.0MPa。
根据本发明的木质结构材料，其中，所述木质结构材料包括2-15层单板。
本发明还提供一种根据本发明上述的木质结构材料的制备方法，其包括以下步骤：
对旋切木板进行湿热定型处理，得到单板；
在所述单板的表面涂覆胶黏剂；
提供另一单板，在胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，得到成型体；
对所述成型体进行热压和/或冷压处理，得到木质结构材料。
根据本发明上述的制备方法，其中，所述湿热定型处理包括加热的同时施加恒定压力的步骤；
优选地，所述湿热定型处理中，所述旋切木板的含水率为25～60％；所述湿热定型处理的温度为150-200℃，所述湿热定型处理的压力为0.5-2.5MPa，所述湿热定型处理的时间为20-60min。
根据本发明上述的制备方法，其中，所述热压处理中，所述热压的温度为100-170℃，所述热压的压力为8-20kg/cm2，所述热压的时间为0.5-3min/mm；和/或
所述冷压处理中，所述冷压的压力为10-20kg/cm2，所述冷压的时间为60-180min。
发明的效果
本发明的木质结构材料静曲强度高，弹性模量大，剪切强度高，抗弯强度高，能够在承重、建造房屋中应用。
进一步地，本发明的木质结构材料的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。
附图说明
图1示出了本发明的旋切木板的结构示意图；
图2示出了本发明的单板的结构示意图；
图3示出了本发明的一种实施方式的木质结构材料的示意图；
图4示出了本发明的另一种实施方式的木质结构材料的示意图；
图5示出了本发明的单板的所测量的弯曲高度的示意图。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。
本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，“常温”、“室温”的温度是指10-40℃。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
第一方面
本发明的第一方面提供了一种木质结构材料，其包括：至少两层单板，所述单板之间经胶黏剂粘合，且所述单板的厚度为6mm-20mm；其中
所述单板的表面具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合；
所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，表面接触角为40～110°。
本发明的木质结构材料静曲强度高，弹性模量大，剪切强度高，抗弯强度高，能够在承重、建造房屋中应用。
本发明的单板又称超厚单板。由于本发明的单板的厚度为6mm-20mm，比较厚，从而可以使得本发明的胶黏剂的用量较少，节约成本的同时，也能充分利用超厚单板。在一些具体的实施方案中，所述胶黏剂的用量为150-350g/m2；举例而言，本发明的胶黏剂的用量可以是160g/m2、180g/m2、200g/m2、220g/m2、240g/m2、260g/m2、280g/m2、300g/m2、320g/m2等。
本发明的单板具有优异的表面性质，具体地，所述单板的表面具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合；具体地，在本发明中，以碳含量和氧含量的总质量计，所述单板表面的氧含量为12-25％，碳含量为75-88％，优选氧碳比(含量之比)为0.15-0.3。本发明的单板的氧含量较传统木质单板提高了3～10％，说明单板表面的活性大幅提高，进而可以增加单板在胶合过程中氢键的生成以及化学键的结合，可以提高木质结构材料的胶合性能。作为优选，本发明的含氧基团中，羟基的含量为12-25％，羧基的含量为1-10％。
进一步，所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，例如：35％、40％、45％、50％、55％等；表面接触角为40～110°，例如：45°、50°、60°、70°、80°等。由于本发明的单板的上述表面性质，从而可以使得本发明可以不使用会释放甲醛的胶黏剂，即可实现胶合。具体地，本发明可以不使用脲醛胶黏剂或三聚氰胺改性脲醛胶黏剂，即可获得本发明的木质结构材料。
可列举的，本发明的所述胶黏剂包括豆胶、异氰酸酯、酚醛树脂、聚氨酯、乳白胶中的一种或两种以上的组合；上述胶黏剂不会释放甲醛。
进一步，材料表面自由能对材料的结合强度、润湿特性、介电性能、表面粗糙度等其他特征具有重要的影响，同时酸性能量因子与碱性能量因子的大小分别表示材料表面的电子授予能力与质子的授予能力。在本发明中，所述单板还具有以下性质，所述单板的表面自由能为15-60mJ/m2，例如：20mJ/m2、30mJ/m2、40mJ/m2、45mJ/m2、50mJ/m2、55mJ/m2等；酸参量为8～15mJ/m2，例如：9mJ/m2、10mJ/m2、11mJ/m2、12mJ/m2、13mJ/m2、14mJ/m2等；碱参量为0.1～10mJ/m2，例如：0.5mJ/m2、1mJ/m2、2mJ/m2、4mJ/m2、6mJ/m2、8mJ/m2等。
本发明所述单板具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合，其中氧含量较传统木质单板提高了3～10％，说明单板表面的活性大幅提高，进而可以增加单板在胶合过程中氢键的生成以及化学键的结合，最终提高板材的胶合性能。
本发明所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，表面接触角为40～110°，其中表面横纹粗糙度Rz较传统薄单板提高了10～20％，较现有未处理的6mm-20mm卷曲厚单板或具有点状或线段状的裂纹的超厚单板降低5～10％。本发明的发明人发现，增加表面横纹粗糙度Rz会使亲水表面更亲水，疏水表面更疏水，但表面横纹粗糙度Rz太大可能胶粘剂不能填满表面凹陷，形成空隙而影响两者之间的附着力，严重时会导致胶粘剂和单板脱离分层。而表面横纹粗糙度Rz为30-60μm时，材料表面的润湿性能越好，接触角降低，从而更有利胶黏剂在单板表面的铺展和浸润，有利于增加胶黏剂与单板之间的结合面，能够提高它们之间的粘合力，从而形成良好的胶合性能。
进一步地，所述单板的弯曲高度为1-10mm，例如：2mm、4mm、6mm、8mm等；压缩率为4-15％，例如6％、8％、10％、12％、14％等；回弹率为1-4％，例如1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％等。本发明的所述单板较现有未处理的6mm-20mm卷曲厚单板表面更加平直，便于后期加工和利用；同时本发明的单板的内应力基本消除，可以有效提高后期成型板材的尺寸稳定性，降低翘曲度。所述单板相比具有点状或线段状的裂纹的超厚单板，可以有效消除点状或线段状的裂纹超厚单板在涂胶过程中存在的透胶缺陷，降低胶黏剂的用量。
在本发明中，所述单板与单板之间的木纹可以呈大致平行(如图3所示)，也可以呈大致垂直(如图4所示)。即本发明可以采用顺纹组坯的方式实现木质结构材料的生产，也可以采用纵横交错的组坯方式实现木质结构材料的生产。
在本发明中，所述木质结构材料的静曲强度为30～120MPa；弹性模量为7000～16000MPa，剪切强度为1.0MPa～11.0MPa。本发明的木质结构材料可以达到GB/T 20241-2006《单板层积材》或LY/T 3039-2018《正交胶合木》中的相关规定，可以用于承重和房屋建造。
进一步地，当所述单板与单板之间的木纹呈大致平行时，所述木质结构材料的静曲强度为70MPa～120MPa，例如：80MPa、90MPa、100MPa、110MPa等；弹性模量为9000MPa～16000MPa，例如：10000MPa、11000MPa、12000MPa、13000MPa、14000MPa、15000MPa等；剪切强度为6.0MPa～11MPa，例如：7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等。
进一步地，当所述单板与单板之间的木纹呈大致垂直时，本发明的所述木质结构材料的静曲强度为30～100MPa，例如：40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa等；弹性模量为7000～16000MPa，例如：8000MPa、9000MPa、10000MPa、11000MPa、12000MPa、13000MPa、14000MPa、15000MPa等；剪切强度为1.0MPa～5.0MPa，例如：2MPa、3MPa、4MPa等。
在本发明中，所述木质结构材料包括2-15层单板，本发明可以避免使用尽可能多的单板，且由于单板的厚度较大，可以减少胶黏剂的用量。另外，本发明的单板的表面可以不具有点状或线状的裂纹，从而避免由于点状或线状的裂纹，会使胶浸入该裂纹中，导致施胶量增加。
第二方面
本发明的第二方面提供了一种根据本发明第一方面所述的木质结构材料的制备方法，其包括以下步骤：
对旋切木板进行湿热定型处理，得到单板；
在所述单板的表面涂覆胶黏剂；
提供另一单板，在胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，得到成型体；
对所述成型体进行热压和/或冷压处理，得到木质结构材料。
在本发明中，所述旋切木板可以是采用速生林木材为原料，例如：杨木、杉木、辐射松、桉木、落叶松、花旗松、柳杉、水杉或云杉等。将速生林木材旋切后，再进行湿热定型处理，从而得到本发明的6-20mm厚的单板。
在本发明中，湿热定型处理是一种单板快速干燥与表面强化相结合的定型方式，通过湿热定型处理，能够调整本发明的单板的表面的化学结构以及物理或化学性质，达到降低单板内部应力、调控单板含水率、提高单板平整度以及增加单板表面活性，从而使单板和胶黏剂形成良好的结合，以提高木质结构材料静曲强度、弹性模量、剪切强度等，从而使本发明的木质结构材料能够在承重、建造房屋中应用。
具体地，在本发明中，所述湿热定型处理包括加热的同时施加恒定压力的步骤，主要步骤为将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。
优选地，所述湿热定型处理中，所述旋切木板的含水率为25～60％，例如：30％、35％、40％、45％、50％、55％等；所述湿热定型处理的温度为150-200℃，例如：160℃、170℃、180℃、190℃等；所述湿热定型处理的恒定压力为0.5-2.5MPa；所述湿热定型处理的时间为20-60min，例如25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min。
进一步地，在单板的表面涂覆胶黏剂，所述胶黏剂的用量为150-350g/m2。然后进行组坯，即提供另一单板，使所述单板与所述另一单板进行粘附，得到成型体；然后将该成型体闭口陈放，陈放时间为30-120min，例如：40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min。陈放使胶黏剂中的部分水分蒸发或渗入单板，胶黏剂的粘度增大，避免压制成型时胶黏剂挤出，产生缺胶或透胶。
进一步地，当木质结构材料的层数大于2层时，按照同样的方式再提供其它单板，在胶黏剂的作用下，使该其它单板与获得的两层结构进行粘附即可，最终得到所需层数的成型体。
将闭口陈放后的成型体进行预压，主要采用冷压机将闭口陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中，所述预压处理的压力为0.5-1.5MPa，例如：0.8MPa、1MPa、1.2MPa等；所述预压处理的时间为10-60min，例如；通过预压可以为20min、30min、40min、50min等。通过进行预压可以达到减小板坯厚度，从而缩小后期冷压或热压机压板的开档；同时可适当提高压制速度，缩短压制周期，提高压机生产效率；也可以适当增加板坯轻度，从而有利于板坯运输和操作。
然后，将预压后的成型体再进行热压和/或冷压处理，其中，热压采用热压机进行周期型接触式加压加热成型，冷压采用冷压机进行周期型接触式加压成型。
具体地，所述热压处理中，所述热压的温度为100-170℃，例如：110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等；所述热压的压力为8-20kg/cm2，例如：10kg/cm2、12kg/cm2、14kg/cm2、16kg/cm2、18kg/cm2等；所述热压的时间为0.5-3min/mm，例如：1min/mm、1.5min/mm、2min/mm、2.5min/mm等，从而可以获得成品木质结构材料。其中，本发明的热压的时间单位“min/mm”表示每1mm厚的预压后的成型体进行热压所用的时间为0.5-3min。
所述冷压处理中，所述冷压的温度为10-40℃，例如：室温条件下进行冷压即可；所述冷压的压力为10-20kg/cm2，例如：12kg/cm2、14kg/cm2、16kg/cm2、18kg/cm2等；所述冷压的时间为60-180min，例如：70min、90min、100min、120min、140min、160min等，从而可以获得成品木质结构材料。
本发明的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。并且，本发明的制备方法制备得到的木质结构材料静曲强度高，弹性模量大，剪切强度高，抗弯强度高，能够在承重、建造房屋中应用。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例1
本实施例使用8mm厚的杨木旋切木板进行实验，杨木旋切木板的结构具体如图1所示，该旋切木板的含水率约为26.42％。
对旋切木板进行湿热定型处理，将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。其中，所述湿热定型处理的温度为180℃；所述湿热定型处理的压力为0.5MPa；所述湿热定型处理的时间为30min，得到单板，单板的结构如图2所示。
然后在所述单板的表面涂覆聚氨酯胶黏剂，涂胶量260g/m2。
提供另一单板，在聚氨酯胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，并继续提供单板，采用纵横交错的组坯方式(如图4所示)，使组坯层数为7层，得到成型体。
将所述成型体闭口陈放，陈放时间20min。
将陈放后的成型体进行预压，即采用冷压机将陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中恒定压力为0.5MPa；预压处理的时间为20min。
然后，将预压后的成型体再进行冷压处理，采用冷压机进行周期型接触式冷压处理；具体在室温下进行所述冷压处理，冷压处理的压力14kg/cm2，冷压处理的时间120min，得到木质结构材料。
实施例2
本实施例使用8mm厚的杨木旋切木板进行实验，杨木旋切木板的结构具体如图1所示，该旋切木板的含水率约为26.42％。
对旋切木板进行湿热定型处理，将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。其中，所述湿热定型处理的温度为180℃；所述湿热定型处理的压力为0.5MPa；所述湿热定型处理的时间为30min，得到单板，单板的结构如图2所示。
然后在所述单板的表面涂覆聚氨酯胶黏剂，涂胶量230g/m2。
提供另一单板，在聚氨酯胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，并继续提供单板，采用顺纹全纵向的组坯方式(如图3所示)，使组坯层数为7层得到成型体。
将所述成型体闭口陈放，陈放时间30min。
将陈放后的成型体进行预压，即采用冷压机将陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中恒定压力为0.5MPa；预压处理的时间为20min。
然后将预压后的成型体再进行冷压处理，采用冷压机进行周期型接触式冷压处理；具体在室温下进行所述冷压处理，冷压处理的压力10kg/cm2，冷压处理的时间为100min，得到木质结构材料。
实施例3
本实施例使用8mm厚的辐射松旋切木板进行实验，该旋切木板的含水率约为35％。
对旋切木板进行湿热定型处理，将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。其中，所述湿热定型处理的温度为180℃；所述湿热定型处理的压力为2.0MPa；所述湿热定型处理的时间为40min，得到单板。
然后在所述单板的表面涂覆酚醛树脂胶黏剂，涂胶量340g/m2。
提供另一单板，在聚氨酯胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，并继续提供单板，采用纵横交错的组坯方式(如图4所示)，使组坯层数为7层，得到成型体。
将所述成型体闭口陈放，陈放时间30min。
将陈放后的成型体进行预压，即采用冷压机将陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中恒定压力为1.0MPa；预压处理的时间为30min。
然后将预压后的成型体再进行热压处理，采用热压机进行周期型接触式加压加热定型；所述热压处理中，所述热压的温度为160℃，热压处理的压力16kg/cm2，热压处理的时间2min/mm，得到木质结构材料。
实施例4
本实施例使用8mm厚的辐射松旋切木板进行实验，该旋切木板的含水率约为35％。
对旋切木板进行湿热定型处理，将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。其中，所述湿热定型处理的温度为180℃；所述湿热定型处理的压力为2.0MPa；所述湿热定型处理的时间为40min，得到单板。
然后在所述单板的表面涂覆酚醛树脂胶黏剂，涂胶量300g/m2。
提供另一单板，在聚氨酯胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，并继续提供单板，采用顺纹全纵向的组坯方式(如图3所示)，使组坯层数为7层，得到成型体。
将所述成型体闭口陈放，陈放时间20min。
将陈放后的成型体进行预压，即采用冷压机将陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中恒定压力为1.0MPa；预压处理的时间为40min。
然后将预压后的成型体再进行热压处理，采用热压机进行周期型接触式加压加热定型；所述热压处理中，所述热压的温度为160℃，热压处理的压力18kg/cm2，热压处理的时间2min/mm，得到木质结构材料。
实施例5
本实施例使用6mm厚的桉树旋切木板进行实验，该旋切木板含水率约为39％。
对旋切木板进行湿热定型处理，将旋切木板送入排湿干燥热压机进行周期型接触式加压加热干燥。其中，所述湿热定型处理的温度为170℃；所述湿热定型处理的恒定压力为1.0MPa；所述湿热定型处理的时间为30min，得到单板。
然后在所述单板的表面涂覆豆胶，涂胶量220g/m2。
提供另一单板，在聚氨酯胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，并继续提供单板，采用纵横交错的组坯方式(如图4所示)，使组坯层数为7层，得到成型体。
将所述成型体闭口陈放，陈放时间30min。
将陈放后的成型体进行预压，即采用冷压机将陈放后的板坯施加恒定压力进行预压，其中恒定压力为1.0MPa；预压处理的时间为30min。
然后将预压后的成型体再进行热压处理，采用热压机进行周期型接触式加压加热定型；所述热压处理中，所述热压的温度为130℃，热压处理的压力15kg/cm2，热压处理的时间1min/mm，得到木质结构材料。
性能测试
1、单板的性能测试
1.1、压缩率、回弹率以及弯曲高度
取实施例1-5的旋切木板，用喷壶反复喷湿晾干的方式进行调湿，调湿完成后称重，并用螺旋测微仪测量单板厚度，而后将单板放置于排湿干燥热压机中按照各实施例的参数进行湿热定型处理。湿热定型处理后，通冷水冷却至室温，然后取出称重并测量厚度(其中，对实施例1-5的旋切木板的操作保持完全一致)。按照公式(1)计算压缩率，测试结果如下表1所示。
Figure BDA0002658861310000151
Figure BDA0002658861310000152
式中：
d0——湿热定型处理前的旋切木板厚度；
d1——湿热定型处理后的单板厚度；
d2——放置回弹后的单板厚度。
将实施例1-5的旋切木板在湿热定型处理后放置一周，测量并按照公式(2)计算单板的回弹率以及回弹后的弯曲高度，即单板水平放置时，横向弯曲弧度最高点至水平面的距离(如图5所示)，测试结果如下表1所示。
表1.单板的压缩率、回弹率以及弯曲高度
Figure BDA0002658861310000153
由实施例1-5可以看出，本发明的单板的弯曲高度为1-10mm，压缩率为4-15％，回弹率为1-4％，适合用于制备木质结构材料。
1.2表面横纹粗糙度Rz
表面横纹粗糙度Rz的测量根据GB/T 1031-2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面横纹粗糙度参数及其数值》取轮廓最大高度Rz作为评价指标，在每张单板选取3个试验测试区(横纹)，利用TIME3230粗糙度仪采用探针示踪法在各个区域测量表面横纹粗糙度Rz，测试结果如下表2所示。
表2.单板的表面横纹粗糙度
Figure BDA0002658861310000161
由表2可以看出，本发明的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，本发明的单板的表面横纹粗糙度合适，合适的表面横纹粗糙度能够使亲水表面更亲水，疏水表面更疏水，并且胶粘剂依然可以填满表面凹陷，不会形成空隙，且不会影响两者之间的附着力，更不会导致胶粘剂和单板脱离分层。
1.3表面润湿性能
材料的润湿性能可通过接触角等参数进行表征。一般来说，相同处理表面，同种液体在其表面的接触角越小，材料的表面自由能越高，固液界面分子间的粘附力越大，固体表面润湿性能越好。固体表面润湿性能多采用测定液体在固体材料表面的接触角等方法来来表征。
本试验中采用Zisman法，通过OCA20，Dataphysics型接触角测定仪测定，此仪器带有自动控温样品室。首先设置样品室的温度，将样品放入样品室，待样品温度升到设定温度时，用微型注射器将液滴滴于试件之上，通过录像测控***将液滴在试件表面随时间而变化的影像进行实时记录。每0.04s记录一个影像，待测试完毕通过***自带软件，计算接触角。记录(0-9)秒内10个接触角的数据。每个试件测定10个点，每个条件5个试件。样品室温度：(20±2)℃；液滴体积：6μm。采用的液体为酚醛树脂和蒸馏水(极性液体)，测试结果如下表3所示。
表3.单板的表面接触角
Figure BDA0002658861310000171
由表3可以看出，本发明的单板的表面接触角为40～110°，单板表面的润湿性能越好，接触角降低，从而更有利胶黏剂在单板表面的铺展和浸润，有利于增加胶黏剂与单板之间的结合面，有利于提高它们之间的粘合力，从而形成良好的胶合性能。
1.4表面自由能和酸碱力
表面自由能是产生一单位面积无应力表面所需要的能量。材料表面的接触角根据测试时所选用的液体不同而有所差异，在湿润过程中有两个因素对此起主导作用。一个是液体在材料表面的吸附作用，另外一个是液体与材料表面的酸碱作用。
参照国际标准ISO 19403-2-2017《色漆和清漆.亲水性.第2部分:通过测量接触角测定固体表面的表面自由能》进行表面自由能及其分量酸碱力的测试，其中所用液体为蒸馏水、甲酰胺和二碘甲烷。其中蒸馏水和甲酰胺为极性液体，前者呈酸性特征，后者为碱性液体，二碘甲烷为非极性液体，水分子结构为(H2O)其酸碱性比率为1，甲酰胺的分子结构为HCONH2，其酸碱性比率为0.058，二碘甲烷的分子结构为CH2I2，其酸碱性比率为0，最终经计算得到单板的表面自由能和酸碱力如下表4所示。
测定仪器：接触角测定仪。
表4.单板的表面自由能和酸碱力
Figure BDA0002658861310000181
由表4可以看出，所述单板的表面自由能为15-60mJ/m2，酸参量为8～15mJ/m2，碱参量为0.1～10mJ/m2，本发明单板的表面自由能较传统木质单板提高了5～15％，且酸参量和碱参量合适，说明单板表面的活性大幅提高，更容易与胶黏剂形成化学键结合。
1.5表面化学成分
采用XPS对单板的表面化学成分进行测试，XPS(X-ray PhotoelectronSpectroscopy)又称为ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)是研究表层元素组成与离子状态的重要表面分析技术，测试结果如下表5所示。
表5.单板的表面化学成分
Figure BDA0002658861310000182
由表5可以看出，本发明的单板的表面含有大量的含氧基团，并且本发明的单板的氧含量较传统木质单板提高了3～10％，说明单板表面的活性大幅提高，进而可以增加单板在胶合过程中氢键的生成以及化学键的结合，可以提高木质结构材料的胶合性能。
2、木质结构材料的性能测试
2.1抗弯性能、剪切性能以及剥离性能
按照国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行抗弯性能的性能检测。主要测试三点弯曲的静曲强度和弹性模量，是在两点支撑的试件中部施加载荷进行测定。静曲强度是确定试件在最大载荷作用时的弯矩和抗弯截面模量之比；弹性模量是确定试件在材料的弹性极限范围内，载荷产生的应力与应变之比。
参照国家标准GB/T 20241-2006《单板层积材》进行剪切强度的性能检测。
按照国家标准GB/T 17657-2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行浸渍剥离性能的检测。试件处理条件为Ⅱ类浸渍剥离试验：将试件放置在(63±3)℃的热水中浸渍3h，取出后置于(63±3)℃的干燥箱中干燥3h。浸渍试件时应将其全部浸没在热水之中。仔细观察试件各胶层之间或贴面层与基材之间胶层有无剥离和分层现象。用钢板尺分别测量试件每个胶层各边剥离或分层部分的长度。
仪器设备：万能力学试验机。
表6.木质结构材料的抗弯性能、剪切性能以及剥离性能
Figure BDA0002658861310000191
由表6可以看出，本发明的单板全纵铺装压制的木质结构材料的性能落在GB/T20241-2006《单板层积材》的国家标准中的110E-160E等级(即：静曲强度41.0-67.5MPa，弹性模量11000-16000MPa)。
本发明的单板纵横交错铺装压制的木质结构材料的性能落在LY/T 3039-2018《正交胶合木》标准中推荐的国产材C1-C3等级(铺层配置为3层)的性能(即：静曲强度24.0-32.0MPa，弹性模量10500-12500MPa)。
由此可见，本发明的木质结构材料可以用于承重和房屋建造。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种木质结构材料，其特征在于，包括：至少两层单板，所述单板之间经胶黏剂粘合，且所述单板的厚度为6mm-20mm；其中
所述单板的表面具有含氧基团，所述含氧基团包括羟基、羰基、羧基中的一种或两种以上的组合；
所述单板的表面横纹粗糙度Rz为30-60μm，表面接触角为40～110°。
2.根据权利要求1所述的木质结构材料，其特征在于，所述胶黏剂的用量为150-350g/m2。
3.根据权利要求1或2所述的木质结构材料，其特征在于，所述胶黏剂包括豆胶、异氰酸酯、酚醛树脂、聚氨酯、乳白胶中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的木质结构材料，其特征在于，所述单板的弯曲高度为1-10mm，压缩率为4-15％，回弹率为1-4％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的木质结构材料，其特征在于，所述单板与单板之间的木纹呈大致平行或大致垂直。
6.根据权利要求1-5任一项所述的木质结构材料，其特征在于，当所述单板与单板之间的木纹呈大致平行时，所述木质结构材料的静曲强度为70MPa～120MPa，弹性模量为9000MPa～16000MPa，剪切强度为6.0MPa～11MPa；或者
当所述单板与单板之间的木纹呈大致垂直时，所述木质结构材料的静曲强度为30～100MPa；弹性模量为7000～16000MPa，剪切强度为1.0MPa～5.0MPa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的木质结构材料，其特征在于，所述木质结构材料包括2-15层单板。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的木质结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对旋切木板进行湿热定型处理，得到单板；
在所述单板的表面涂覆胶黏剂；
提供另一单板，在胶黏剂的存在下，使所述单板与所述另一单板进行粘附，得到成型体；
对所述成型体进行热压和/或冷压处理，得到木质结构材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述湿热定型处理包括加热的同时施加恒定压力的步骤；
优选地，所述湿热定型处理中，所述旋切木板的含水率为25～60％；所述湿热定型处理的温度为150-200℃，所述湿热定型处理的压力为0.5-2.5MPa，所述湿热定型处理的时间为20-60min。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述热压处理中，所述热压的温度为100-170℃，所述热压的压力为8-20kg/cm2，所述热压的时间为0.5-3min/mm；和/或
所述冷压处理中，所述冷压的压力为10-20kg/cm2，所述冷压的时间为60-180min。
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