CN117283662A - 一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法，包括以下步骤：首先将表层单板和首层单板的含水率调节至10～15%，编织竹席以及其余层单板的含水率调节至6～8%，然后将胶粘剂涂布于编织竹席和芯板首层单板的上下表面，再将编织竹席分别铺装于芯板首层单板的上下表面，得到层积复合芯板；接着将胶粘剂涂布于层积复合芯板的上下表面，然后将芯板其余层单板分别铺装于层积复合芯板的上下表面，依次经过预压缩成型、预加热处理，处理完成后，再进行高温热压处理，得到所述压缩轻质高强层积复合板。本发明制备的复合板横纵向抗弯强度均衡，抗变形能力强，表面致密层厚，砂光处理后的饰面效果好，在家具制造中具有良好的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于木材工业领域，尤其涉及一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法。
背景技术
随着我国住宅装修的规模化推进，定制家居产业得到高速发展，高质量板材需求日益旺盛。传统家具用人造板主要包括纤维板、刨花板和胶合板。经过多年发展，这三类木质板材的生产工艺和生产装备技术日趋成熟，产品类别丰富，已在世界各国形成规模化生产线。家具用竹木复合板材是将竹材和木材单元材料混合组坯，热压胶合而成的一种功能性复合材料。该功能性复合板材充分发挥了竹材的强度优势，其综合力学性能优于传统木质人造板材，产品形式主要包括竹木复合纤维板、竹木复合刨花板和竹帘（或竹席）木单板复合板。目前家具用竹木复合板材存在以下几个问题：
1）原材料制备：用于制造竹木复合纤维板或刨花板的竹片原料，其在制备过程中无法单独去除竹青和竹黄，对胶黏剂有特殊要求，并且制备过程中需要额外添加防霉剂。相比于木材纤维或刨花加工，加工小尺寸竹片对切削刀具磨损较严重，竹片及碎料中夹杂的细长竹条易堵塞螺旋出料器和旋转下料阀等生产设备，并且生产线能耗较高，存在干燥废气和污水排放。制备竹帘（或竹席）木单板复合板通常选用大径级毛竹制成厚竹片或较厚竹篾，对原竹径级有要求，材料利用率低。
2）原材料预处理：制备竹帘（或竹席）木单板复合板时，为了保证厚型原材料的良好胶合，通常采用长时间浸渍水溶性胶黏剂的方法，使胶黏剂预先渗透到材料内部，浸胶完成后再干燥至一定含水率才能进行组坯以及后续的热压成型，耗时，费力，效率低下。
3）环保问题：目前制备结构用板材通常采用水溶性酚醛树脂胶黏剂，酚醛树脂的生产和使用会给环境带来一定程度的污染，主要原因是其合成所需的苯酚和甲醛都有毒性，苯酚的浓溶液对皮肤有强烈的腐蚀性，而甲醛对人眼和呼吸道等具有强烈刺激性，引起过敏和病变，严重威胁人体健康。
4）胶黏剂调配：目前大部分发明是将多亚甲基多苯基多异氰酸酯与其它水性高分子乳液胶黏剂（例如乙酸乙烯酯和聚乙烯醇树脂等）按比例进行二次调配，复合胶黏剂中异氰酸酯作为固化剂，而水性高分子乳液胶黏剂作为主剂。该复合胶黏剂初粘性好、耐水性能好，但是所使用的水性高分子乳液制备工艺较为复杂，通常需要加热和不断搅拌，否则乳液分散性太差，复配后黏度变化过快，储存周期短，甚至无法施胶。另外，经过多次试验结果发现，此类简单二次混合复配的复合胶黏剂并不适合高强度竹木复合板的制备，特别是对竹材料的粘结强度很差，胶合强度不足。因此需要使用一种无醛、初粘性好且能对竹材料粘结强度高的绿色环保胶黏剂。
5）复合结构和热压工艺：目前制备竹木层积复合板基本采用均一含水率的原料，一体铺装，通常会将高强度的竹帘（或竹席）尽量靠近复合板的表层，以使复合板具备更高的抗弯性能。但因编织时会产生大量缝隙或交叉搭接的凹凸，复合板坯经过传统一体热压成型后，板坯被整体压缩，在板材表层只能形成一薄层致密层，芯层为中密度压缩层。这种传统一体热压技术使与竹帘（或竹席）相结合的两层单板软化和压缩效果较差，难以实现低密度板材在低压缩率情况下对编织搭接缝隙的有效填补，造成编织竹材料与木质材料结合层出现大量空隙，易吸湿膨胀，导致编制竹材料与木质材料分层。另外，这种传统热压工艺使得板坯被整体压缩，复合板的密度梯度分布和位置无法精准控制，在板材表层只能形成一薄层致密层，芯层为中密度压缩层。表层的这一高密度致密层太薄，经砂光处理后便损失殆尽，所制备的复合板表面平整性较差，饰面性能很差，使用过程中易出现表板开裂和板材变形问题，无法用于家居产品的制造。
6）板材密度：为了达到理想的板材强度，通常采用增加密度的方法来提高板材的力学性能，竹帘（或竹席）使用层数较多，原材料消耗大，制备的板材密度通常都达到700-900kg/m3以上，笨重的材料导致运输和施工成本也增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法。
本发明所采取的技术方案是：
第一个方面，本发明提供一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法，包括以下步骤：
1) 将表层单板和芯板首层单板的含水率调节至10～15%，编织竹席以及芯板其余层单板的含水率调节至6～8%；
2) 将胶粘剂涂布于编织竹席和芯板首层单板的上下表面，然后将编织竹席分别铺装于芯板首层单板的上下表面，得到层积复合芯板；
3) 将胶粘剂涂布于层积复合芯板的上下表面，然后将芯板其余层单板分别铺装于层积复合芯板的上下表面，得到层积复合板坯；
4) 将层积复合板坯依次经过预压缩成型、预加热处理，处理完成后，再进行高温热压处理，得到所述压缩轻质高强层积复合板。
在一些实例中，所述步骤3）的预加热处理温度为140～170 ℃。
在一些实例中，所述步骤3）的预加热处理时间为0.5～2 min。
在一些实例中，所述步骤3）的热压处理的温度为140～170 ℃。
在一些实例中，所述步骤3）的热压处理的压力为4～6MPa。
在一些实例中，所述步骤3）的热压处理的时间为3～5 min。
在一些实例中，所述胶粘剂的质量组成为：2.5～4.5%水溶性胶粉，15～30%交联剂，15～25%面粉，3.5～5.5%重质碳酸钙粉，余量为水。
在一些实例中，所述胶粘剂的制备方法包括以下步骤：
1)将水溶性胶粉加入水中搅拌，使胶粉充分溶解，得到胶粉溶液；
2)然后依次加入交联剂、面粉、重质碳酸钙粉，搅拌分散至无明显粉团，得到胶黏剂。
在一些实例中，所述水溶性胶粉选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、黄原胶中的至少一种。
第二个方面，本发明第一个方面所述的制造方法制备的压缩轻质高强层积复合板在家具中的应用。
本发明的有益效果是：
1）采用科学合理的竹木复合结构，将编织竹席夹层于复合板表层单板之中，通过高温蒸汽***对与竹席结合的两层单板进行精准可控预加热和软化，便于此处的压缩密实化定型，而芯层单板则不受影响；
2）采用精准可控密实强化压缩技术，通过热压温度、压力和保压时间的控制，实现表层单板、编织竹席和芯板首层单板（与竹席贴合的两面单板）的密实强化，而芯板其余层数单板以低压缩率实现胶合，最终形成高强度密实强化竹木复合表板与低压缩率芯板一体成型的轻质高强竹木复合板。
3）精准可控密实强化技术充分发挥了杨木单板材质软的特性，有效填补竹席的凹陷处，减少材料的内部孔隙和缺陷，同时由于竹席硬度高，没有被压缩破坏，保留了竹席的高强度。上下表面被高度压缩的单板，跟竹席复合后，进一步提高了这一复合压缩层的强度，同时还增强了木质单板与编织竹席的层间胶合性能。
4）采用绿色、环保、无甲醛添加的水性胶粘剂解决了传统竹木复合板甲醛释放量高、密度大、生产成本较高的难题，制备得到一种轻质高强、绿色环保、耐水防潮的优质竹木复合板。
5）利用速生木材轻质低密度和竹材高强度高硬度的特点，引入高强度竹材与木质材料进行多元层积复合，辅以木质材料良好地加工性能，同时提高了板材的力学性能，此复合板横纵向抗弯强度均衡，抗变形能力强，表面致密层厚，砂光处理后的饰面效果好，在家具制造中具有良好的应用潜力。
附图说明
图1为实施例10与对比例1～2的复合板的剖面图。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。
本发明实施例1和2中的环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制备方法如下：
1）单板和编织竹席调湿处理：
首先将表层单板和芯板首层单板调湿处理，使得含水率保持在10～15%，含水率过高容易造成表面压缩层开裂，含水率过低瞬时回弹比较大，合理的含水率使单板在预加热过程中可以得到良好的软化，以利于后期精准控制其与编织竹席的层积复合密实压缩强化。编织竹席以及芯板其余层单板则干燥至含水率为6～8%。
2）无甲醛添加的胶粘剂的制备：
第一步，取配方量的自来水至胶桶中，开启搅拌器，搅拌器的转速要求大于1200转/分钟；
第二步，将3%胶黏剂质量总量的水溶性胶粉缓慢而均匀地加入水中，搅拌8～10分钟，使胶粉充分溶解至无明显胶团的黏稠状液体；
第三步，缓慢而均匀地加入25%交联剂，继续搅拌2～3分钟，使交联剂均匀混合在胶粉溶液中；
最后，依次缓慢而均匀地加入20%面粉和4.5%重量份的重质碳酸钙粉作为填料（可根据实际黏度调整填料的添加量），再继续搅拌分散3～5分钟，至无明显粉团且呈黏稠状浅棕色乳液胶黏剂；
其中，所述水溶性胶粉选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、黄原胶中的至少一种；
所述交联剂选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯中的至少一种。
3）轻质高强层积复合板的制造：
第一步，采用配制的胶粘剂对下表层编织竹席的两个表面进行涂布处理，然后将芯板下表面首层木质单板松面和较高含水率的下表层木质单板分别贴合于已涂胶的编织竹席的上下两个表面；
第二步，依次将较低含水率的芯板其余层单板进行涂胶，然后在芯板下表面首层木质单板上表面上以紧面对紧面，松面对松面的形式交叉层积铺装；
第三步，采用配制的水性胶粘剂对上表层编织竹席的两个表面进行涂布处理，然后将较高含水率的上表层木质单板和芯板上表面首层木质单板松面分别贴合于已涂胶编织竹席的上下两个表面；
第四步，将铺装好的层积复合板坯经过预压机预压缩成型，避免板坯在输送过程中错位，同时排出层间多余空气，便于后期压缩；
第五步，将复合板坯置于蒸汽喷蒸机中，在温度为140～170℃的条件下进行预加热处理，使与竹席贴合的上下表层和芯板上下首层单板温度升高，在湿热共同作用下实现待压缩单板的可控软化。预热时间控制在0.5～2分钟。
第六步，预热完成后，将板坯输送至热压机中，复合板的成型厚度由厚度规控制，按照设定热压工艺参数进行高温热压，热压温度140～170℃，热压压力4～6MPa，热保压时间3～5min，使得表层单板、编织竹席和芯板首层单板密实强化，芯板其余层单板以低压缩率实现胶合，形成高强度密实强化竹木复合表板与低压缩率芯板一体成型的轻质高强层积复合板。
实施例1
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率10%，在温度为140℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例2
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为140℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例3
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率15%，在温度为140℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例4
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例5
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为160℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例6
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为170℃下预热0.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例7
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.0分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例8
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例9
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热2.0分钟，热压温度140℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例10
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度150℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例11
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度160℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例12
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度170℃，热压压力4MPa，热压时间3分钟。
实施例13
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度150℃，热压压力4MPa，热压时间4分钟。
实施例14
采用上述方法制备得到的轻质高强竹木层积复合板。其工艺条件为：单板含水率13%，在温度为150℃下预热1.5分钟，热压温度150℃，热压压力4MPa，热压时间5分钟。
对比例1
市售普通胶合板1。
对比例2
轻质高强竹木层积复合板，其工艺条件与实施例1的区别在于：步骤3）的轻质高强层积复合板的制造过程中，不进行第五步操作。
然后根据GB/T 17657-2013《人造板以及饰面人造板理化性能试验方法》对实施例和对比例分别进行检测，检测结果如下表1所示，本发明实施例10与对比例1～2的复合板的剖面图如图1所示。
表1
相比于对比例1，本发明采用绿色、环保、无甲醛添加的水性胶粘剂解决了传统竹木复合板甲醛释放量高、密度大、生产成本较高的难题，同时充分发挥了杨木单板材质软的特性，有效填补竹席的凹陷处，减少材料的内部孔隙和缺陷，同时由于竹席硬度高，没有被压缩破坏，保留了竹席的高强度。上下表面被高度压缩的单板，跟竹席复合后，进一步提高了这一复合压缩层的强度，同时还增强了木质单板与编织竹席的层间胶合性能。
相比于对比例2，本发明通过高温蒸汽***对与竹席结合的两层单板进行精准可控预加热和软化，便于此处的压缩密实化定型，而芯层单板则不受影响，从而有效提高了板材的力学性能，在家具制造中具有良好的应用潜力。
以上是对本发明所作的进一步详细说明，不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的简单推演或替换，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保精准可控压缩轻质高强层积复合板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将表层单板和芯板首层单板的含水率调节至10～15%，编织竹席以及芯板其余层单板的含水率调节至6～8%；
2)将胶粘剂涂布于编织竹席和芯板首层单板的上下表面，然后将编织竹席分别铺装于芯板首层单板的上下表面，得到层积复合芯板；
3)将胶粘剂涂布于层积复合芯板的上下表面，然后将芯板其余层单板分别铺装于层积复合芯板的上下表面，得到层积复合板坯；
4)将层积复合板坯依次经过预压缩成型、预加热处理，处理完成后，再进行高温热压处理，得到所述压缩轻质高强层积复合板。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤3）的预加热处理温度为140～170 ℃。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤3）的预加热处理时间为0.5～2 min。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤3）的热压处理的温度为140～170 ℃。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤3）的热压处理的压力为4～6MPa。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤3）的热压处理的时间为3～5min。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述胶粘剂的质量组成为：2.5～4.5%水溶性胶粉，15～30%交联剂，15～25%面粉，3.5～5.5%重质碳酸钙粉，余量为水。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述胶粘剂的制备方法包括以下步骤：
1)将水溶性胶粉加入水中搅拌，使胶粉充分溶解，得到胶粉溶液；
2)然后依次加入交联剂、面粉、重质碳酸钙粉，搅拌分散至无明显粉团，得到胶黏剂。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述水溶性胶粉选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、黄原胶中的至少一种。
10.权利要求1所述的制造方法制备的压缩轻质高强层积复合板在家具中的应用。
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