专利名称：一种无胶木纤维制件的制作方法
一种无胶木纤维制件的制作方法技术领域
本发明属于木质材料深加工技术领域，尤其涉及一种无胶木纤维制件的制作方法。
背景技术：
木纤维是采用伐剩小径级枝桠材、木材加工剩余物或其他非木质植物纤维原料， 按照纤维分离工艺和设备的要求，通过剥皮、削片、筛选和清洗处理，经热磨解纤制得。
目前，木纤维在应用领域上仅限于生产中密度纤维板，其生产工艺分为湿法和干法。湿法工艺生产纤维板需要耗用大量的水资源，而且会造成严重的废水污染问题，因此已经被淘汰。现在采用的干法工艺是通过纤维干燥、施胶、成型等系列工序，将木纤维热压成型得到中密度纤维板。但是，该生产工艺中的胶粘剂释放出的甲醛、苯酚等有害物质越来越受到人们的关注，尤其是自2008年4月18日美国加利福尼亚州空气资源委员会(CARB)颁发了降低复合木制品甲醛排放的有毒物质空气传播控制措施后，规定不符合CARB认证的复合木制品和含有复合木制品的成品都不能进入美国市场。该法规对我国乃至全世界的人造板企业和家具企业提出了一个重大的挑战。
现有的解决上述问题的方法主要有两种一是对胶粘剂进行改良，但是该方法致使胶粘剂、纤维板的生产成本增加；二是对产品进行处理，例如用氨水等化学药剂吸收产品内部甲醛、苯酚等有害物质，这种方法同样存在增加工序、增加生产成本的弊端，同时又引入了新的空气污染。
公开号为CN85105958A的中国专利申请公开了一种用纤维木素原料制取合成物的方法，该方法不需添加胶结剂，而是将纤维木素用水蒸汽加热处理，使纤维木素原料中的半纤维素降解及水解成为游离糖类等物质，再经热固化而转变为胶结剂和填充剂，使制作得到的纤维木素合成物具有优良强度和尺寸。但是，该方法需要添加高压蒸汽预处理设备， 对设备要求高，并且对设备的腐蚀性较大。
公开号为CN1063^8A的中国专利申请公开了一种由木素纤维素制取热固化树脂及复合材料制品的方法，该方法首先将木素纤维素材料用高压蒸汽处理使半纤维发生热分解和水解生成水溶性物质，然后将这些水溶液物质作为一种热固化树脂胶粘剂在热压下生成一种防水胶结体或胶结其它组分生成复合材料制品。该方法不仅工序繁琐，设备投资大， 而且工艺本身对设备腐蚀性也较强，大大增加了生产成本。
公开号为CN102039623A的中国专利申请公开了一种无胶人造炭化木的生产方法，将成型木纤维在坯体预压在压力为3MPa 12MPa，温度为150°C 170°C，保温时间为 30min 120min的条件下热压成成型坯体，然后送入炭化炉中进行常规炭化处理，炭化温度为180°C 230°C，炭化时间为30min 150min。该方法需要炭化处理过程，增加了工艺过程，导致成本上升。
公开号为CN1108988A的中国专利申请公开了一种干法无胶硬质纤维板的生产方法，该方法将植物原料经分离、干燥、在不添加胶结剂的条件下成型、热压，在热压过程中采用三段加压的热压工艺，高压为3. 4MPa 6. 4MPa，低压为0. 5MPa 2. OMPa,热压温度为 180°C 210°C，热压时间为高压闭合IOs 90s，排气30s 240s，塑合30s 240s，从而制得物理力学性能超过硬质纤维板国家标准二级品的无胶硬质纤维板。但是，该无胶硬质纤维板的最大名义厚度尺寸不超过6mm，大大限制了该无胶硬质纤维板的实际应用，不能满足高厚度需求的应用领域。这也是目前国内、外无胶纤维产品无法实现工业化生产的技术瓶颈。由于以上的存在不足和其它原因，无胶纤维技术迟迟不能实现工业化生产。
因此，突破现有的无胶木纤维制件的厚度尺寸限制瓶颈，简单方便地制作出低成本、高厚度的无胶木纤维板以及其异型制件，是目前广大科技工作者的研究热点，将极大地拓展无胶木纤维制件的应用领域。发明内容
本发明的技术目的是针对上述无胶木纤维制件的不足，提供一种无胶木纤维制件的制作方法，该制作方法不仅可以用于制作无胶木纤维板材制件，也可以直接用于制作无胶木纤维异型制件，其制件的厚度能够达到30mm 120mm，密度能够达到0. 7g/cm3 1. Ig/ cm3，极大地突破了现有的无胶木纤维制件的厚度限制，拓宽了其实际应用领域，尤其适用于家具领域，能够实现低成本、绿色环保的高端异型家具。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为一种无胶木纤维制件的制作方法，采用木纤维为原料，如图1所示，包括现有的干燥、预压以及热压成型工艺，并且该预压工艺之后进行微波加热工艺，然后进行热压成型工艺；具体包括如下步骤
步骤1、干燥工艺
采用木纤维为原料，将木纤维原料进行干燥处理，控制其含水率在4% 18% ；
步骤2、预压工艺
根据制件幅面、厚度称取适量原料，然后将原料铺坯成型，再经过预压处理，得到预成型坯体；
步骤3、微波加热工艺
将预成型坯体送入微波加热装置，利用微波加热，使预成型坯体温度快速上升至 70°C 150 ；
步骤4、热压成型工艺
将步骤3处理后的预成型坯体送入成型模具进行热压成型，热压温度为180°C 350°C，成型压力为35kg/cm2 110kg/cm2，保压时间为5min 60min，得到无胶木纤维制件。
上述技术方案中，作为优选还采取以下措施
步骤1中，直径优选控制在0. 02mm 3mm。
步骤3中，微波加热的时间优选为0. 5min 5min。
步骤3中，成型坯体的温度优选为100°C 110°C。
步骤4中，得到的无胶木纤维制件的厚度能够达到30mm 120mm，密度能够达到 0. 7g/cm3 1. lg/cm3,
综上所述，本发明提供的无胶木纤维制件的制作方法以普通木纤维为原料，其主要化学成分为纤维素、半纤维素及木质素，首先将原料干燥处理后，进行铺坯成型与预压处理，得到预成型坯体，然后对该预成型坯体进行微波加热处理，使其温度快速上升至70°C 150°C，最后放入成型模具内热压成型，得到无胶木纤维制件。其中，将预成型坯体进行热压处理之前首先进行微波加热处理的工艺是本发明的创新之处，该工艺正是本发明人在木纤维模压加工技术领域中的长期科研实践，结合现有技术的不足而探索出的一种能够有效提高成品无胶木纤维制件厚度，使其满足实际生产应用的工艺。与现有的无胶木纤维制件的制作方法相比，本发明的优点具体如下
(1)微波加热与热压处理相结合
现有的制作方法中，将预成型坯体直接进行热压处理而得到无胶木纤维制件。但是，本发明人发现由于木纤维是热的不良导体，采用传统的加热工艺，如热压板、电热丝对预成型坯体加热时热量往往由其表面传递至其内部，因此热传递时间长，导致表面木纤维与内部木纤维存在温度梯度，受热不均勻，往往存在表面木纤维温度已过高，而内部木纤维仍然温度低的问题，导致工件内外塑化成分分布不均勻，而使产品力学性能下降。所以在实际热压工艺中，如果预成型坯体的厚度较大，就会影响制得的木纤维制件的密度、其结合力与力学性能，从而成为目前无胶木纤维制件的厚度受限的一个原因。
基于上述分析，本发明人经过大量实验探索，创造性地发现在现有的热压处理工艺之前，将预成型坯体首先进行微波加热工艺，然后再进行热压工艺时，具有如下预料不到的效果
a、由于微波加热技术的特点，将预成型坯体整体加热，一方面能够使预成型坯体内外同时均勻受热，即表面木纤维与内部木纤维同时受热升温，从而降低表面木纤维与内部木纤维的温度梯度；另一方面，能够缩短受热时间，即在相对短的时间内快速升温至目标温度，降低下一步高温高压工段产品内外塑化度的差异；因此，该微波加热工艺是对预成型坯体进行的一次“整体快速温化”的处理过程，与之相比，现有技术中的预成型坯体则可以视为“未温化”的预成型坯体；
b、接着，对该“整体快速温化”的预成型坯体进行热压工艺处理，这时木纤维中的一部分纤维素、半纤维素及木质素发生一系列的物理化学反应，产生了天然胶粘剂物质，此类物质将未降解的木纤维原料胶合成坚硬的木质制件。相对于现有技术中的“未温化”的预成型坯体相比，在高温高压作用下，“整体快速温化”的预成型坯体由于处于一个“温化” 的环境，其木纤维更易发生物理化学反应而产生天然胶粘剂，未降解的木纤维原料更易在该天然胶粘剂的作用下胶合成为更加坚硬的木质制件。
因此，相比于现有的无胶木纤维制件，本发明提供的制作方法能够得到高厚度、具有优异力学性能的无胶木纤维制件。
(2)成本低、绿色环保
本发明提供的木纤维制件的制作方法由于不添加胶粘剂，解决了木质产品由胶粘剂带来了的人体危害和环境影响，符合绿色环保的未来趋势；另外，由于不添加胶粘剂，不需要其他化学处理，直接降低了制件的生产成本。
(3)拓宽了应用领域
本发明提供的无胶木纤维制件的制作方法能够制得厚度不受限制的无胶木纤维制件，极大地拓宽了无胶木纤维制件的实际应用领域，为实现无胶木纤维产品的产业化奠定了基础，尤其是模压生产表面带有立体花纹、形状复杂的欧式雕刻家具。
图1是本发明一种无胶木纤维制件的制作流程图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
本实施例用于制作平面无胶木纤维模压板材，其幅面尺寸为IOOOmmX 1000mm，厚度为30mm，以下是具体的制作步骤
步骤1、干燥工艺
采用木纤维为原料，利用气流干燥设备将木纤维原料进行干燥处理，控制其含水率在4% 18% ；
步骤2、预压工艺
根据制件幅面尺寸IOOOmmX 1000mm,厚度30mm，称取25kg干木纤维原料，利用人造板铺装机构，将松散的干木纤维铺装成均勻密实满足工艺要求的合格板坯，然后经连续辊预压，得到预成型板坯；
步骤3、微波加热工艺
将预成型板坯送入微波加热装置，利用微波加热1. 5min,使预成型板坯温度快速上升至70°C 100°C ；
步骤4、热压成型工艺
由加料机将步骤3处理后的预成型板坯推入平板模具进行热压成型，模具温度 180°C 190°C，成型压力lOOkg/cm2，保压时间13min，得到不施加胶水的木纤维模压平面板材。
对上述制作得到的无胶木纤维模压平面板材的物理力学性能进行测试，其测试结果如下
密度0. 8 1. 05g/cm3
静曲强度MOR// > 19. 8MPa
弹性模量 MOE// > 2500MPa
符合国家中密度纤维板GB/T11718-2009的规定，与现有纤维板相比，具有优异的弹性模量和静曲强度。
实施例2
本实施例用于制作表面带有立体花纹图案的欧式家具无胶木纤维异形件，其大致幅面尺寸为400mmX230mm、最小厚度位置约50mm，最大厚度位置约120mm，以下是具体的制作步骤
步骤1、干燥工艺
采用木纤维为原料，利用气流干燥设备将木纤维原料进行干燥处理，控制其含水率在4% 18% ；
步骤2、预压工艺
根据制件大致幅面尺寸400mmX230mm、最小厚度位置约50mm，最大厚度位置约 120mm,称取5. 2kg干木纤维原料。
利用组合模具完成铺装加料、预压以及热压成型工艺。组合模具包括送料模、冲模、成型模和顶出机构，各种机构之间根据模压动作的需要进行配合。成型模腔内表面为立体花纹图案的欧式风格。模具的顶出机构用于产品的脱模。
送料模和冲模实现铺装加料和预压工段。即，干木纤维原料经过送料模铺坯成型， 然后在冲模的预压下得到预成型坯体；
步骤3、微波加热工艺
将预成型坯体送入微波加热装置，利用微波加热2min，使预成型坯体温度快速上升至 100°C 120°C ；
步骤4、热压成型工艺
将步骤3处理后的预成型板坯送入成型模腔，然后将冲模与成型模腔闭合，进行加热保压。模具温度为210°C 230°C，成型压力为75kg/cm2 90kg/cm2，保压时间为 30min。待加热保压结束，顶出机构将产品从成型模腔顶出，完成脱模动作，得到带有立体花纹图案的欧式家具无胶木纤维异形件。
对上述制作得到的带有立体花纹图案的欧式家具无胶木纤维异形件的物理力学性能进行测试，其测试结果如下
密度0. 7 0. 85g/cm3
静曲强度MOR// > 20MPa
弹性模量MOE// > 2640MPa
符合国家中密度纤维板GB/T11718-2009的规定，与现有纤维板相比，具有优异的弹性模量和静曲强度。
实施例3
本实施例用于制作圆弧曲面的无胶木纤维结构件，其幅面尺寸为580mmX^0mm、 厚度约为120mm，以下是具体的制作步骤
步骤1、干燥工艺
采用木纤维为原料，利用气流干燥设备将原料进行干燥处理，控制其含水率在 4% 18% ；
步骤2、预压工艺
根据结构件幅面尺寸580mmX ^Omm，厚度约120mm，称取16. 8kg干木纤维原料，利用组合模具完成铺装加料、预压以及热压成型工艺。
组合模具包括送料模、冲模、成型模和顶出机构，各种机构之间根据模压动作的需要进行配合。成型模腔内表面为圆弧曲面。模具的顶出机构用于产品的脱模。
送料模和冲模实现铺装加料和预压工段。即，干木纤维原料经过送料模铺坯成型， 然后在冲模的预压下得到预成型坯体；
步骤3、微波加热工艺
将预成型坯体送入微波加热装置，利用微波加热3min，使预成型坯体温度快速上升至 120°C 150°C ；
步骤4、热压成型工艺
将步骤3处理后的预成型坯体送入成型模腔，然后将冲模与成型模腔闭合，进行加热保压。模具温度为220°C 230°C，成型压力为90kg/cm2 llOkg/cm2，保压时间为 60min。待加热保压结束，顶出机构将产品从成型模腔顶出，完成脱模动作，得到圆弧曲面的无胶木纤维结构件。
对上述制作得到的圆弧曲面的无胶木纤维结构件的物理力学性能进行测试，其测试结果如下
密度0· 85 1. Ig/cm3
静曲强度MOR// > 23MPa
弹性模量MOE// > 3170MPa
符合国家中密度纤维板GB/T11718-2009的规定，与现有纤维板相比，具有优异的弹性模量和静曲强度。
综上各实施例所述，可以得出本发明的制作方法不仅可以用于制作无胶木纤维平面板材制件，也可以直接用于制作无胶木纤维异型制件，其制件的厚度能够达到30mm 120mm，密度能够达到0. 7g/cm3 1. lg/cm3，尤其是所制作的异形件能够根据设计自由实现表面带有凹凸雕刻花纹，其质感甚至能够与手工雕刻欧式家具相媲美，因此对人造平面板材生产和家具制造具有重大的经济效益与社会效益。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、 补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种无胶木纤维制件的制作方法，采用木纤维为原料，包括干燥、预压以及热压成型工艺，其特征是所述的预压工艺之后进行微波加热工艺，然后进行热压成型工艺；具体包括如下步骤步骤1、干燥工艺将木纤维原料进行干燥处理，控制其含水率在4% 18% ；步骤2、预压工艺根据制件幅面、厚度称取适量原料，然后将原料铺坯成型，再经过预压处理，得到预成型坯体；步骤3、微波加热工艺将预成型坯体送入微波加热装置，利用微波加热，使预成型坯体温度快速上升至 70°C 150 ；步骤4、热压成型工艺将步骤3处理后的预成型坯体送入成型模具进行热压成型，热压温度为180°C 350°C，成型压力为35kg/cm2 110kg/cm2，保压时间为5min 60min，得到无胶木纤维制件。
2.根据权利要求1所述的无胶木纤维制件的制作方法，其特征是所述的步骤1中，木纤维原料的直径为0. 02mm 3mm。
3.根据权利要求1或2所述的无胶木纤维制件的制作方法，其特征是所述的步骤3 中，微波加热的时间为0. 5min 5min。
4.根据权利要求1或2所述的无胶木纤维制件的制作方法，其特征是所述的步骤3 中，成型坯体的温度为100°C 110°C。
5.根据权利要求1或2所述的无胶木纤维制件的制作方法，其特征是所述的步骤4 中，得到的无胶木纤维制件的厚度为30mm 120mm。
6.根据权利要求1或2所述的无胶木纤维制件的制作方法，其特征是所述的步骤4 中，得到的无胶木纤维制件的密度为0. 70g/cm3 1. lg/cm3。
全文摘要
本发明公开了一种无胶木纤维制件的制作方法，该制作方法以普通木纤维为原料，首先将原料干燥处理后，进行铺坯成型与预压处理，得到预成型坯体，然后对该预成型坯体进行微波加热处理，使其温度快速上升至70℃～150℃，最后放入成型模具内热压成型，热压温度为180℃～350℃，成型压力为35kg/cm2～110kg/cm2，保压时间为5min～60min，得到具有高厚度、高密度以及优异力学性能的无胶木纤维制件，其厚度能够达到30mm～120mm，突破了现有无胶木纤维制件的厚度限制，极大地拓宽了其实际应用领域，尤其适用于家具领域，能够实现低成本、绿色环保的高端异型家具，具有重大的经济效益与社会效益。
文档编号B27N3/04GK102528890SQ201110411549
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者吴克世, 宋洪祥, 张安将, 邵成峰, 陈正光 申请人:宁波大世界家具研发有限公司