基于高周波无胶压密技术的电热复合材料的制作方法

本发明属于木板加工技术领域，特别涉及一种基于高周波无胶压密技术的电热复合材料。

背景技术：

近年来，复合材料的研究与应用受到了高度的关注，其具有多种优良性能，无需二次加工，安装方便，但现有的复合材料多采用含有甲醛、二甲苯等对人体有害的有机材料，危害人体健康，无法满足人们的需求，同时多种木板制成的复合材料还存在开胶等问题，不良率高，增加了生产成本。另一方面，随着可科学技术的不断发展，结合加热元件的采暖地板继而出现，而现有电热复合材料木板存在着诸多不足，木材(例如木地板)在使用过程时会随着周围环境的温度、湿度变化产生干缩和湿胀，木材发生变形、翘曲和开裂，导致其机械性能降低，形变增大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高周波无胶压密技术的电热复合材料，具有优良的机械性能、锁水性能、发热性能、抗压抗剪切性能、变形性能和防腐耐磨性能。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种基于高周波无胶压密技术的电热复合材料，其特征在于，所述电热复合材料自上而下依次包括第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层；

制备所述材料至少包括下述步骤：

1)选用密度不超过0.7kg/m3的两块木材，分别通过高周波加热压密，冷却降温，即得所述第一压密木层和第二压密木层；其中，单独压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的初次压缩率p1；

2)将第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层沿受力方向依次层叠放置后通过高周波二次加热压密，冷却降温，即得所述电热复合材料；其中，二次压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的目标压缩率p2，1.1p1≤p2＜2p1。

上述技术方案中，通过高周波高温超短时间压缩独立压密木层，制得的压密木层强度高、不变形、不回弹，且具有防水性能。并通过高周波低温二次压密则将电热层压制其中，避免因高温导致电热层的损坏。需要说明的是，所述初次压缩率和目标压缩率均是以原选用木材为未压缩基准进行评定的。其中，独立压密时达到初次压缩率，使得压密木层具有足够的强度和韧性，而目标压缩率在上述限定的范围内可保证二次压缩时有足够的应力形变来夹持电热层，使得压密的复合木材粘结紧固，其抗剪切力更佳。

进一步的，步骤1)中的加热压密过程包括：

将木板加热至温度为80-100℃，保温4-6min，压制获得目标压缩率的木材；

将压制后的木板用高周波加热至木板温度为180-220℃，保温5-8min，制得固化木板；

以水流速为0.9-1.5m/s的水冷技术将固化处理的木板冷却至木板平均温度为30-50℃。

冷却处理过程中，根据木材的大小和材质，可以适当冷却到30-50℃，在实际生产中，当需要冷却到较低温度时，通过延长传送带的长度来实现；并且冷却时需要在木材的上下表面放置温度为180-220℃的金属板，金属板与木材的面积比优选为1.4-1.6：1，水冷技术为用水对金属板进行冷却，水的温度为16-17℃为宜。冷却时的金属板和高周波加热加压时的金属板可以为相同或者不同的金属板，冷水对金属板冷却时，由于金属板表面温度高，大量的水浇注金属板上时，金属板的温度可以通过蒸汽带走，进而对木材进行匀速降温，提高降温效果。

进一步的，步骤2)中的二次加热压密过程包括：

将层叠材料加热至温度110-120℃，保温2-3min；继续加热至125-130℃，保温10-15min；随后继续加热至170-180℃，保温25-40min，制得复合木材；

以风速为9.2-9.7m/s、风的温度为55-60℃的风冷技术降温，即得电热复合材料。

更进一步的，所述步骤2)之后还包括

4)将降温处理后的所述电热复合材料在常温下放置15-20天，完成养生处理。

进一步的，所述第一热塑性树脂膜层和第二热塑性树脂膜层均包括乙烯-醋酸乙烯类共聚物或聚烯烃类材料中的任意一种或多种的混合物；所述的聚烯烃类材料为聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丙烯或含乙烯单元的乙烯类弹性体中的任意一种或至少两种的混合物。

进一步的，所述第一热塑性树脂膜层和第二热塑性树脂膜层均为pvb膜，所述pvb膜的厚度为0.5-0.9mm，粘度为15.6-16.4pa·s，所述pvb膜的弹性模量为8-90×10⁶pa。

其中，pvb膜可以采用任何能够实现该技术效果的pvb膜；本发明通过具体限定热塑性树脂膜为pvb中间膜，能够进一步地提高复合材料的各项性能指标。

进一步的，所述电热层包括聚酯薄膜基材，所述聚脂薄膜基材上表面设有发热体，所述发热体上设有外接电源线；所述电热层的上下表面均粘接有pi膜。pi膜用作绝缘薄膜，其本身具有优异的机械性能，抗张强度大；还具有良好的化学稳定性和耐湿热性能。

需要说明的是，该处所述的发热体根据具体材料进行印刷或粘接在基材上，而在能实现通电发热的基础上，发热体的形状为条状、块状均可。

进一步的，所述发热体为若干蜿蜒曲折排列的可导电的碳基油墨、石墨烯或金属载流体材料制成的发热条状体组成；所述发热条状体的两端均并联于外接电源线；

所述电热层上还设有温控传感器，所述温控传感器通过外接电源线连接有温控器。

更进一步的，所述第一压密木层和第二压密木层的外表面均涂布有eb膜；其中所述步骤2)之后还包括

3)电热复合材料的上下表面进行抛光处理，然后在其表面涂覆eb固化涂料进行eb照射。该技术方案中，压密木层通过电子束照射固化，可实现eb涂岑的快速固化，提高木材刚性。

进一步的，所述第一压密木层内侧对应所述外接电源线的位置设有容线槽体。

本发明所述压密木的木材原料可采用现有常用的各类木地板材料；在一些示例中，制备木板的原料取自杨木、椴木和辐射松中的一种或多种。

本发明提供的材料可用于制备航母内仓、军舰内仓、游轮内仓、地板、门或柜橱；本发明提供的方法制备的材料绿色环保、安全，不会对人体产生任何伤害。

本发明提供的基于高周波无胶压密技术的电热复合材料具有强度高、韧性大、甲醛和二甲苯含量低的特点，同时还具有防水和防裂的性能。该材料通过木材首次压密获得压密木后与电热层材料进行二次压密制备而成，其即保留高周波短时高温压密带来的木材优质性能，又避免电热层高温损坏，压密后的复合木材粘结紧固，抗压抗拉性能佳，且抗横纹纵纹剪切力的性能好。

附图说明

图1为高周波无胶压密技术的电热复合材料的结构示意图；

图2为高周波无胶压密技术的电热复合材料中的电热层的一种实施方式的结构示意图。

其中，1为第一压密木层，2为第一热塑性树脂膜层，3为电热层，4为第二热塑性树脂膜层，5为第二压密木层，30为聚酯薄膜基材，31为发热体；32为外接电源线；33为温控传感器；34为温控器。

具体实施方式

本发明基于高周波无胶压密技术的电热复合材料技术方中，如图1所示，所述电热复合材料自上而下依次包括第一压密木层1、第一热塑性树脂膜层2、电热层3、第二热塑性树脂膜层4以及第二压密木层5。

制备所述材料至少包括下述步骤：

1)选用密度不超过0.7kg/m³的两块木材，分别通过高周波加热压密，冷却降温，即得所述第一压密木层和第二压密木层；其中，单独压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的初次压缩率p1；

2)将第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层沿受力方向依次层叠放置后通过高周波二次加热压密，冷却降温，即得所述电热复合材料；其中，二次压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的目标压缩率p2，1.1p1≤p2＜2p1。

其中，所述第一热塑性树脂膜层和第二热塑性树脂膜层均包括乙烯-醋酸乙烯类共聚物或聚烯烃类材料中的任意一种或多种的混合物；所述的聚烯烃类材料为聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丙烯或含乙烯单元的乙烯类弹性体中的任意一种或至少两种的混合物。

本发明所用的电热层可使用现有的碳基油墨、石墨烯以及金属载流体等加热膜，而本发明也公开了电热层结构的实施例。如图2所示，在具体的实施例中，所述电热层3包括聚酯薄膜基材30，所述聚脂薄膜基材30上表面设有发热体31，所述发热体31上设有外接电源线32；所述电热层的上下表面均粘接有pi膜。

一些实例中，图2所示，所述发热体31为若干蜿蜒曲折排列的可导电的碳基油墨、石墨烯或金属载流体材料制成的发热条状体组成；若干所述发热条状体均并联于外接电源线32；所述电热层3上还设有温控传感器33，所述温控传感器33通过外接电源线连接有温控器34。

为了更好地容置电源线，所述第一压密木层1内侧对应所述外接电源线33的位置设有容线槽体。

需要说明的是，本发明制备的电热复合材料可用作各类内仓、地板、墙裙、门或柜橱等，该木材设置成电源线依次插接形式的木板，实现大面积铺设采暖，其通过控温器将木板温度控制在50℃内，并可通过设置微控制器设置温度调节控制、温度超出阈值的警报模块等，还可设置无线通信模块，将相关数据上传至终端控制模块，实现遥控远程控制操作。

基于上述发明原理，下述结合附图具体做出多个实施例对本发明制备的电热复合材料进行说明。

实施例1-6

实施例1-6提供了6种基于高周波无胶压密技术的电热复合材料，该6种复合材料自上而下依次由第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层组成。其中压密木层材料选用厚度为40mm厚的杨木；复合材料由如下步骤制备而成：

1)选用密度不超过0.7kg/m³的两块木材，分别通过高周波加热压密，冷却降温，即得所述第一压密木层和第二压密木层；其中，单独压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到初次压缩率p1。

其中，加热压密、降温过程包括：

1.1)将木板加热至温度为80-100℃，保温4-6min，压制获得预设的初次压缩率的木材；

1.2)将压制后的木板用高周波加热至木板温度为180-220℃，保温5-8min，制得固化木板；

1.3)以水流速为0.9-1.5m/s的水冷技术将固化处理的木板冷却至木板平均温度为30-50℃。

2)将第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层沿受力方向依次层叠放置后通过高周波二次加热压密，冷却降温，即得所述电热复合材料；其中，二次压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的目标压缩率p2，1.1p1≤p2≤2p1。

其中，二次加热压密、降温过程包括：

2.1)将层叠材料加热至温度110-120℃，保温2-3min；继续加热至125-130℃，保温10-15min；随后继续加热至170-180℃，保温25-40min，制得复合木材；

2.2)以风速为9.2-9.7m/s、风的温度为55-60℃的风冷技术降温，即得电热复合材料。

在步骤2)中，所述第一热塑性树脂膜层和第二热塑性树脂膜层均为pva、pvb或者pvc膜，所述膜的厚度为0.5-0.9mm，粘度为15.6-16.4pa·s，所述膜的弹性模量为8-90×10⁶pa。

本发明的pvb膜购自上海美邦塑胶有限公司。

木材压缩率根据不同的木材以及密度的不同会有不同的数值，在该实施例中，选用平均密度为0.4-0.42kg/m³的杨木，初次压缩率和目标压缩率所对应的压缩前木板均为选用的未压缩的木材。

实施例7-9

在实施例1的基础上，实施例7-9提供的技术方案中还包括有养生处理步骤，具体的，在步骤2)之后，将降温处理后的所述电热复合材料在常温下放置15-20天，完成养生处理。

实施例1-9的复合材料制备过程的参数见表1，其中a表示第一压密木、b表示第二压密木。下表实施例1-7的独立压密步骤中的高周波加热至木材温度均为220℃，保温8min固化木材。

表1实施例1-9的具体参数

其中，pva指的是聚乙烯醇树脂、pvb指的是聚乙烯醇缩丁醛树脂，pvc指的是聚氯乙烯树脂。含水率为该木板的平均含水率，如在该木板是平均取5个点，测定每个点的含水率，平均含水率为5个含水率的和除以5得到的数值。独立压密的压缩率p1和二次压密的压缩率p2为预设数值。

实施例10

本实施例提供了一种复合材料由如下步骤制备而成：

1)选用密度不超过0.7kg/m³的两块木材，分别通过高周波加热压密，冷却降温，即得所述第一压密木层和第二压密木层；其中，单独压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到初次压缩率p1。

其中，加热压密、降温过程包括：

1.1)将木板加热至温度为90℃，保温5min，压制获得预设的初次压缩率的木材；

1.2)将压制后的木板用高周波加热至木板温度为180℃，保温5min，制得固化木板；

1.3)以水流速为1.2m/s的水冷技术将固化处理的木板冷却至木板平均温度为30-50℃。

2)将第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层沿受力方向依次层叠放置后通过高周波二次加热压密，冷却降温，即得所述电热复合材料；其中，二次压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的目标压缩率p2，1.1p1≤p2≤2p1。

其中，二次加热压密、降温过程包括：

2.1)将层叠材料加热至温度115℃，保温3min；继续加热至127℃，保温13min；随后继续加热至175℃，保温30min，制得复合木材；

2.2)以风速为9.5m/s、风的温度为55-60℃的风冷技术降温，即得电热复合材料。

3)电热复合材料的上下表面进行抛光处理，然后在其表面涂覆eb固化涂料进行eb照射。

对照实施例1-4

将第一压密木层、第一热塑性树脂膜层、电热层、第二热塑性树脂膜层以及第二压密木层沿受力方向依次层叠放置后通过高周波加热压密，冷却降温，即得所述电热复合材料；其中，压密使所述第一压密木层和第二压密木层的压缩率达到预设的目标压缩率。

其中，加热压密、降温过程包括：

将层叠材料加热至温度110-120℃，保温2-3min；继续加热至125-130℃，保温10-15min；随后继续加热至170-180℃，保温25-40min，制得复合木材；

以风速为9.2-9.7m/s、风的温度为55-60℃的风冷技术降温，即得电热复合材料。

所述第一热塑性树脂膜层和第二热塑性树脂膜层采用pvb膜，pvb膜的厚度为0.5mm，粘度为15.6pa·s，所述pvb膜的弹性模量为8×10⁶pa。

其中，对照实施例1-2不进行养生处理，对照实施例3-4进行养生处理15d。

对照实施例1-4的复合材料制备过程的参数见表2。

表2对照实施例1-4的具体参数

验例1各组复合材料的性能指标考察

分别采用实施例1-9和对照例1-4的方法制备复合材料，测定每种复合材料的比重、顺纹抗压、顺纹抗拉、抗弯强度、顺纹剪切、横纹剪切和14天内的变形回复率，每种复合材料分别做5个平行样，结果取平均值考，察结果见表3；

表3.高温高压处理各参数的考察结果

从表3中可以看出通过本发明实施例1-3、实施例6-7提供的方法得到的复合材料的各项性能指标均达到较好的效果。实施例4、8-9的二次压密的压缩率与初次压缩率差值很小时，压制的木材抗剪切力不佳。对照实施例的压密木不经过独立压密步骤均会导致其抗压抗拉抗剪切性能指标下降，且变形回复率增大。

试验例2

分别采用实施例1-5和对照例1-4的方法制备复合材料，分别在每种复合材料的压密木层上均匀选取5个点(如四个角和中心点)，测定每个点的含水率，计算含水率的大小，每种复合材料分别做5个平行样，结果取平均值，考察结果见表4；

表4.含水率均匀度试验结果

由表4可知，通过本发明实施例1-4方法制备的复合材料能够使压密木层的含水率更加均匀，从而使各部分的性能更加均匀。对照实施例未经过独立压密的木材含水率较高且不均匀。需要说明的是，本发明方法制备的木材含水率符合国家标准gb/t35913-2018规定的平面地采暖用实木地板含水率在5％以内。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。