专利名称：一种人造板及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型人造板及其制造方法，尤其涉及一种结构用木质定向重组板 材及其制造方法，属于人造板制造领域。
背景技术：
人造板工业由于木材资源的可再生性，作为实体木材的替代品，具有结构、性能可 设计性而且优于天然木材等特点而一直保持着高速发展的势头，是国民经济发展中不可或 缺的组成部分，在家具制造、包装、建筑和室内外装饰等领域有着广泛的应用。但是，森林资 源的短缺已经严重影响了木材原料的供应，成为木材产业发展的瓶颈。加上各国对环境及 森林资源的保护，使木材原料价格不断上涨，许多人造板企业因原料不足或原料价格过高 而无法顺利生产。要保证人造板工业的持续健康发展，必须在原料的创新(如使农作物秸 秆类成为人造板生产原料)的同时，完善或创新现有的人造板生产技术，提高木质材料的 综合利用率，尤其是充分利用砍伐剩余物、木材加工剩余物、竹材和农作物秸秆等生产人造 板。现有的人造板制造技术，主要是利用速生木材、小径材、枝丫材、木材加工业的边 角废料、竹材、农作物秸秆等，借助各种机械方式加工成不同单元(单板、刨花、纤维、木束 等)，再辅助以胶粘剂(各种木材加工用胶粘剂，如PF、UF、MF、RF等)，最后通过一定的热 压工艺进行复合重组而制成胶合板、刨花板、纤维板、多层复合板、各种重组木等人造板材。单板单元对原木质量要求较高，随着木材由利用天然林为主向利用人工林为主的 转变，原木的径级不断减小，材质不断劣化，木材的单板化利用已经渐渐地失去了竞争优 势。采用刨花和纤维结构单元生产的刨花板和纤维板，是将木质材料纤维天然排列的 顺序全部打乱，再重新排列组合起来，产品失去了木材的天然纹理，并且部分物理力学性能 尤其是纵向力学性能、握钉力等降低，限制了其使用范围。利用木束或木束帘结构单元可制造性能优越的木质重组材料，这种材料的制造方 法是，首先从原木直接经过一对或多对疏解辊疏解制成重组木的组成结构单元即木束，然 后将木束通过浸胶、干燥、热压等工序制成重组木。这种方法在一定程度上保持木质材料 本身的力学性能，但木材各部位材质的不同，难免存在节子、腐朽等缺陷，在疏解的过程中， 这些缺陷容易引起折断，从而降低了木束的出材率，而且木束截面大小、长短、形态、疏解程 度不一，在后续的施胶工序中会引起施胶不均；在干燥工序中会引起含水率分布不均；在 铺装工序中会由于堆积密度不同引起铺装不均，从而造成产品翘曲、变形、跳丝等一系列问 题。专利CN101357470(—种重组木及其制造方法，申请号200810114331. 2)公开了一种重 组木的制作方法，通过先将原木进行旋切制成单板或单板条，再对该单板进行疏解形成点 和/或线状裂纹的木束帘或木束，然后经浸胶、干燥、热压成型重组木材。这种技术，解决了 木束不规则的问题，但采用了单板作为原料，在生产方面存在着大径级原木缺乏等方面的 限制。
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因此，如何克服现有技术不足，寻得一种原料来源丰富、无须精加工，且工艺及设 备简单、投资低，又能充分利用原料的方法制备高性能的结构用人造板材，是我们从业人员 一直思考的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料来源丰富、又能充分利用原料，工艺及设备简单、投 资低，可制得高性能的结构用人造板的制备方法，以该方法制得的人造板密度为0. 6-2. 5g/ cm3，静曲强度(MOR)为30-75MPa，弹性模量MOE为4. 5_12GPa，握钉力1200-2500N，吸水厚 度膨胀率为8%以下，可作为建筑木梁、木柱、模板、车厢底板、装饰材料、家具用材、地板等 用途，以及形状不规则的模压结构材。本发明的人造板的制备方法，包括下述步骤把枝桠材、速生间伐小径材、竹材、农作物秸秆、木材加工边角废料、原木等原料放 入预蒸煮池内进行预蒸煮，使得原料软化；再放入脱水机内进行脱水；脱水后原料放入爆 破罐中进行爆破处理，原料瞬间爆破后喷放至接收容器；爆破后的原料通过压搓设备压搓 处理成松散网状定厚片材单元，松散网状定厚片材单元的纤维在长度方向不被破坏、在垂 直于纤维长度方向上纤维松散而交错相连；将松散网状定厚片材单元干燥至平衡含水率以 下，再进行施胶、干燥、定向组坯；定向组坯后再热压成型即得(用于生产薄板)；或定向组 坯后再冷压成型即得(用于生产厚板或形状不规则的模压结构材)。本发明的有益效果本发明以枝桠材、速生间伐小径材、竹材、农作物秸秆、木 材加工边角废料、原木等为原料，原料来源十分丰富，原料无须精加工，原料的利用率几 乎100%。预蒸煮、脱水、爆破处理、施胶、干燥、定向组坯(铺装)、热压、冷压成型等均 属于现有技术。爆破处理是为了能够使原料松散均勻，利于压搓处理。制得的人造板密 度为0. 6-2. 5g/cm3,静曲强度(MOR)为30_75MPa，弹性模量MOE为4. 5-12GPa,握钉力 1200-2500N,吸水厚度膨胀率为8%以下，为高性能的结构用人造板，是一种结构用木质定 向重组板材。上述的制备方法，预蒸时，在45°C -99°C的碱性水中浸泡60-180分钟，以使得原料 充分软化。上述的制备方法，爆破处理时，在140-220°C、0. 5-2. 5MPa压力下处理6_15分钟， 然后瞬间爆破喷放至接收容器。在爆破罐内，水热作用使木材等原料塑化变软，高压蒸汽充 盈于细胞腔内，瞬间降压可使纤维原料通过爆破的方式均勻解纤，在这样的温度与压力范 围内，由于水热作用时间很短，木质纤维的化学组分基本不变，从而可保证纤维具有良好的 力学性能。上述的制备方法，压搓设备包括至少一对设有螺旋状凸齿的挤压辊；组成一对挤 压辊的两个挤压辊上的凸齿螺旋方向相同；压搓时，爆破后的原料沿纤维长度方向分别从 每对挤压辊的两个挤压辊之间通过，如此用来调整网状片材单元的厚度，并使片材单元均 质化。压搓设备将爆破后的原料处理成定厚的松散网状片材单元，定厚的松散网状片材单 元的纤维在长度方向不被破坏、在垂直于纤维长度方向上纤维松散而交错相连。为了增强 对原料的压搓效果，压搓设备包括至少两对设有螺旋状凸齿的挤压辊；爆破后的原料先通 过的一对挤压辊的两个挤压辊之间的间隙大于后通过的另一对挤压辊的两个挤压辊之间
4的间隙；先通过的一对挤压辊与后通过的另一对挤压辊的凸齿螺旋方向相反，并通过最后 一对挤压辊对片材定厚。如此用来调整网状片材单元的厚度，并使片材单元均质化。上述的制备方法，松散网状片材单元的厚度为0. 5_15mm。上述的制备方法，对热压成型后的板材进行堆放养生。堆放养生的目的是使板材 各部位的含水率在一定的时间内达到均勻并与外界环境湿度平衡，同时使板材内的应力得 到释放，减少成型板材的变形、弯曲等缺陷，从而提高其质量稳定性。堆放养生技术为现有 成熟技术。施胶时选用酚醛树脂及其改性树脂、间苯二酚甲醛树脂及其改性树脂时采用热 堆放养生；施胶时选用脲醛树脂及其改性树脂或三聚氰胺甲醛树脂及其改性树脂时，采用 冷堆放养生。上述的制备方法，定向组坯时，把松散网状片材单元定向铺装，并使板坯呈多层结 构；相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向相平行、相垂直或者成一定角度。上述的制备 方法，在施胶前对松散网状片材单元沿纤维方向纵向加工成长度IOcm以上，长度小于IOcm 的松散网状片材单元收集后用于生产其他板材的芯部组坯用。
图1为本发明的工艺流程图；图2为压搓设备中的一对挤压辊的示意图(图4中的一对挤压辊的右视图)；图3为压搓设备中的相邻两对挤压辊的示意图(图4中的相邻两对挤压辊的俯视 图)；图4为压搓设备的示意图；图5为相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向相平行的定向组坯示意图；图6为相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向相垂直的定向组坯示意图；图7为相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向成锐角的定向组坯示意图。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明的具体特征及技术手段。实施例取不同的原材料制作人造板(木质定向重组板材)实施例1-3、7_9、13、14是生产薄人造板的实施例，它们的总体制造方法包括原料 预蒸、脱水、爆破、压搓处理、截断分选、干燥、施胶(浸胶或喷胶)、干燥、定向组坯(铺装)、 热压成型、堆放养生、裁边、砂光、包装入库，参见图1。参见图1，实施例4-6、10-12是生产厚人造板的实施例，与生产薄人造板的区别在 于以冷压成型代替了热压成型和堆放养生。将表1中不同的原料，放入预蒸煮池内，经过碱性水不同温度下不同浸泡时间的 预蒸煮处理。然后进入脱水机进行脱水。从原料中挤脱下来的碱性水则重新收集后再泵入 预蒸池内循环使用，整个预蒸工段只需补充清水，而不外排污水。预蒸煮处理后的原料进入爆破罐中，在不同的温度、压力下处理不同的时间，然后 瞬间爆破喷放至接收容器。再将爆破后的原料通过由表面设有螺旋状凸齿的四对挤压辊组成的压搓设备，将 原料压搓成不同厚度的松散网状片材单元，这种松散网状片材单元的纤维在长度方向没被破坏，且垂直于纤维方向上纤维松散而交错相连。压搓设备参见图2-4，包括从左到右四对顺序排列的挤压辊1 (参见图4)。参见图 2，组成一对挤压辊1的两个挤压辊11、12上下排列，其间留有可调节的间隙T，同一对挤压 辊的两个挤压辊外周面均设有螺旋方向相同的螺旋状凸齿2。参见图4，从左到右，组成一 对挤压辊的上下两个挤压辊的间隙T呈递减；且相邻两对挤压辊的螺旋状凸齿2的螺纹旋 向相反(参见图3)。压搓时，爆破后的原料沿纤维长度方向从左到右分别从每对挤压辊的 两个挤压辊之间通过，逐步被压搓疏解，通过最后一对挤压辊后形成固定厚度的松散网状 片材单元，松散网状片材单元的纤维在长度方向不被破坏、在垂直于纤维长度方向上纤维 松散而交错相连。接着进行截断分选，即是将松散网状片材单元沿纤维方向纵向加工成一定尺寸， 优选长度IOcm以上，以便于后续组坯工序操作，长度小于IOcm的松散网状片材单元收集后 用于生产其他板材的芯部组坯用。再将松散网状片材单元干燥处理至平衡含水率以下，进行施胶处理。所采用的胶 粘剂为常用木材加工用胶，如酚醛树脂及其改性树脂胶粘剂、间苯二酚甲醛树脂及其改性 树脂胶粘剂、脲醛树脂及其改性树脂胶粘剂或三聚氰胺甲醛树脂及其改性树脂胶粘剂等； 施胶采用喷胶或浸胶方式，浸胶方式也可采用普通浸胶、加压浸胶或真空加压浸胶等方法， 均为现有工艺。将长度IOcm以上的干燥后的松散网状片材单元按一定的纤维方向进行定向组 坯(铺装)。定向组坯可以是参见图5，相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向夹角为 0° (纤维方向平行定向)；参见图6，相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向相垂直(纤 维方向垂直定向)；参见图7，相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向成大于0°且小于 90°的锐角(纤维方向锐角定向)。组坯后，对于生产薄人造板的实施例1-3、7_9、13、14，是将组坯后的坯料置于热压 设备中，采用表2中不同的(热压)压力、热压温度、(热压)保压时间进行热压胶合。热 压后的板坯根据所用的胶粘剂的种类不同分别采用冷堆放或热堆放的形式进行养生。选用 酚醛树脂及其改性树脂、间苯二酚甲醛树脂及其改性树脂时采用热堆放养生；施胶时选用 脲醛树脂及其改性树脂或三聚氰胺甲醛树脂及其改性树脂时，采用冷堆放养生。堆放养生 好的板坯经过裁边、砂光后，即可作为成品包装入库。组坯后，对于生产厚人造板的实施例4-6、10-12，是将组坯后的坯料置于冷压设备 中，采用表2中不同(冷压)压力及(冷压)保压时间进行胶合。冷压成型后的板坯经过 裁边、砂光后，即可作为成品包装入库。本发明中，施胶、干燥、热压、养生、裁边、砂光、包装入库等工序，均为现有工艺技 术。本发明的碱性水是指质量百分比浓度为3-5%的氨水。纤维原料经碱液处理后，在同样 压力下压缩率比未经处理的原料高，可以采用较低的压力获得较大的压缩率，而且碱液处 理过的纤维原料压制的板材强度有明显提高。对不同的实施例，测定的性能参数见表2。本发明的优点在于原料来源丰富、无须精加工，工艺及设备简单、建厂投资成本 低。用该方法制造的板材，具有高强、高利用率、低成本的优势，可用作建筑木梁、木柱、模 板、车厢底板、装饰材料、家具用材、地板等用途，以及形状不规则的模压结构材等。
表 权利要求
一种人造板的制备方法，其特征是它包括下述步骤把枝桠材、速生间伐小径材、竹材、农作物秸秆、木材加工边角废料、原木等原料放入预蒸煮池内进行预蒸煮，使原料软化；再放入脱水机内进行脱水；脱水后原料放入爆破罐中进行爆破处理，将原料瞬间爆破喷放至接收容器；将爆破后的原料通过压搓设备压搓处理成松散网状片材单元，松散网状片材单元在纤维长度方向不被破坏、在垂直于纤维长度方向上纤维松散而交错相连；将松散网状片材单元干燥至平衡含水率以下，再进行施胶、干燥、定向组坯；然后再热压成型或冷压成型即得。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是预蒸时，在45°C_99°C的碱性水中浸泡 60-180 分钟。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是爆破处理时，在140-22(TC、0.5-2. 5MPa 压力下处理6-15分钟，然后瞬间爆破喷放至接收容器。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是压搓设备包括至少一对设有螺旋状凸齿 的挤压辊；组成一对挤压辊的两个挤压辊上的凸齿螺旋方向相同；压搓时，爆破后的原料 沿纤维长度方向分别从每对挤压辊的两个挤压辊之间通过。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是压搓设备包括至少两对设有螺旋状凸齿 的挤压辊；爆破后的原料先通过的一对挤压辊的两个挤压辊之间的间隙大于后通过的另一 对挤压辊的两个挤压辊之间的间隙，先通过的一对挤压辊与后通过的另一对挤压辊的凸齿 螺旋方向相反。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是对热压成型后的板材进行堆放养生。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是施胶时选用酚醛树脂及其改性树脂、间苯 二酚甲醛树脂及其改性树脂时采用热堆放养生；施胶时选用脲醛树脂及其改性树脂或三聚 氰胺甲醛树脂及其改性树脂时，采用冷堆放养生。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征是定向组坯时，把松散网状片材单元定向铺 装，并使板坯呈多层结构；相邻的两层松散网状片材单元的纤维方向相平行、相垂直或者成 一定角度。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征是在施胶前对松散网状片材单元沿纤维方 向纵向加工成长度IOcm以上。
10.一种以权利要求1所述的制备方法制得的人造板。
全文摘要
本发明提供一种原料来源丰富、又能充分利用原料，工艺及设备简单、投资低，可制得高性能的结构用人造板的制备方法，以该方法制得的人造板密度为0.6-2.5g/cm3，静曲强度(MOR)为30-75MPa，弹性模量MOE为4.5-12GPa，握钉力1200-2500N，吸水厚度膨胀率为8％以下，可作为建筑木梁、木柱、模板、车厢底板、装饰材料、家具用材、地板等用途，以及形状不规则的模压结构材。本发明的制备方法，是把枝桠材、速生间伐小径材、竹材、农作物秸秆、木材加工边角废料、原木等原料进行预蒸煮；再进行脱水、爆破处理；将爆破后的原料通过压搓设备压搓处理成松散网状定厚片材单元，松散网状定厚片材单元的纤维在长度方向不被破坏、在垂直于纤维长度方向上纤维松散而交错相连；将松散网状片材定厚单元干燥至平衡含水率以下，再进行施胶、干燥、定向组坯、热压成型(用于生产薄板)或冷压成型(用于生产厚板及形状不规则的模压结构材)即得。
文档编号B27N3/04GK101934548SQ201010250879
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者周兆兵, 崔举庆, 徐信武, 徐朝阳, 贾翀, 韩书广, 黄润州 申请人:南京林业大学