一种用木单板压制的重木材料及其制备方法与流程

本发明涉及人造板材及其加工方法，特别涉及一种利用速生木材单板压制的重木材料及其制备方法，属于人造板加工技术领域。

背景技术：

现有的木材酚醛树脂层积材料的制造方法，是将木材选材、剪切、浸胶、陈放、干燥、预压、组坯和热压制成层积材。如中国专利ZL93105062.6所公开的技术方案就是这一类的。现有技术制备的层积材，及其开片后的片材的纹理，都是单调的叠层产生的水平平行纹理或组成的叠片的纹理。因为叠片的基础材料的木材，是由旋切或刨切制成的0.5～2.5mm单板，其本身几乎看不出木材的天然纹理，所以叠片热压成层积材后大都只有叠层产生的水平平行纹理，叠片的纹理变化随开片的角度变化，而叠层纹理间的距离发生变化，没有天然木纹的丰富纹理，纹理的显现也不鲜明，很易看出人为合成材料痕迹，且生产成本高。综上述所，现有的层积木板材料的纹理表现受到单板以及加工工艺的限制，无法实现丰富的木材自然纹理切面外观，而且木板的品质也受原料性能指标的限制。

类似的技术还在中国专利CN101774190A得到公开：一种碳纤维布增强杨木单板层积材结构构件及其加工方法，由杨木旋切片和碳纤维布交错层叠胶合而成，发挥了碳纤维布和意杨单板层积材的优点。极大地提高了杨木材料的力学性能，并避免单独使用碳纤维布外贴时常见的锚固失效及剥离破坏等问题。但其制备出的板材是层状堆叠，外观显示为明显的人造木材样，部分消费者更是对此样式的木材表示明确的反对/拒绝。该专利技术虽然能够有效的提高复合板材的性能，但是受限于交错层叠结构本身，复合板的粘接稳定性严重依赖于粘胶剂的结合，而且叠加的碳纤维布层在加工过程中暴露出来会严重的影响复合板材的形貌，应用范围极为有限，不利于其推广应用于不同的产业或行业。

另外，现有的人工合成木材由于原始的木料层状板材之间的结合力不足的缺陷，使得木材相互之间的压制的难度较大，为了保证多层的木材直接的内部结合力足够大就必须使用大量的胶粘剂，这些有机胶粘剂在人造木材加工成家具、装饰制品以后会持续释放，导致人工合成木材的环保品质等级降低，影响了木材的安全性和市场价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中人造板材的纹理单一、压制品质不佳、甲醛残留量高、环保性差等的不足，提供一种高性能人造板材及其加工方法。

如上所述，现有技术中的人造板材大多为热压板材，甲醛高，没有天然木纹的丰富纹理，一般只有作为芯材覆面后使用(如强化地板、生态板，中纤维板，刨花板等)。首先，本发明设计了特定方向压制以获得更稳定结构与切面更自然丰富的纹理。其次，通过机械细微分裂单板，实现均匀施胶，并控制胶与单板的水分及工艺，实现施胶后不干燥而直接压制，降低成本克服现有技术中木材片材叠层制造材料的单向性性能差异产生的变形开裂，不稳定等问题，也弥补该类材料表面纹理单调，不自然的不足。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种人造板材，具体来说是一种重木材料，所述人造板材是由木单板压制而成的，其成分主要是普通的木单板。该人造板材(即重木材料)的密度大于0.80g/cm³，内结合强度大于1.1MPa，弹性模量大于8000MPa，弦面硬度大于8500N。本发明的人造板材任意切面具有类似天然木材的自然纹理，这些切面纹理自然丰富美观。

本发明的人造板材(重木材料)，具有密度大、强度高、防腐、防水、结构稳定、色泽丰富等优良特点，可以作为装饰材料使用，可以满足室内外各种领域的使用需要。具体来说，其作为一种重木材料可应用于室内外承重结构、栈道、木质门窗及工艺品等场景。本发明所述的人造板材不仅仅限于板材结构的人造木材，还可以是其他形状的人造木材，为方便对于本发明的技术方案进行描述以下统一采用人造板材进行描述。

优选的，所述木单板是速生木材单板材料。本发明的人造板材克服了一般的天然速生木材的缺陷或不足，原料来源丰富，成本低，实用价值高，能够由常见的速生木材旋切、刨切单板加工制造得到。所述速生木材是指生长快、成材早、轮伐期短的树木品种，我国常见的有杨树、桉树、柳树等。

进一步，所述人造木材的甲醛释放量小于1.5mg/L，优选小于0.5mg/L。本发明的木单板压制的重木材料具有密度高，胶粘剂用量少，残留少的特点，特别是检测甲醛残留的问题时，效果表现极佳，能够以极低的甲醛残留实现更高的环保等级。最好的情况下能够控制甲醛释放量小于0.2mg/L。

进一步，本发明还提供了一种制备上述的人造板材(重木材料)的方法。

具体而言，一种制备人造板材(重木材料)的方法，特别是用木单板压制重木的方法，该方法包括以下步骤：

(1)取木单板，单板含水率在8-30％以内，优选含水率在8-20％以内，对木单板的两面进行机械细微分裂，并施加8-16％的胶粘剂(以胶粘剂的固体含量重量比计算)。

(2)将步骤(1)处理好的木单板定量组坯装入料槽模具中，将装好料的料槽模具输送进入模压机内。

(3)将坯料加压压到模具中，加压压力5-60MPa，加压到位后，将坯料锁模固型在模具中。

(4)将模具连同其中的坯料送入加热室加热，加热温度100-145℃，保持2-8小时，完成胶合固化处理。

(5)将胶合固化后的坯料连同模具取出，冷却，脱出坯料，即得到重木材料。

本发明制备人造板材的方法中利用木单板为原料，使木单板在机械细微分裂同时施加胶粘剂，实现均匀施胶及施胶量的可控。然后，定向加压，让坯料在固定模腔内产生压缩和有一定规律的位移，形成类似天然木纹样的坯料结构，经过固化定型后，得到各向胶合牢固稳定的均质结构，又具有截面丰富木纹纹理效果的重木材料。在步骤2中，木单板组坯装入料槽模具中，在料槽模具中组合成坯料，以备后续的加压压制处理。

在本发明的人造板材的加工方法中，木单板(也可称为单板)在机械细微分裂的同时施胶，施胶更均匀，施胶后直接压制，不需要干燥与陈化，节约能耗与人工，并使连续自动化生产成为现实可能。与现有的一般的压制人造板材的方法及相应的板材产品相比，本发明制备的人造板材具有更自然丰富的纹理，并具有高强度、高硬度、高静曲强度、高稳定性等高性能，能够更好的提高低品质速生木材的应用范围及应用价值。

本发明主要利用低密度速生木材旋切或(和)刨切的木单板，通过机械裂解施胶、定向模压成型、加热固化固型，从而得到纹理丰富自然美观的密实化重木材料，解决各种低密度木材因材质不均、易变形开裂、材性差等缺陷而不好利用的问题，将不成材的木材变成优质的高性能材料使用，变废为宝。

其中，胶粘剂的用量比例控制是基于胶粘剂的固含量和木单板的重量比例进行控制的，根据胶粘剂的固含量不同可能施胶的量不同，但总体对于胶粘剂中的固含量相对于木单板的重量比例应当是控制在一定的固定的比例范围内的。

进一步，所述的木单板是经过选择的长度、宽度及厚度规格的木单板，形状相对均匀，最好是控制木单板的水分在8-18％之间。木单板的形状结构是压制人造板材的基础，选择品质优良的木单板可以更好的提高最终成品的品质及价值。优选的，选择单板的为规格的单板，当然也容许单板上有孔洞等缺陷。木单板是胶粘剂粘接处理的基础原料，对于不同的木单板原料的水分控制可能存在一定的差异，但是总体上来说木单板的水分含量不宜过高，木单板中的水分含量过多或过少都会影响胶粘剂的粘接效果，一般以木单板脱水的难度而言，将木单板的水分含量控制在8-18％的比例范围，可以很好地实现压制高品质重木材料。

进一步，步骤(1)中，将木单板的两面进行机械细微分裂，其中“细微分裂”是指采用菱锥形或圆锥形的齿在木单板表面钉出密集的孔眼，孔眼间距0.5-10毫米，相对均匀，深度0.1毫米到单板厚度(即钉穿)。优选的，采用旋转滚压的滚筒实现对于木单板表面的钉孔(孔眼)加工。目的在于让单板在施胶过程中胶液能均匀渗透，避免因胶合不良而造成的产品缺陷。

进一步，所述胶粘剂是无机胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂、脲醛树脂胶粘剂、异氰酸酯胶粘剂中的一种或几种。通过这些胶粘剂可以有效的将木单板的基础板材牢固的粘接在一起，实现木单板的稳定粘接复合作用。

进一步，步骤(2)中，木单板组坯装入模具的过程中，将施胶后的木单板定向、定量组坯。将木单板定向、定量组坯可以更好的控制压制人造板材的时候基础原料的木单板之间的配合关系，使得压制的效果更好。

优选的，组坯方式为侧压组坯，模具形状决定材料形状，压制单板侧面而不是传统板材加工的平面压制。

优选的，所述侧压组坯是：将施胶后的木单板垂直的布置到模具当中，使得木单板在模具中能够侧立的堆叠放置，压机压头压制单板侧面，使得单板在模具腔内产生曲面变形并产生位移，进而能够在模具中被压制成类似天然实木般的优美纹理。

进一步，步骤(2)中，所述的坯料装入料槽的过程中是：按照预先设定好的方向将坯料装入料槽模具中。

进一步，步骤(3)中，加压压力是5-60MPa。原料不同及所要的产品的性能指标需求不同，采用相适的压力作用于组合好的待压制的坯料上，可以更好的保证木单板被有效的压制结合成结构密实的材料。通过大量的研究，发明人发现在压制重组木的时候，压力控制在5-60MPa的范围内，坯料的成型得到的人造木材的结构稳定性最好，品质最佳，消耗的能量控制在较低的水平，具有良好的经济意义。

进一步，步骤(4)中，冷却至50℃以下。使压制的人造板材在模具中充分的冷却以后，压制得到的材料的内部应力大部分被消耗掉了，提高脱模后的材料的稳定性。

进一步，所述木单板是经过蒸煮或炭化处理的木单板。经过蒸煮处理可以有效的除去木单板中多余的不必要的胶质纤维，提高木单板的可压实性，并提高后续应用的胶粘剂在木单板表面的附着和粘接性能。

优选的，蒸煮处理是将木单板蒸煮1-60分钟，最好是5-30分钟，特别优选10分钟。过滤，滤出蒸煮木料的溶液，滤去胶质纤维素成分。原料(木单板)干燥至水分含量低于15％。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明方法利用木单板料的定向组坯加压，让单板产生不规则的变形，形成自然的像树龄线样的曲面变化，从而形成各种自然纹理特征，所得到的木材结构、均质且性能稳定。

2.本发明的工艺方法将材质差的木材变成高档均质实木材料，工艺简单可靠、实用性强，制造成本低，且产出的材料材质均匀、强度高，众多理化性能超过硬实木的指标，综合性能好；开片后的板材能呈现丰富的木纹特征，给人以美感，极具装饰性。

3.根据材料的特性，其可代替各种珍稀木材，广泛应用于室内地板、墙板、楼板、楼梯、栈道、梁柱、木结构、实木门窗等等。

附图说明：

图1为本发明方法加工制造的重木材料外观样式。

图2为加压成型后的截面纹理图样。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。

实施例1

取含水率15-20％的杨木单板(单板规格1270*650*4.0毫米，无死节)，用表面齿形为菱锥形的滚筒将单板两面细微分裂，钉出密集的孔洞，孔洞间距小于3.0毫米，相对均匀，单面深度2毫米，在机械分裂同时浸入酚醛树脂胶液中，浸润约5分钟。浸胶后的原料定量(按照所需要的密度定量，本例按照1.2的密度定量)输送到模压机模具腔内，先加压预定型，再逐渐加压至55Mpa，在最终达到压力设计值时，物料是密实均匀的。锁模，将物料固定在模具内，将模具连同物料送入加热室，加热到140摄氏度，模具连同物料一起在加热室内进行加热固化，保持3小时时间，完成胶合固化处理。完成后，取出模具和物料，冷却，脱模，得到重木材料。

实施例2

取含水率12-15％的桉木单板(规格1270*700*2.0毫米，无死节)，用表面齿形为圆锥形的滚筒将单板两面细微分裂，钉出密集的孔洞，孔洞间距小于3.0毫米，相对均匀，单面深度1毫米，将此桉木单板用沸水蒸煮20分钟，过滤除去胶质，然后将木单板烘干至水分含量13％。转移到施胶机上进行施胶，浸入酚醛树脂胶液中，浸润约3分钟。浸胶后的原料定量(按照所需要的密度定量，本例按照1.1的密度定量)输送到模压机模具腔内，先加压预定型，再逐渐加压至42Mpa，在最终达到压力设计值时，物料是密实均匀的。锁模，将物料固定在模具内，将模具连同物料送入加热室，加热到140摄氏度，模具连同物料一起在加热室内进行加热固化，保持5小时时间，完成胶合固化处理。完成后，取出模具和物料，冷却，脱模，得到重木材料。

实施例3

取含水率15-20％的杨木单板(单板规格1270*650*1.2毫米，无死节)，用齿形为菱锥形的滚筒将单板两面细微分裂，钉出密集的孔洞，孔洞间距小于5.0毫米，相对均匀，单面深度0.5毫米，在机械分裂同时浸入酚醛树脂胶液中，浸润约2分钟。浸胶后的原料定量(按照所需要的密度定量，本例按照1.0的密度定量)输送到模压机模具腔内，先加压预定型，再逐渐加压至35Mpa，在最终达到压力设计值时，物料是密实均匀的。锁模，将物料固定在模具内，将模具连同物料送入加热室，加热到140摄氏度，模具连同物料一起在加热室内进行加热固化，保持3小时时间，完成胶合固化处理。完成后，取出模具和物料，冷却，脱模，得到重木材料。

实施例4

取含水率12-15％的桉木单板(规格1270*700*1.0毫米，无死节)，用齿形为菱锥形的滚筒将单板两面细微分裂，钉出密集的孔洞，孔洞间距小于3.0毫米，相对均匀，单面深度1毫米，在机械分裂同时均匀喷施脲醛树脂胶，施加量12％(固体含量百分比)。浸胶后的原料定量(按照所需要的密度定量，本例按照1.1的密度定量)输送到模压机模具腔内，先加压预定型，再逐渐加压至约38Mpa，在最终达到压力设计值时，物料是密实均匀的。锁模，将物料固定在模具内，将模具连同物料送入加热室，加热到130摄氏度，模具连同物料一起在加热室内进行加热固化，保持3小时时间，完成胶合固化处理。完成后，取出模具和物料，冷却，脱模，得到重木材料。

对比例1

未经钉孔处理

取含水率15-20％的杨木单板(单板规格1270*650*4.0毫米，无死节)，浸入酚醛树脂胶液中，浸润约5分钟。浸胶后的原料定量(按照所需要的密度定量，本例按照1.2的密度定量)输送到模压机模具腔内，先加压预定型，再逐渐加压至55Mpa，在最终达到压力设计值时，物料是密实均匀的。锁模，将物料固定在模具内，将模具连同物料送入加热室，加热到140摄氏度，模具连同物料一起在加热室内进行加热固化，保持3小时时间，完成胶合固化处理。完成后，取出模具和物料，冷却，脱模，得到重木材料。

本对比例的重木材料没有经过钉孔处理，木单板在浸胶是有些局部浸不到胶，造成浸胶不均匀，在重木的加工过程中，出现局部因施胶不到位造成的开裂缺陷。

测试

根据国标GB/T17657-2013、GB18580-2001标准中相关检测方法对实验材料进行测试制备得到的重组木的理化指标，结果如下表。

表1重木材料理化指标

测试结果显示，本发明方法加工各类木材碎料或刨花废料制备得到的重组木料均具有良好的理化性能指标，达到红橡木等硬实木木材的性能等级，许多指标符合户外材料使用要求。而且与中密度纤维板等传统人造板相比，甲醛释放量大大降低，极大的减少因家具材料使用对于人体健康造成的不良影响，符合绿色环保的家具制造理念，改善人们的居家生活环境。

经过细微分裂处理，得到的具有微孔结构的木单板可以更好的进行施胶以及施胶均匀性的提升控制，使得木单板在浸胶和压制成型的过程中，胶液分布更加均匀，木单板压制固化成型后的形貌表现更好。并且胶粘剂和木单板的交联固化粘接效果好，甲醛释放率极低。

而其中经过了蒸煮处理脱除胶质纤维后的木单板，木单板中的密实的木质素纤维含量比例大幅度提高，使得木单板在胶粘剂作用下粘接形成的重木(人造板材、人造木材)具有更高的密实度，而且内部胶质纤维所致的内部结合力弱点也相应的减少或消失，使得木材的整体品质大幅度的提升，具有重要的意义。

本发明加工制备的重木形貌如图1和图2所示，木单板压制的重木的整体外观和优质木材的外观相近似，并且重木的截面纹理也符合一般的优质木材的截面表现，具有极其优秀的外观表现。

木材供需矛盾突出，我国年木材需求量逐年增大，木材供应特别是红木类硬实木逐年减少，变得稀有，本发明人造板材料具备了红木类材料的密度、纹理、硬度等优越特性，和硬实木材料相比，密度可调，纹理自然可调，材料为规格材料，使用更省，材料质均不易变形；是高端硬实木的理想替代产品，并可以减少天然林的破坏，综合效益显著。