专利名称：木材酚醛树脂层积材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种木材酚醛树脂层积材料和制造这种层积材料的方法，以及采用木材酚醛树脂层积材料制造的球类运动中使用的球棒。
一般现有的球棒由棒柄和棒槌组成。当使用者用球棒击打球体时，棒槌与球体，或者与地面将发生撞击或摩擦。特别是近年来门球运动的普及，使门球棒的需求量逐渐增高。在运动或游戏当中，由于门球棒的棒槌经常与地面产生撞击或摩擦，随着击球次数逐渐增加，棒槌与地面相接触部分和击球部分的磨损愈来愈严重，最终导致门球棒完全报废。因此，现有的门球棒使用寿命通常比较短，从而使得材料消耗量较高。用于制造门球棒的公知材料有浸胶尼龙布、硬质橡胶、压缩木和层积木。用上述材料制造的普通门球棒容重低、硬度小、弹性差、性脆、易裂、不耐磨，耐水性差。
为了克服上述缺陷，需要提出一种性能应当满足使用者要求的材料，采用这种材料可以制造出令人满意的门球棒。为此本专业技术人员已经做出了许多尝试。在中国专利局公开的CN-2111126U这篇专利文献中，记载了一种门球棒，其中采用聚乙烯和尼龙制造高强度和高质量的门球棒。这种门球棒的容重低，耐磨性和使用性能均不理想。
在另一篇中国专利CN-1056834A中公开了一种木质层积材料。这种层积材料由经过染色浸胶后的单板和浸油单板组成，其中5-10张染色浸胶单板为一组，在每组染色浸胶单板之间放置一层浸油单板。这种材料一般用于制造乐器、家具，或者作为装饰材料。由于这种材料的硬度、耐磨性和容重均不理想，不是用于制造门球棒的好材料。
在一篇美国专利US-5，026，593中公开了一种木质强化层积材料，其中在层状单板之间设置了铝合金层。这种材料适于制造建筑构件，例如木质横梁和立柱。由于这种材料硬度低，耐磨性差、容重小，因此不是制造门球棒的理想材料。
为了克服上述缺陷，延长门球棒的使用寿命，关键因素是提高用于制造棒槌材料的硬度，增强其耐磨性，加大容重。
本发明的目的是提供一种使用寿命长，硬度高，耐磨性强、容重大的木质层积材料，以便克服上述缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种制造所述木质层积材料的方法。
本发明还有一个目的，就是利用本发明提供的木质层积材料制造出一种球棒，使这种球棒具有令人满意的效果。
本文中提供的木材酚醛树脂层积材料具有木材纹理与板坯纵向大致相同的浸胶顺纹单板，木材纹理与板坯横向大致相同的浸胶顺纹单板。沿着所述层积材料的厚度方向均匀分布地设有涂油浸胶单板，每层涂油浸胶单板设置在浸胶单板之间。所述层积材料的容重为1.32-1.5克/厘米3。端面布氏硬度为286-306MPa(DHB)。
还可以在浸胶单板之间设置由直径为0.2-0.5毫米的金属线材编织成的金属网。
所述木材酚醛树脂层积材料的表面部分是由1-10层浸胶顺纹单板组成的顺纹单板组。沿着所述层积材料的厚度方向设有4-20组浸胶顺纹单板组。在每组顺纹单板中有1-10层浸胶顺纹单板。沿着所述积材料的厚度方向，均匀间隔地设有2-19层浸胶横纹单板，以及3-19层涂油浸胶单板和2-8层金属网。
在所述层积材料中，浸胶顺纹单板，浸胶横纹单板，涂油浸胶单板，以及金属网的总层数为11-246层。
所述金属网是钢网或铜网，其规格25-30目。在本发明提供的一种方案中，将金属网均匀隔地设置在所述层积材料的中心平面和一个底面之间的区域内。通常采用这种层积材料制造门球棒槌。在制造门球棒的过程中，通常将具有金属网的区域作为棒槌中远离棒柄所在处的部分，即所述的区域是在棒槌中常与地面产生撞击和摩擦的部分。换句话说，将木材酚醛树脂层积材料制成棒槌时，所述金属网均匀间隔地位于棒槌中心平面与远离棒柄所在的侧面围成的区域内。具有这种结构的棒槌耐磨性高，弹性好，抗冲击性强，使用性能优良。
制造本发明的木材酚醛树脂层积材料时，采用的单板可以是0.5-2.5毫米厚的旋切板或刨切板。浸渍单板的胶液是25-60%的水溶性酚醛胶溶液，单板的吸胶量为25-45%。为了在制造过程中防止木材酚醛树脂层积材料产生纵向裂纹，沿着层积材料的厚度方向均匀间隔地设置了浸胶横纹单板。为了克服水溶性酚醛胶木质层积材料性脆的缺点，在所述木材酚醛树脂层积材料中，沿着材料的厚度方向，均匀间隔地设置了表层涂有机油的浸胶单板。在层积材料中加入了这种涂敷着机油的浸胶单板后，不仅使制造出的层积材料脆性大大降低，韧性大幅度提高，而且耐水性进一步加强。
本发明提供的制造木材酚醛树脂层积材料的方法包括以下加工步骤选材、剪切、浸胶、陈放、干燥、预压、组坯和热压。
在选材工序中，采用厚度0.5-2.5毫米单板、材质均匀、平整、颜色一致、无节疤、含水率5-8%，表面光洁。
在剪切工序中，用剪切装置将板坯剪切为需要的尺寸。
在浸胶工序中，采用浓度25-60%的水溶性酚醛胶，恩氏粘度为60-80，PH＝7-9将单板垂直放入浸胶槽中。在常温、常压下浸渍8-20小时，使单板吸胶量达25-45%。
在陈放工序中，将吸胶量达到技术要求的浸胶单板从浸胶槽中取出，然后将所述浸胶单板放置到单板支架上，在常温下滴胶30-50分钟。
在干燥工序中，将单板悬挂于干燥室中，干燥室温度60-80℃，干燥时间1-3小时。干燥后浸胶单板的含水率为3-6%。
在预压工序中，将经过干燥的浸胶单板20-200层分批顺纹理组坯，在预压装置中进行预压缩。预压时的温度控制在室温，压力为2-4MPa，预压时间1-4分钟。板坯经过预压缩后，其厚度尺寸减小，板面的平整度提高，便于进行后序加工。
在组坯工序中，取浸胶顺纹单板4-200层。当需要组坯的单板层数数多时，可以将1-10层单板组成一组。沿着所述层积材料的厚度方向设置4-20组浸胶顺纹单板，还均匀间隔地设置2-19层浸胶横纹单板，以及3-19层涂油浸胶单板和2-18层金属网。
在热压工序中，在升压阶段采用阶梯式增压方式，即升压、保压、再升压、再保压、直到压力达到12-17MPa。通常升压阶段，即0-t1这段时间为30-50分钟。在升压阶段同时，使温度保持持续上升，直到加热温度达到120-170℃。升温阶段，即0-t2时间一般为30-60分钟。保压时间按成板厚度计算为3-7分钟/毫米。保压阶段之后，开始降压降温。以时采用的操作规范与现有技术相同。热压工序完成后，从热压装置中取出成板。
本发明还提供了一种采用本发明的木材酚醛树脂层积材料制造的球棒。这种球棒材料的结构已在前面描述。专业人员可以理解，本发明提供的木材酚醛树脂层积材料不仅适用于制造所述的门球棒，也适于制造球类运动或游戏中使用的球棒，例如高尔夫球棒、曲棍球棒、棒球棒、冰球棒、马球棒等类似的器材。采用本文中所述的木材酚醛树脂层积材料制造这类体育器材时，都可以获得耐磨性高，硬度大、韧性好，弹性强、容重大的优点。
下面结合附图，进一步详细描述本发明的实施例。
图1是本发明提供的一种木材酚醛树脂层积材料的示意图。
图2是本发明提供的一种木材酚醛树脂层积材料的另一个实施例的示意图。
图3是本发明提供的一种制造木材酚醛树脂层积材料的方法中采用的热压曲线图。
图4是采用本发明提供的木材酚醛树脂层积材料制造出的门球棒的示意图，其中局部剖视表示门球棒的棒槌由层积材料制成。
本发明提供了一种木材酚醛树脂层积材料;还提供了一种制造所述木材酚醛树脂层积材料的方法;以及采用所述木材酚醛树脂层积材料制造的球棒，更具体地说，是一种门球棒。
本发明中提供的木材酚醛树脂层积材料中具有四种平面层状材料，即浸胶顺纹单板(1)，浸胶横纹单板(2)，涂胶浸胶单板(3)，以及金属网(4)。
在优选的实施例中，如图1和2所示，浸胶顺纹单板(1)的数量分别多于其他三种片状材料的数量。浸胶顺纹单板(1)成组地设置在木材酚醛树脂层积材料中。由5层浸胶顺纹单板(1)组成一个单板组。在本实施例中没有14个单板组。在每个相邻的浸胶顺纹单板组之间设有一层涂油浸胶单板(3)。在本实施例中，涂敷在浸胶单板表面的是机油。13层涂油浸胶单板(3)均匀分布在单板组之间。沿着木材酚醛树脂层积材料的厚度均匀分布地设置4层浸胶横纹单板(2)。在所述层积材料的中心平面(X)与层积材料的底面(6)之间的区域内均匀间隔地设置3层金属网(4)。所述金属网(4)由直径0.3毫米的钢丝编织而成，其规格为25-30目。
在另一个优选的实施例中，如图2所示，在木材酚醛树脂层积材料中，包括了所述浸胶顺纹单板(1)，浸胶横纹单板(2)，涂层(5)至底层(6)，片状材料的排列是第1-5、7-9、11、13-17、19、21-23、25-27、29、31、33-35、37、39、41、43-48层是浸胶顺纹单板(1);第6、12、18、24、36、42层是涂油浸胶单板(3);第10、20、28、38层是浸胶横纹单板(2);第32、40层是由直径0.3毫米的钢丝编织成的金属网(4)，其规格为25-30目。
本发明提供的制造木材酚醛树脂层积材料的方法包括以下工序选材、剪切、浸胶、陈放、干燥、预压、组坯和热压。下面分步骤对本发明提供的制造木材酚醛树脂层积材料的方法进行详细描述。
一、选材工序采用厚度为1.12毫米的旋切板或刨切板，树种为白桦，材质均匀、平整、颜色一致、无节疤、表面光洁，含水率5-8%。
二、剪切工序采用剪切装置，例如剪板机，将板坯剪切为需要的尺寸，例如30cm×30cm。
三、浸胶工序采用浓度为50%的水溶性酚醛胶，恩氏粘度为69，PH＝7.8，加水稀释至浓度35%，将单板垂直放入浸胶槽中，在常温、常压下浸渍14小时，使单板吸胶量大约为35%。
四、陈放工序当单板的吸胶量符合要求，即吸胶量大约为35%时，将单板从浸胶槽中取出，放置到单板支架上，在常温条件下滴胶35分钟。
五、干燥工序单板经过陈放一段时间后，涂敷在单板上的胶液基本上不再下滴，此时将浸胶后的单板悬挂于干燥室内，在70-75℃条件下，干燥2小时，使单板含水率达到3-6%。
六、预压工序将经过干燥的浸胶单板80层分批顺纹理组坯，在预压装置中进行预压，温度为室温，压力为3MPa，预压时间2分钟。
七、组坯工序取浸胶顺纹单板(1)数量70层，每5层为一组，共分为14组。在每个相邻的浸胶顺纹单板组之间设置一层涂油浸胶单板(3)，涂敷在浸胶单板表面的可以是机油。涂油浸胶单板(3)的数量一共是13层。沿着板坯厚度方向，均匀间隔地设置4层浸胶横纹单板。在所述层积材料中心平面(x)与层积材料的底面(6)之间的区域内均匀间隔地设置3层金属网(4)。所述金属网(4)由直径0.3毫米的钢丝编织而成，其规格为25-30目，上述组坯形式如图1所示。
另一种可以选择地组坯方式如图2所示，从层积材料的顶层(5)至底层(6)，片状材料的排列是第1-5、7-9、11、13-17、19、21-23、25-27、29、31、33-35、37、39、41、43-48层是浸胶顺纹单板(1);第6、12、18、24、36、42层是涂油浸胶单板(3);第10、20、28、38层是浸胶横纹单板(2);第32、40层是由直径0.3毫米的钢丝编织成的金属网(4)，其规格为25-30目。
八、热压工序将组坯完毕的板坯置于热压机中。在图3中曲线，(p)表示在整个热压周期中压力(p)的变化情况。在升压阶段采用阶梯式增压方式，即升压、保压、再升压、再保压，直到压力达到15MPa，正如图3所示，压力(p)曲线在O-t1这段时间表示出压力(p)与时间(t)的特殊关系。通常这段时间为45分钟。在本实施例中，采用6次升压，使压力从大气压力升至15MPa。每次升压之间的时间间隔，即保压时间为7分钟。在t1-t3这段时间使压力保持在15MPa。这段时间根据成板厚度，按2-6分钟/毫米确定，在本实施例中，成板厚50毫米，故确定保压时间为200分钟。t3-t4这段时间是降压阶段，在这段时间内压力(p)曲线具有的特征与现有技术中使用的热压曲线中的特征大致相同。t4-t5这段时间表示压力(p)曲线降低卸板。一般冷却阶段，即t3-t5这段时间大约为50分钟。
在图3中T曲线表示在整个热压周期中温度的变化情况。在升压阶段，0-t1这段时间，温度同时保持匀速上升，由室温升至接近最高温度150℃。当时间达到t1时刻，压力(p)达到最高值，此时温度仍然保持上升趋势。当时间达到t2，温度上升至最高点150℃。通常时间t1-t2为10分钟。t2-t3时间为保温阶段，在这段时间，将温度保持在大约150℃，其时间大约为190分钟。t3-t5时间为冷却阶段，此时温度由最高温降至室温。
在本发明中提供的另一种方案是采用木材酚醛树脂层积材料制造球类运动中使用的球棒，例如高尔夫球棒、曲棍球棒、棒球棒、冰球棒、马球棒。在优选的实施例中特别提供了一种门球棒，其包括棒柄(10)和棒槌(20)。由本发明提供的木材酚醛树脂层积材料制造的棒槌(20)包括木材纹理与棒槌(20)的纵向轴线大致相同的浸胶顺纹单板(1)，在顺纹单板(1)之间设有木材纹理与棒槌(20)的纵向轴线大致成横向的浸胶横纹单板(2)，涂油浸胶单板(3)，以及金属网(4)。在所述制造棒槌(20)的木材酚醛树脂层积材料的表层是由1-10层浸胶顺纹单板(1)组成的顺纹单板组。沿着所述层积材料的厚度方向设有8-20组浸胶顺纹单板组，在每组顺纹单板中有1-10层浸胶顺纹单板(1)。在相邻的浸胶单板之间设有一层涂油浸胶单板(3)。沿着所述层积材料的厚度方向，均匀分布地设有7-19层涂油浸胶单板(3)。在相邻的浸胶单板之间可以设置一层浸胶横纹单板(2)。沿着所述材料的厚度方向，均匀分布地设有4-19层浸胶横纹单板(2)。在相邻的浸胶单板之间还设有一层金属网(4)。沿着所述层积材料的厚度方向，相互间隔开地设有2-8层金属网(4)。在优选的实施例中，金属网(4)均匀间隔地设置在棒槌中心平面(x)远离棒柄(10)所在的侧面(6)围成的区域内。
上面参照附图对本发明提供的技术方案进行了进一步详细描述。这些描述的内容不是对本发明进行限定。属于本发明构思的各种修改或变换的方案都记载在权利要求书中。
权利要求
1.一种木材酚醛树脂层积材料，其中具有木材纹理与板坏纵向大致相同的浸胶顺纹单板(1)，木材纹理与板坯横向大致相同的浸胶横纹单板(2)，其特征是沿着所述木材酚醛树脂层积材料的厚度方向均匀分布地设有成组的浸胶顺纹单板(1)，每组浸胶顺纹单板(1)包括1～10层单板，在每组浸胶顺纹单板(1)之间设有一层涂油浸胶单板(3)，所述层积材料的容重为1.32～1.5克/厘米3，端面布氏硬度285～306MPa。
2.按照权利要求1所述的木材酚醛树脂层积材料，其特征是在浸胶单板之间设有直径为0.2～0.5毫米的金属线材编织成的金属网(4)。
3.按照权利要求2所述的木材酚醛树脂层积材料，其特征是所述木材酚醛树脂层积材料的表面部分是由浸胶顺纹单板(1)组成的顺纹单板组，沿着所述层积材料厚度方向设有4～20组浸胶顺纹单板组，还均匀间隔地设有2～19层浸胶横纹单板(2)，以及3～19层涂油浸胶单板(3)和2～8层金属网(4)。
4.按照权利要求2或3所术的木材酚醛树脂层积材料，其特征在所述层积材料中，浸胶顺纹单板(1)，浸胶横纹单板(2)，涂油浸胶单板(3)，以及金属网(4)的总层数为11～246层，所述金属网(4)是钢网或铜网，其规格25～30目。
5.按照权利要求1～3之一所述的木材酚醛树层积材料，其特征是在所述层积材料中，浸渍单板的胶液是25～60%的水溶性酚醛胶溶液。
6.按照权利要求2或3所述的木材酚醛树脂层积材料，其特征是金属网(4)均匀分布在所述层积材料中心平面(x)和底面(6)之间的区域内。
7.一种制造木材酚醛树脂层积材料的方法，其加工步骤包括选材、剪切、浸胶、阵放、干燥、预压、组坯和热压，其特征是在组坯工序中，将涂油浸胶单板均匀间隔地设置在浸胶单板之间，同时均匀间隔地设置浸胶横纹单板(2)，在所述层积材料的顶面或底在至少设置一层浸胶顺纹单板(1);在热压工序中，在升压阶段采用阶梯式增压方式，即升压，保压，再升压，再保压直到压力达到12～17MPa;在升压阶段，同时使温度保持持续上升，直到加热温度达到120～170℃，保压时间按成板厚度计算为3～7分钟/毫米。
8.按照权利要求7所述的制造方法，其特征是在选材工序中，采用厚度0.5～2.5毫米单板，含水率5～8%。
9.按照权利要求7所述的制造方法，其特征在是在浸胶工序中，采用浓度25～60%的水溶性酚醛胶，恩氏粘度为60～80，PH＝7～9，将单板垂直放入浸胶槽中，在常温、常压下浸渍8～20小时，使单板吸胶量达25～45%。
10.按照权利要求7所述的制造方法，其特征是在干燥工序，将单板悬挂于干燥室中，干燥温度60～80℃，干燥时间1～3小时，干燥后浸胶单板的含水率为3～6%。
11.按照权利要求7所述的制造方法，其特征是在组坯工序中，沿着所述木材酚醛树脂层积的厚度方向均匀分布地设有成组的浸胶顺纹单板(1)，每组浸胶顺纹单板(1)包括1～10层单板，共设置4～20组浸胶顺纹单板，还均匀间隔地设置2～19层浸胶横纹单板(12)，以及3～19层涂油胶单板(3)和2～8层金属网(4)。
12.一种采用权利要求1所述木材酚醛树脂层积材料制造的球类运动中使用的球棒，所述球棒包括棒柄和棒槌，其特征是棒槌中包括浸胶顺纹单板(1)，浸横纹单板(2)、涂油浸胶单板(3)，棒槌的容重为1.32～1.5克/厘米3，端面布氏硬度286～306MPa。
13.按照权利要求12所述的球棒，其特征是所述球棒是门球棒。
14.按照权利要求12所述的球棒，其特征是在浸胶单板之间均匀间隔地设有2～8层金属网(4)。
15.按照权利要求12所述的球棒，其特征是所述的门球棒的棒槌中设置的金属网(4)都位于棒槌(20)的中心平面(x)和远离棒柄(10)所在的侧面围成的区域内，在这个区域内，每层金属网(4)都相互之间以大致相等的距离间隔开。
全文摘要
本发明涉及一种木材酚醛树脂层积材料，其包括浸胶顺纹单板，浸胶横纹单板，涂油浸胶单板，可以在浸胶单板之间设置金属网。还涉及一种制造所述层积材料的方法，其中热压工序采用阶梯式升压，持续升温方式。采用所述层积材料制造的球棒，特别是门球棒槌的容重是1.32～1.5克/厘米
文档编号B27D1/04GK1085149SQ9310506
公开日1994年4月13日 申请日期1993年5月19日 优先权日1993年5月19日
发明者韦益民, 王体科, 张亚池 申请人:北京林业大学