一种高性能单板层积板材及其生产方法
【专利摘要】本发明提供一种高强度、高弹性模量、高尺寸稳定性、高耐磨性及低变异性的高性能单板层积板材生产方法，其步骤：以单板动态弹性模量MOE分为高、低等级或高、中、低三个等级；把高、低分子量酚醛树脂混合得到浸渍液；以浸渍液对部分单板浸渍后干燥；对未浸渍的单板涂布普通酚醛树脂胶粘剂，然后组坯热压。单板层积板组坯：表层和底层为1至2层高或中等级浸渍单板，平衡层为1层高或中低等级浸渍单板，芯层为若干张中或低等级涂胶单板；以芯层对称。单板层积材组坯：从上到下依次为表层、芯层、底层、抗弯增强层,各层纹理平行于板长方向；表层和底层为1至3层中或低等级浸渍单板;芯层为若干张低等级涂胶单板；抗弯增强层为1层高等级浸渍单板。
【专利说明】一种高性能单板层积板材及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高性能单板层积板材的生产方法，具体地说，是利用普通木材或低等级木材高效制造高性能单板层积板材的方法。
【背景技术】
[0002]单板层积板材是把旋切后的木材单板经过涂胶、顺纹组坯、压制而成的一种新型工程结构材料，由于其性能稳定、强度高、易于加工、可替代大径级实木锯材使用等优点，受到市场的青睐。
[0003]单板层积板材包括两大类,一种是单板层积板(laminated veneer board, LVB),一种是(厚型)单板层积材(laminated veneer lumber,LVL)。单板层积板宽度远远大于厚度，常用作车厢板。(厚型)单板层积材一般厚度大于30mm，常用作梁或柱。
[0004]但是我国单板层积板材的生产技术水平比较落后，难以满足市场对高性能单板层积板材的要求。概括来讲，不足之处在于:木材单板变异性大，导致产品性能不稳定，影响木构件的工程设计；单板浸溃增强处理方法时间长、成本高，阻碍了单板浸溃增强技术的市场推广；板坯结构不合理，造成产品的力学性能(如静曲强度、剪切强度、弹性模量、耐磨性能)较低，尺寸不稳定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种高强度、高弹性模量、高尺寸稳定性、高耐磨性及低变异性的高性能单板层积板材生产方法，该方法能够充分利用普通木材或低等级木材资源，制造高性能单板层积板材，可以用于车厢底板、建筑模板和集装箱底板(单板层积板)、大跨度承载梁柱和包装箱用厚型包装材料(单板层积材)等领域，对缓解木材供需矛盾，实现劣材优用，增加木材利用的附加价值有很大的现实意义。
[0006]本发明的高性能单板层积板材的生产方法，包括下述步骤:
[0007]a.单板分等:根据每张单板的动态弹性模量MOE的大小，将单板分为高、低两个等级或高、中、低三个等级；
[0008]b.配置双组分酚醛树脂浸溃液:把分子量1000-2000的高分子量酚醛树脂和分子量200-1000的低分子量酚醛树脂按2:8-8:2的比例混合，最终双组分酚醛树脂浸溃液固含量为30-50% ；
[0009]c.单板浸溃:以浸溃液对部分高或中等级单板浸泡5-10分钟，对部分低等级单板浸泡3-8分钟,对浸溃后的单板在40-70°C温度下干燥1.0-1.5小时,使浸溃后的单板含水率达到9-12% ；
[0010]d.单板涂胶:对未浸溃的单板涂布普通商用酚醛树脂胶粘剂，单面涂胶量为120-180g/m2 ；
[0011]e.单板组坯:
[0012]①单板层积板组坯方案:[0013]从上到下依次为表层、平衡层、芯层、平衡层、底层，以芯层对称；
[0014]表层和底层为I至2层高或中等级浸溃单板，其纹理平行于板材长度方向；
[0015]平衡层为I层高或中低等级浸溃单板，其纹理垂直于板材长度方向；
[0016]芯层为若干张中或低等级涂胶单板，其纹理平行于板材长度方向；
[0017]②厚型单板层积材组坯方案:
[0018]从上到下依次为表层、芯层、底层、抗弯增强层，每层单板的纹理平行于板长方向；
[0019]表层和底层由I至3层中或低等级浸溃单板组成；
[0020]芯层由若干张低等级涂胶单板组成；
[0021]抗弯增强层由I层高等级浸溃单板组成；
[0022]f.热压:在压力1.2-2.0MPa下对板坯热压，在板坯芯层温度达到95°C左右条件下卸压，然后堆放冷却。
[0023]上述的生产方法，单板动态弹性模量是以无损检测方法测得。例如，测得该单板密度P和应力波在该单板中的传输速度V，动态弹性模量根据MOE= P V2计算得出。
[0024]上述的生产方法，根据每张单板的动态弹性模量Μ0Ε，根据每张单板的动态弹性模量Μ0Ε，得出单板MOE的累积分布函数；以单板MOE累积分布函数为10%至90%之间的特定值f对应的MOEf对单板分为高低两个等级；动态弹性模量MOE ≥ MOEf的单板为高等级单板，动态弹性模量MOE < MOEf的单板为低等级单板；或按类似方法将单板分为高、中、低三个等级。本发明的有益效果:
[0025]本发明根据每张单板的动态弹性模量将单板分成高、低两个等级或高、中、低三个等级，从而减少木材单板弹性模量的变异性，最终大大减少产品性能的变异性；利用双组分酚醛树脂浸溃液浸溃单板，可以实现树脂部分渗透木材内部，部分留在木材表面作为胶粘剂，避免对浸溃单板的二次涂胶。根据单板的不同等级进行组坯所得的板坯结构提高了板材的抗弯、耐磨性能；具体地说，在单板层积板中，因酚醛树脂固化后硬度高、耐水性好，所以浸溃单板放在板材表面可以显著增强板材抗弯，表面耐磨性能和尺寸稳定性；表层和底层主要目的是提高板材的抗弯和耐磨强度；平衡层主要目的是分配板材载荷分布，提高单板层积板的尺寸稳定性；在单板层积材中，根据不同等级单板进行浸溃或涂胶处理和组坯结构优化设计，增加抗弯增强层，可以充分利用低等级单板并提高单板层积材的承载能力。总之，本发明针对优质木材资源缺乏的现实，根据不同等级单板进行浸溃或涂胶处理和组坯结构优化设计，并合理调整生产工艺参数，实现小材大用，劣材优用，能够得到抗弯性能、耐磨性能以及尺寸稳定性高同时低成本的高性能工程用单板层积板材。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是实施例1的单板层积材(LVL)组坯结构示意图。
[0027]图2是单板应力分等前扭叶松单板密度的累积分布函数图。
[0028]图3是扭叶松单板动态弹性模量的累积分布函数图。
[0029]图4是两种等级单板树脂固体浸溃量累积分布函数图。
[0030]图5是实施例2的单板层积板(LVB)组坯结构示意图。
[0031]图6是实施例3的单板层积板(LVB)组坯结构示意图。【具体实施方式】
[0032]以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
[0033]实施例1:单板分等和部分浸溃生产单板层积材(LVL)
[0034]对进口的北美扭叶松，经旋切制得厚度为3.2mm的单板，并干燥至含水率为3_6%。
[0035]单板分等前，测定单板的密度P范围为0.3g/cm3到0.6g/cm3,所有单板的平均密度P为0.473g/cm3，标准差为0.044g/cm3,图2为单板分等前单板密度累积分布函数。图2中，纵坐标表示⑶F (累积分布函数)；横坐标表示干单板密度，单位g/cm3。
[0036]测定应力波在单板长度方向的传播时间t根据各单板长度I单板密度P以MOE=Pv2计算出各单板的动态弹性模量Μ0Ε。各单板的动态弹性模量MOE在6897MPa到16553MPa之间变化。图3是单板动态弹性模量的累积分布函数图。图3中，纵坐标表示⑶F(累积分布函数)；横坐标表示单板动态弹性模量，单位MPa。根据单板动态弹性模量对单板进行分等，以1331 IMPa为界(此时特定值f=50%，MOE50st)分为高等级单板El和低等级单板E2两部分(图3)。分等后单板性能见表I。可以看出分等后两种单板组内密度和弹性模量偏差均明显变小，说明两种单板性能变异性均减小。
[0037]取部分单板放入双组分酚醛树脂浸溃液(分子量为1000-2000的高分子酚醛树脂和分子量为200-1000的低分子酚醛树脂按比例为5:5混合均匀，最终双组分酚醛树脂浸溃液固含量为30%)中浸溃，其中El等级单板5分钟，E2等级单板3分钟，并在50°C温度下干燥1-1.5小时，使单板含水率达到9-12%。图4为两种等级单板树脂固体浸溃量累积分布函数图，可以看到E2等级单板树脂固体浸溃量大，更容易浸溃。图4中，纵坐标表示CDF (累积分布函数);横坐标表示树脂固体浸溃量，树脂固体浸溃量=(浸溃后单板质量-浸溃前单板质量)*浸溃液固含量/浸溃前单板质量*100%。未浸溃单板涂固含量为44%的普通商用酚醛树脂胶粘剂，涂胶量为165g/m2。
[0038]单板组坯方式按照图1所示进行，①表层结构:2层浸溃E2单板1、2，其纹理平行于板长方向；②芯层结构:采用未浸溃但涂胶E2等级单板3、4、5、6、7、8、9、10，其纹理平行于板长方向；③底层:2层浸溃E2单板11、12,其纹理平行于板长方向；④抗弯增强层:1层El浸溃单板13 (最下层)，其纹理平行于板长方向。组坯后的板坯在室温下陈放30min。
[0039]然后把板坯送入热压机中热压，热压板温度155°C，板坯所用热压压力为
1.4-1.6MPa，热压时间以确保板坯芯层温度达到95°C为准，然后卸压。
[0040]压制好的板坯从热压机中取出，放置48小时自然冷却，即得到抗弯性能、耐磨性能以及尺寸稳定性高的高性能单板层积材，即由单板分等和部分浸溃生产的单板层积材(LVL)。锯制所得LVL试件，测试性能，结果见表2。
[0041]对比例1:未分等未浸溃单板生产的LVL
[0042]对比例I与实施例1的不同在于:对各单板不进行分等，也不对单板进行浸溃，组坯时采用13层涂胶单板进行组坯(其他同实施例1)。其它工艺与实施例1相同。锯制所得单板未分等未浸溃LVL，测试性能，结果见表2。
[0043]表2中，MOR指的是静曲强度；Μ0Ε指的是弹性模量，O中数字代表标准差。从表2可以看出，采用实施例1的方法，单板经分等和部分浸溃所生产的LVL，其水平加载、垂直加载弯曲性能和剪切强度比对比例I有明显提高，而且各性能参数的偏差明显减小。实施例I的24h的吸水率和厚度变化率，明显优于对比例I。可见，本发明利用低等级木材生产的单板经分等和部分浸溃生产的LVL具有抗弯性能、耐磨性能、尺寸稳定性均较好的优点，产品可以广泛用于大跨度承载梁柱和厚型包装箱用材料等。
[0044]实施例2:单板层积板(LVB)的生产(单板分等+表层和底层各2张单板浸溃)
[0045]实施例2与实施例1的不同在于，实施例2中组坯结构为对称结构，具体地说，表层和底层分别为2层高等级浸溃El单板1、2、12、13 ；
[0046]邻近表层和底层的两个平衡层各为I层高等级浸溃El单板3、11 ；
[0047]芯层为7张低等级涂胶E2单板4-10 ;平衡层的纹理方向垂直于其他单板纹理方向，见图5。其它工艺与实施例1相同。锯制所得单板层积板，测试性能，结果见表3。
[0048]实施例3:单板层积板(LVB)的生产(单板分等+表层和底层各I张单板浸溃)
[0049]实施例3与实施例1的不同在于，实施例3中组坯结构为对称结构，具体地说，表层和底层分别为I层高等级浸溃El单板1、13 ；
[0050]邻近表层和底层的两个平衡层各为I层高等级浸溃El单板2、12 ;芯层为9张低等级涂胶E2单板3-11 ;平衡层的纹理方向垂直于其他单板纹理方向，见图6。其它工艺与实施例1相同。锯制所得单板层积板，测试性能，结果见表3。
[0051]对比例2:未分等未浸溃单板生产的单板层积板(LVB)
[0052]对比例2与实施例2的不同在于:对各单板不进行分等，也不对单板进行浸溃，组坯时采用13层涂胶单板进行组坯。其它工艺与实施例2相同。锯制所得单板未分等未浸溃LVB，测试性能，结果见表3。
[0053]表3中，MOR指的是静曲强度；Μ0Ε指的是弹性模量，O中数字代表标准差。从表3可以看出，采用实施例2的方法，单板经分等和部分浸溃所生产的LVB，其弯曲性能比对比例2均有明显提高，24h吸水厚度变化率明显减小，而且各性能参数的偏差明显减小，说明单板分等后LVB性能变异性减小。实施例2的“单板分等+表层和底层2张浸溃单板”±曾强单板层积板弯曲性能高于实施例3 “单板分等+表层和底层I张浸溃单板”增强单板层积板。可见，本发明利用低等级木材生产的单板经分等和部分浸溃生产的LVB具有抗弯性能、耐磨性能、尺寸稳定性均较好的优点，产品可以广泛车厢底板，建筑模板和集装箱底板
坐寸ο
[0054]本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
[0055]本发明采用低等级木材制得的单板为原料，采用应力波分等技术，根据动态弹性模量将单板分为高低两个等级或高中低三个等级，从而极大减少产品的变异性；利用特制的双组分酚醛树脂浸溃单板，可以实现树脂部分渗透木材内部，部分留在木材表面作为胶粘剂，避免二次涂胶，同时酚醛树脂固化后硬度高、耐水性好，浸溃单板放在板材表面可以显著增强板材表面耐磨性能和尺寸稳定性；根据不同等级单板进行组坯结构优化设计，并合理调整生产工艺参数，实现小材大用，劣材优用。产品可以广泛用于各类车厢底板，建筑模板和集装箱底板等领域，对缓解木材供需矛盾，实现劣材优用，增加低等级木材利用附加值有很大的现实意义。
[0056]表I两种等级单板的性能
[0057]
【权利要求】
1.一种高性能单板层积板材的生产方法，其特征是:它包括下述步骤: a.单板分等:根据每张单板的动态弹性模量MOE的大小，将单板分为高、低两个等级或闻、中、低二个等级； b.配置双组分酚醛树脂浸溃液:把分子量1000-2000的高分子量酚醛树脂和分子量200-1000的低分子量酚醛树脂按2:8-8:2的比例混合，最终双组分酚醛树脂浸溃液固含量为 30-50% ； c.单板浸溃:以浸溃液对部分高或中等级单板浸泡5-10分钟，对部分低等级单板浸泡3-8分钟，对浸溃后的单板在40-70°C温度下干燥1.0-1.5小时，使浸溃后的单板含水率达到 9-12% ； d.单板涂胶:对未浸溃的单板涂布普通商用酚醛树脂胶粘剂，单面涂胶量为120-180g/m2 ； e.单板组坯: ①单板层积板组坯方案: 从上到下依次为表层、平衡层、芯层、平衡层、底层，以芯层对称； 表层和底层为I至2层高或中等级浸溃单板，其纹理平行于板材长度方向； 平衡层为I层高或中低等级浸溃单板，其纹理垂直于板材长度方向； 芯层为若干张中或低等级涂胶单板，其纹理平行于板材长度方向； ②厚型单板层积材组坯方案: 从上到下依次为表层、芯层、底层、抗弯增强层，每层单板的纹理平行于板长方向； 表层和底层由I至3层中或低等级浸溃单板组成； 芯层由若干张低等级涂胶单板组成；抗弯增强层由I层高等级浸溃单板组成； f.热压:在压力1.2-2.0MPa下对板坯热压，在板坯芯层温度达到95°C左右条件下卸压，然后堆放冷却。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征是:单板动态弹性模量是以无损检测方法测得。
3.如权利要求2所述的生产方法，其特征是:测得该单板密度P和应力波在该单板中的传输速度V，动态弹性模量根据MOE= P V2计算得出。
4.如权利要求1所述的生产方法，其特征是:根据每张单板的动态弹性模量Μ0Ε，得出单板MOE的累积分布函数；以单板MOE累积分布函数10%至90%之间的某一特定值f对应的MOEf把单板分为高低两个等级；动态弹性模量MOE MOEf的单板为高等级单板，动态弹性模量MOE < MOEf的单板为低等级单板；或按类似方法将单板分为高、中、低三个等级。
【文档编号】B32B37/02GK103433983SQ201310348237
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】王建和, 卫佩行, 徐英熙, 葛文枝 申请人:宁波中加低碳新技术研究院有限公司