一种基于高周波无胶压密技术的金属压密材料及方法与流程

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金属压密材料及方法。
背景技术：
：在很多特定场景，比如航母的隔断墙、坦克的驾驶室壁板、隐形飞机的机身材料等等，均需要木材与金属混合使用，然而，现有的材料均是采用简单的胶粘或通过螺栓的机械连接，而且达到同样的硬度需求时，木材成本也较高(通常硬度越高木材越贵)，因此越来越多金属与木材的复合材料被研究，如中国专利cn1817585a提供的一种金属/木质复合新型材料及制作方法，该方法是通过胶水将金属板与木质单板粘合在一起，该方法制得的复合材料的剥离很低，遇冷或预热容易产生开胶的问题，中国专利cn101811314b提供了一种铝木复合板及其加工方法，该方法是通过eva热熔胶黏剂等对木质层板和铝板胶合而成，该方法制备的复合板的木质层的吸水膨胀率高，而木材大量吸水后与易与金属层分离，中国专利cn108608520a提供了一种具有高强度的胶合板及其生产工艺，该工艺是在金属片上设置凸刺，凸刺包括多个叶片，通过将凸刺上的叶片穿过木材薄片层制得，该方法虽然能够将金属与木材复合，但复合效果差，一旦木材浸水、大幅度膨胀，木材将会从金属板上脱离。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(即高频波)无胶压密技术的金属压密材料的制备方法，该方法制备的压密材料的粘结强度大、吸湿膨胀率小、吸水膨胀率小。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金属压密材料，该金属压密材料由如下步骤制备而成：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.热合处理：将所述层叠材料用高周波加热至130℃-140℃，保温2min-3min，以2％-5％的压缩率进行加压处理，保压时间为5min-7min，制得热合材料；c.降温处理：将经过热合处理的木板表面冷却至70-90℃。本发明的金属板采用的原料包括但不限于钢板、铁板、铝板、合金，压密木通过高周波将加拿大枫木、杨木、椴木、松木等压密制得，压缩率为20％-70％。本发明还提供了一种基于高周波无胶压密技术的金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至100℃-140℃，保温8min-30min，以30％-40％的压缩率进行加压处理，保压时间为15min-20min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为180℃-220℃，保温5min-8min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至70-90℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15-20天，即得金属压密材料。本发明通过以上方法制备的压密材料能够显著地降低压密材料木板层的粘结强度。进一步地，步骤a所述的层叠处理中，按照木板/金属板/木板的顺序制得所述层叠材料，优选地，相邻两块所述木板的尺寸均大于所述金属板的尺寸，相邻两块所述木板压缩后减少的厚度之和不小于所述金属板的厚度。本发明通过以上限定，能够在进行高周波加热时，使金属板随着木板升温也快速地升温，避免因木板和金属板温度差过高，金属板温度不够、木板温度过高，产生木板焦糊的问题，工作原理，由于木质材料容易被高周波加热，而金属板却不易通过高周波加热，本发明通过限定木板压缩后减少的厚度之和不小于所述金属板的厚度，在加热压缩时，相邻两块木板未被压缩处相互接触，使得金属板处于被木板包围的状态，因此能够加快金属板的升温速度。进一步地，步骤a所述的按照木板/金属板/木板的顺序制得所述层叠材料，相邻的2块木板之间设置木框，所述金属板放置于木框内，所述pvb中间膜部分或全部放置于木框内，所述木框的高度大于所述金属板的厚度。本发明通过以上限定，能够在进行高周波加热时，使金属板随着木板升温也快速地升温，避免因木板和金属板温度差过高，金属板温度不够、木板温度过高，产生木板焦糊的问题，工作原理，由于木质材料容易被高周波加热，而金属板却不易通过高周波加热，本发明通过在两块木板之间设置木框，在加热时，木框和木板相接触，高周波加热时能够将木板和木框同时加热，使得金属板处于被高温包围的状态，因此能够加快金属板的升温速度。进一步地，步骤b所述的保温时间为25-30min。由于而金属板不易被高周波加热，因此本发明通过保温时间使木板和金属板受热均匀，进一步地提高粘结强度。进一步地，步骤a所述的层叠处理中，按照金属板/木板/金属板的顺序制得所述层叠材料，所述层叠处理前将所述金属板预热至金属板表面温度为120℃-160℃。通过将金属板预处理，可以缩短木板与金属板升温时的温度差，使金属板快速升温，进一步地提高粘结强度。进一步地，加热加压处理将加热加压木板用高周波加热至130℃时，将木板的含水率控制在4％-5％。该步骤是通过在下压板和最底层压密木之间设置筛网实现的，压密过程中产生的水分通过筛网流出，从而达到含水率降至4％-5％，本发明通过升温压缩处理，能够显著地降低压密材料的吸湿膨胀率。进一步地，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为130℃-140℃，水流速为3-5m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为70℃-90℃，风冷温度为50℃-60℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为60°-90°。本发明通过具体限定降温处理步骤，能够显著地降低压密材料的吸水膨胀率。进一步地，pvb中间膜的厚度为0.7mm-0.9mm，粘度为18.5-19.5pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为70-90×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:2-2:1。本发明通过具体限定pvb膜的各参数，能够进一步地降低压密材料的吸水膨胀率。本发明提供的金属压密材料至少包括经过高周波热合在一起的木板层和金属层，所述压密木板层与金属层的粘结强度大于0.64mpa。本发明提供的制备方法制备的基于高周波无胶压密技术的金属压密材料具有粘结强度大、吸湿膨胀率小、吸水膨胀率小的特点。附图说明图1为通过高周波无胶压密技术对金属单独压密制得的金属压密材料的实物图。具体实施方式实施例1本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至100℃，保温8min，以30％的压缩率进行加压处理，保压时间为15min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为180℃，保温5min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至70℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为130℃，水流速为3m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为70℃，风冷温度为50℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为60°；本实施例采用两块木板和一块金属板，木板、pvb膜与金属板的长和宽相同，均为0.6m和0.4m，木板采用加拿大枫木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用铝板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.7mm，粘度为18.5pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为70×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1；本发明的pvb膜均购自上海美邦塑胶有限公司。实施例2本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至135℃，保温15min，以35％的压缩率进行加压处理，保压时间为18min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为200℃，保温8min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至120℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为135℃，水流速为4m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为80℃，风冷温度为55℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为75°；本实施例采用两块木板和一块金属板，木板、pvb膜与金属板的长和宽相同，均为0.6m和0.4m，木板采用加拿大枫木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用铝板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.8mm，粘度为19.0pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为80×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。实施例3本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至140℃，保温30min，以40％的压缩率进行加压处理，保压时间为20min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为220℃，保温8min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至90℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为140℃，水流速为5m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为90℃，风冷温度为60℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为90°；本实施例采用两块木板和一块金属板，木板、pvb膜与金属板的长和宽相同，均为0.6m和0.4m，木板采用加拿大枫木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用铝板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.9mm，粘度为19.5pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为90×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。实施例4金属金属本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，步骤a所述的层叠处理中采用木板/金属板/木板，所述木板的长度和宽度分别为0.5m和0.3m，金属板的长度和宽度分别为0.4m和0.2m，pvb膜的长度和宽度分别为0.4m和0.2m；该实施例中的金属板采用铝板。实施例5金属金属本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，步骤a所述的层叠处理中采用木板/金属板/木板的方式层叠，相邻的2块木板之间设置木框，所述金属板放置于木框内，所述木板的长度和宽度分别为0.5m和0.3m，金属板的长度和宽度分别为0.4m和0.2m，pvb膜的长度和宽度分别为0.4m和0.2m，所述pvb中间膜全部放置于木框内，所述木框的高度为6cm，金属板的厚度为5cm，该实施例中的金属板采用镁铝合金。实施例6本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理和所述固化处理之间还包括升温压缩处理，所述升温压缩处理具体是将加热加压木板用高周波加热至130℃，保温至木板的含水率为4％。实施例7本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理将加热加压木板用高周波加热至135℃时，将木板的含水率控制在4.5％。实施例8本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理将加热加压木板用高周波加热至140℃时，将木板的含水率控制在5％。实施例9本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括以下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.热合处理：将所述层叠材料用高周波加热至135℃，保温2.5min，以3.5％的压缩率进行加压处理，保压时间为6min，制得热合材料；c.降温处理：将经过热合处理的木板表面冷却至80℃；本实施例采用一块压密木和一块金属板，pvb膜与金属板和压密木板的面积相同，压密木采用辐射松通过高周波压密制得，压缩率为30％，压密木的厚度为12cm，含水量为8％，金属板采用铝板，厚度为5.2cm，压密木和铝板的长和宽均为0.28m和0.22m；pvb中间膜的厚度为0.9mm，粘度为19.5pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为90×106pa，所述压密木与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。实施例10本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例9的所有步骤，区别之处在于，步骤a所述的层叠处理中金属板/木板/金属板，层叠处理前将所述金属板预热至金属板表面温度为140℃。对照例1本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至80℃，保温30min，以20％的压缩率进行加压处理，保压时间为30min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为160℃，保温5min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至80℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为135℃，水流速为4m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为80℃，风冷温度为55℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为75°；pvb膜与金属板和木板的面积相同，木板采用椴木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用钢板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.8mm，粘度为19.0pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为80×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。对照例2本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至130℃，保温15min，以35％的压缩率进行加压处理，保压时间为18min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为200℃，保温8min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至80℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：用风冷技术将固化木板降温至表面温度为80℃，风冷温度为55℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为40°；pvb膜与金属板和木板的面积相同，木板采用椴木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用钢板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.8mm，粘度为19.0pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为80×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。对照例3本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：f.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；g.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至120℃，保温15min，以35％的压缩率进行加压处理，保压时间为18min，制得加热加压材料；h.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为200℃，保温8min，制得固化材料；i.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至80℃；j.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：用水冷技术将固化木板降温至表面温度为90℃，水流速为4m/s；pvb膜与金属板和木板的面积相同，木板采用椴木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用钢板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.8mm，粘度为19.0pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为80×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。对照例4本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括如下步骤：a.层叠处理：取木板和金属板按照直接压力方向层叠放置，在相邻的所述金属板与所述木板之间放置pvb中间膜，制得层叠材料；b.加热加压处理：将所述层叠材料用高周波加热至120℃，保温15min，以35％的压缩率进行加压处理，保压时间为18min，制得加热加压材料；c.固化处理：将经过加热加压处理的木板用高周波加热至木板温度为200℃，保温8min，制得固化材料；d.降温处理：将经过固化处理的木板表面冷却至70℃；e.养生处理：将降温处理后的材料放置15天，即得金属压密材料；其中，步骤d所述降温处理具体包括以下步骤：d1.通过水冷技术将固化木板降温至表面温度为135℃，水流速为4m/s；d2.用风冷技术将水冷后的固化木板降温至表面温度为80℃，风冷温度为55℃，风冷方向与金属板侧壁之间的角度为75°；pvb膜与金属板和木板的面积相同，木板采用椴木，厚度为10cm，含水量为12％，金属板采用钢板，厚度为5cm；pvb中间膜的厚度为0.5mm，粘度为10.0pa·s，所述pvb中间膜的弹性模量为80×106pa，所述木板与所述pvb中间膜接触面的面积比为1:1。对照例5本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理和所述固化处理之间还包括升温压缩处理，所述升温压缩处理具体是将加热加压木板用高周波加热至160℃，保温至木板的含水率为10％。对照例6本实施例提供了一种金属压密材料，该金属压密材料的制备方法包括实施例1的所有步骤，区别之处在于，加热加压处理和所述固化处理之间还包括升温压缩处理，所述升温压缩处理具体是将加热加压木板用高周波加热至120℃，保温至木板的含水率为2％。试验例1粘结强度试验用粘结强度检测仪(购自上海倾技仪器仪表科技有限公司)测定试验1-4组和对照1-4组的压密材料或复合板的粘结强度，其中，试验1-4组采用实施例1-3、10的压密材料，对照1组采用对照例1制备的压密材料，对照2-4组采用中国专利cn1817585a、cn101811314b和cn108608520a制备的复合板；每种压密材料分别做5个平行样，结果取平均值考，考察结果见表1。表1.各组压密材料的粘结强度测定结果组别粘结强度(mpa)实施例10.65实施例20.67实施例30.73实施例100.81对照例10.45对照例20.29对照例30.36对照例40.27由表1可知，通过本发明的方法制备的压密材料具有较高的粘结强度，效果高于四个对照例，且当对金属板用高周波进行预处理后再与木板进行高周波加热压缩，能够进一步地提高粘结强度。试验例2吸水膨胀率测试将实施例1-3和对照例2-4制得的压密材料放置于恒温恒湿试验箱中，质量恒定(对各压密材料进行称重，24h后进行二次称重，两次称重的质量差小于压密材料质量的1％即认为是质量恒定)后，测定各压密材料的中心的厚度，将各压密材料浸于ph为7±1，温度为20±2℃的水槽中，压密材料垂直于水平面，并保持压密材料上表面低于水面高度，压密材料下表面与水槽底部的距离为10cm，个压密材料之间不接触，共浸泡24h，取出各压密材料，去除表面水渍，在30min内测定各压密材料的中心的厚度，计算吸水膨胀率t(％)，t是木材膨胀前后厚度的差值与压密前后的厚度的差值的比值，测试结果见表2。表2.各压密材料的吸水膨胀率测定结果组别吸水膨胀率(％)实施例10.2实施例20.1实施例30.1对照例26.8对照例35.4对照例47.6由表2可知，实施例1-3的厚度膨胀率均小于对照例2-4，证明本发明提供的降温处理方法和pvb中间膜，能够显著地降低压密材料的吸水膨胀率。试验例3吸湿膨胀率和温度膨胀率试验取实施例2、6-8和对照例5-6的压密材料，在相对湿度为90％的条件下放置到150天，测定吸湿膨胀率，再取实施例2、6-8和对照例5-6的压密材料，放在相对温度为60℃的条件下放置到30天，测定高温膨胀率。吸湿膨胀率：压密材料膨胀前后厚度的差值与膨胀前厚度的比值，即为吸湿膨胀率，高温膨胀率：压密材料膨胀前后厚度的差值与膨胀前厚度的比值，测定结果见表3。表3.吸湿膨胀率测定试验结果组别吸湿膨胀率(％)高温膨胀率(％)实施例21.90.9实施例60.20.2实施例70.30.1实施例80.20.1对照例51.60.9对照例61.80.8由表3可知，本发明提供的方法通过增加升温压缩步骤，能够显著地降低压密材料的吸湿膨胀率和高温膨胀率，当改变该升温压缩步骤中的参数时，将会提高压密材料的吸湿膨胀率和高温膨胀率。试验例4焦糊程度试验根据实施例2-5的制备方法制备压密材料，用常规热压板代替高周波制备金属压密材料作为对照例7，其他参数与本发明实施例2相同，压制成功后观察上下木板的焦糊面积百分比，试验结果见表4。表4.吸湿膨胀率测定试验结果组别焦糊面积(％)实施例28.8实施例39.3实施例40实施例50对照例723.6由表4可知，通过在相邻两块木板之间设置木框或根据本发明提供的方法限定木板与金属板的长度、宽度和厚度，能够有效避免压密过程中产生焦糊的问题，同时，如果将高周波技术替换为常规的热压板，则会产生大面积的焦糊问题。以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12