一種高性能單板層積板材及其生產方法
【專利摘要】本發明提供一種高強度、高彈性模量、高尺寸穩定性、高耐磨性及低變異性的高性能單板層積板材生產方法，其步驟：以單板動態彈性模量MOE分為高、低等級或高、中、低三個等級；把高、低分子量酚醛樹脂混合得到浸漬液；以浸漬液對部分單板浸漬后干燥；對未浸漬的單板涂布普通酚醛樹脂膠粘劑，然后組坯熱壓。單板層積板組坯：表層和底層為1至2層高或中等級浸漬單板，平衡層為1層高或中低等級浸漬單板，芯層為若干張中或低等級涂膠單板；以芯層對稱。單板層積材組坯：從上到下依次為表層、芯層、底層、抗彎增強層,各層紋理平行于板長方向；表層和底層為1至3層中或低等級浸漬單板;芯層為若干張低等級涂膠單板；抗彎增強層為1層高等級浸漬單板。
【專利說明】一種高性能單板層積板材及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高性能單板層積板材的生產方法，具體地說，是利用普通木材或低等級木材高效制造高性能單板層積板材的方法。
【背景技術】
[0002]單板層積板材是把旋切后的木材單板經過涂膠、順紋組坯、壓制而成的一種新型工程結構材料，由于其性能穩定、強度高、易于加工、可替代大徑級實木鋸材使用等優點，受到市場的青睞。
[0003]單板層積板材包括兩大類,一種是單板層積板(laminated veneer board, LVB),一種是(厚型)單板層積材(laminated veneer lumber,LVL)。單板層積板寬度遠遠大于厚度，常用作車廂板。(厚型)單板層積材一般厚度大于30mm，常用作梁或柱。
[0004]但是我國單板層積板材的生產技術水平比較落后，難以滿足市場對高性能單板層積板材的要求。概括來講，不足之處在于:木材單板變異性大，導致產品性能不穩定，影響木構件的工程設計；單板浸潰增強處理方法時間長、成本高，阻礙了單板浸潰增強技術的市場推廣；板坯結構不合理，造成產品的力學性能(如靜曲強度、剪切強度、彈性模量、耐磨性能)較低，尺寸不穩定。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種高強度、高彈性模量、高尺寸穩定性、高耐磨性及低變異性的高性能單板層積板材生產方法，該方法能夠充分利用普通木材或低等級木材資源，制造高性能單板層積板材，可以用于車廂底板、建筑模板和集裝箱底板(單板層積板)、大跨度承載梁柱和包裝箱用厚型包裝材料(單板層積材)等領域，對緩解木材供需矛盾，實現劣材優用，增加木材利用的附加價值有很大的現實意義。
[0006]本發明的高性能單板層積板材的生產方法，包括下述步驟:
[0007]a.單板分等:根據每張單板的動態彈性模量MOE的大小，將單板分為高、低兩個等級或高、中、低三個等級；
[0008]b.配置雙組分酚醛樹脂浸潰液:把分子量1000-2000的高分子量酚醛樹脂和分子量200-1000的低分子量酚醛樹脂按2:8-8:2的比例混合，最終雙組分酚醛樹脂浸潰液固含量為30-50% ；
[0009]c.單板浸潰:以浸潰液對部分高或中等級單板浸泡5-10分鐘，對部分低等級單板浸泡3-8分鐘,對浸潰后的單板在40-70°C溫度下干燥1.0-1.5小時,使浸潰后的單板含水率達到9-12% ；
[0010]d.單板涂膠:對未浸潰的單板涂布普通商用酚醛樹脂膠粘劑，單面涂膠量為120-180g/m2 ；
[0011]e.單板組坯:
[0012]①單板層積板組坯方案:[0013]從上到下依次為表層、平衡層、芯層、平衡層、底層，以芯層對稱；
[0014]表層和底層為I至2層高或中等級浸潰單板，其紋理平行于板材長度方向；
[0015]平衡層為I層高或中低等級浸潰單板，其紋理垂直于板材長度方向；
[0016]芯層為若干張中或低等級涂膠單板，其紋理平行于板材長度方向；
[0017]②厚型單板層積材組坯方案:
[0018]從上到下依次為表層、芯層、底層、抗彎增強層，每層單板的紋理平行于板長方向；
[0019]表層和底層由I至3層中或低等級浸潰單板組成；
[0020]芯層由若干張低等級涂膠單板組成；
[0021]抗彎增強層由I層高等級浸潰單板組成；
[0022]f.熱壓:在壓力1.2-2.0MPa下對板坯熱壓，在板坯芯層溫度達到95°C左右條件下卸壓，然后堆放冷卻。
[0023]上述的生產方法，單板動態彈性模量是以無損檢測方法測得。例如，測得該單板密度P和應力波在該單板中的傳輸速度V，動態彈性模量根據MOE= P V2計算得出。
[0024]上述的生產方法，根據每張單板的動態彈性模量Μ0Ε，根據每張單板的動態彈性模量Μ0Ε，得出單板MOE的累積分布函數；以單板MOE累積分布函數為10%至90%之間的特定值f對應的MOEf對單板分為高低兩個等級；動態彈性模量MOE ≥ MOEf的單板為高等級單板，動態彈性模量MOE < MOEf的單板為低等級單板；或按類似方法將單板分為高、中、低三個等級。本發明的有益效果:
[0025]本發明根據每張單板的動態彈性模量將單板分成高、低兩個等級或高、中、低三個等級，從而減少木材單板彈性模量的變異性，最終大大減少產品性能的變異性；利用雙組分酚醛樹脂浸潰液浸潰單板，可以實現樹脂部分滲透木材內部，部分留在木材表面作為膠粘劑，避免對浸潰單板的二次涂膠。根據單板的不同等級進行組坯所得的板坯結構提高了板材的抗彎、耐磨性能；具體地說，在單板層積板中，因酚醛樹脂固化后硬度高、耐水性好，所以浸潰單板放在板材表面可以顯著增強板材抗彎，表面耐磨性能和尺寸穩定性；表層和底層主要目的是提高板材的抗彎和耐磨強度；平衡層主要目的是分配板材載荷分布，提高單板層積板的尺寸穩定性；在單板層積材中，根據不同等級單板進行浸潰或涂膠處理和組坯結構優化設計，增加抗彎增強層，可以充分利用低等級單板并提高單板層積材的承載能力。總之，本發明針對優質木材資源缺乏的現實，根據不同等級單板進行浸潰或涂膠處理和組坯結構優化設計，并合理調整生產工藝參數，實現小材大用，劣材優用，能夠得到抗彎性能、耐磨性能以及尺寸穩定性高同時低成本的高性能工程用單板層積板材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是實施例1的單板層積材(LVL)組坯結構示意圖。
[0027]圖2是單板應力分等前扭葉松單板密度的累積分布函數圖。
[0028]圖3是扭葉松單板動態彈性模量的累積分布函數圖。
[0029]圖4是兩種等級單板樹脂固體浸潰量累積分布函數圖。
[0030]圖5是實施例2的單板層積板(LVB)組坯結構示意圖。
[0031]圖6是實施例3的單板層積板(LVB)組坯結構示意圖。【具體實施方式】
[0032]以下結合實施例對本發明作進一步具體描述，但不局限于此。
[0033]實施例1:單板分等和部分浸潰生產單板層積材(LVL)
[0034]對進口的北美扭葉松，經旋切制得厚度為3.2mm的單板，并干燥至含水率為3_6%。
[0035]單板分等前，測定單板的密度P范圍為0.3g/cm3到0.6g/cm3,所有單板的平均密度P為0.473g/cm3，標準差為0.044g/cm3,圖2為單板分等前單板密度累積分布函數。圖2中，縱坐標表示⑶F (累積分布函數)；橫坐標表示干單板密度，單位g/cm3。
[0036]測定應力波在單板長度方向的傳播時間t根據各單板長度I單板密度P以MOE=Pv2計算出各單板的動態彈性模量Μ0Ε。各單板的動態彈性模量MOE在6897MPa到16553MPa之間變化。圖3是單板動態彈性模量的累積分布函數圖。圖3中，縱坐標表示⑶F(累積分布函數)；橫坐標表示單板動態彈性模量，單位MPa。根據單板動態彈性模量對單板進行分等，以1331 IMPa為界(此時特定值f=50%，MOE50st)分為高等級單板El和低等級單板E2兩部分(圖3)。分等后單板性能見表I。可以看出分等后兩種單板組內密度和彈性模量偏差均明顯變小，說明兩種單板性能變異性均減小。
[0037]取部分單板放入雙組分酚醛樹脂浸潰液(分子量為1000-2000的高分子酚醛樹脂和分子量為200-1000的低分子酚醛樹脂按比例為5:5混合均勻，最終雙組分酚醛樹脂浸潰液固含量為30%)中浸潰，其中El等級單板5分鐘，E2等級單板3分鐘，并在50°C溫度下干燥1-1.5小時，使單板含水率達到9-12%。圖4為兩種等級單板樹脂固體浸潰量累積分布函數圖，可以看到E2等級單板樹脂固體浸潰量大，更容易浸潰。圖4中，縱坐標表示CDF (累積分布函數);橫坐標表示樹脂固體浸潰量，樹脂固體浸潰量=(浸潰后單板質量-浸潰前單板質量)*浸潰液固含量/浸潰前單板質量*100%。未浸潰單板涂固含量為44%的普通商用酚醛樹脂膠粘劑，涂膠量為165g/m2。
[0038]單板組坯方式按照圖1所示進行，①表層結構:2層浸潰E2單板1、2，其紋理平行于板長方向；②芯層結構:采用未浸潰但涂膠E2等級單板3、4、5、6、7、8、9、10，其紋理平行于板長方向；③底層:2層浸潰E2單板11、12,其紋理平行于板長方向；④抗彎增強層:1層El浸潰單板13 (最下層)，其紋理平行于板長方向。組坯后的板坯在室溫下陳放30min。
[0039]然后把板坯送入熱壓機中熱壓，熱壓板溫度155°C，板坯所用熱壓壓力為
1.4-1.6MPa，熱壓時間以確保板坯芯層溫度達到95°C為準，然后卸壓。
[0040]壓制好的板坯從熱壓機中取出，放置48小時自然冷卻，即得到抗彎性能、耐磨性能以及尺寸穩定性高的高性能單板層積材，即由單板分等和部分浸潰生產的單板層積材(LVL)。鋸制所得LVL試件，測試性能，結果見表2。
[0041]對比例1:未分等未浸潰單板生產的LVL
[0042]對比例I與實施例1的不同在于:對各單板不進行分等，也不對單板進行浸潰，組坯時采用13層涂膠單板進行組坯(其他同實施例1)。其它工藝與實施例1相同。鋸制所得單板未分等未浸潰LVL，測試性能，結果見表2。
[0043]表2中，MOR指的是靜曲強度；Μ0Ε指的是彈性模量，O中數字代表標準差。從表2可以看出，采用實施例1的方法，單板經分等和部分浸潰所生產的LVL，其水平加載、垂直加載彎曲性能和剪切強度比對比例I有明顯提高，而且各性能參數的偏差明顯減小。實施例I的24h的吸水率和厚度變化率，明顯優于對比例I。可見，本發明利用低等級木材生產的單板經分等和部分浸潰生產的LVL具有抗彎性能、耐磨性能、尺寸穩定性均較好的優點，產品可以廣泛用于大跨度承載梁柱和厚型包裝箱用材料等。
[0044]實施例2:單板層積板(LVB)的生產(單板分等+表層和底層各2張單板浸潰)
[0045]實施例2與實施例1的不同在于，實施例2中組坯結構為對稱結構，具體地說，表層和底層分別為2層高等級浸潰El單板1、2、12、13 ；
[0046]鄰近表層和底層的兩個平衡層各為I層高等級浸潰El單板3、11 ；
[0047]芯層為7張低等級涂膠E2單板4-10 ;平衡層的紋理方向垂直于其他單板紋理方向，見圖5。其它工藝與實施例1相同。鋸制所得單板層積板，測試性能，結果見表3。
[0048]實施例3:單板層積板(LVB)的生產(單板分等+表層和底層各I張單板浸潰)
[0049]實施例3與實施例1的不同在于，實施例3中組坯結構為對稱結構，具體地說，表層和底層分別為I層高等級浸潰El單板1、13 ；
[0050]鄰近表層和底層的兩個平衡層各為I層高等級浸潰El單板2、12 ;芯層為9張低等級涂膠E2單板3-11 ;平衡層的紋理方向垂直于其他單板紋理方向，見圖6。其它工藝與實施例1相同。鋸制所得單板層積板，測試性能，結果見表3。
[0051]對比例2:未分等未浸潰單板生產的單板層積板(LVB)
[0052]對比例2與實施例2的不同在于:對各單板不進行分等，也不對單板進行浸潰，組坯時采用13層涂膠單板進行組坯。其它工藝與實施例2相同。鋸制所得單板未分等未浸潰LVB，測試性能，結果見表3。
[0053]表3中，MOR指的是靜曲強度；Μ0Ε指的是彈性模量，O中數字代表標準差。從表3可以看出，采用實施例2的方法，單板經分等和部分浸潰所生產的LVB，其彎曲性能比對比例2均有明顯提高，24h吸水厚度變化率明顯減小，而且各性能參數的偏差明顯減小，說明單板分等后LVB性能變異性減小。實施例2的“單板分等+表層和底層2張浸潰單板”±曾強單板層積板彎曲性能高于實施例3 “單板分等+表層和底層I張浸潰單板”增強單板層積板。可見，本發明利用低等級木材生產的單板經分等和部分浸潰生產的LVB具有抗彎性能、耐磨性能、尺寸穩定性均較好的優點，產品可以廣泛車廂底板，建筑模板和集裝箱底板
坐寸ο
[0054]本發明的上述實施例是對本發明的說明而不能用于限制本發明，與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
[0055]本發明采用低等級木材制得的單板為原料，采用應力波分等技術，根據動態彈性模量將單板分為高低兩個等級或高中低三個等級，從而極大減少產品的變異性；利用特制的雙組分酚醛樹脂浸潰單板，可以實現樹脂部分滲透木材內部，部分留在木材表面作為膠粘劑，避免二次涂膠，同時酚醛樹脂固化后硬度高、耐水性好，浸潰單板放在板材表面可以顯著增強板材表面耐磨性能和尺寸穩定性；根據不同等級單板進行組坯結構優化設計，并合理調整生產工藝參數，實現小材大用，劣材優用。產品可以廣泛用于各類車廂底板，建筑模板和集裝箱底板等領域，對緩解木材供需矛盾，實現劣材優用，增加低等級木材利用附加值有很大的現實意義。
[0056]表I兩種等級單板的性能
[0057]
【權利要求】
1.一種高性能單板層積板材的生產方法，其特征是:它包括下述步驟: a.單板分等:根據每張單板的動態彈性模量MOE的大小，將單板分為高、低兩個等級或聞、中、低二個等級； b.配置雙組分酚醛樹脂浸潰液:把分子量1000-2000的高分子量酚醛樹脂和分子量200-1000的低分子量酚醛樹脂按2:8-8:2的比例混合，最終雙組分酚醛樹脂浸潰液固含量為 30-50% ； c.單板浸潰:以浸潰液對部分高或中等級單板浸泡5-10分鐘，對部分低等級單板浸泡3-8分鐘，對浸潰后的單板在40-70°C溫度下干燥1.0-1.5小時，使浸潰后的單板含水率達到 9-12% ； d.單板涂膠:對未浸潰的單板涂布普通商用酚醛樹脂膠粘劑，單面涂膠量為120-180g/m2 ； e.單板組坯: ①單板層積板組坯方案: 從上到下依次為表層、平衡層、芯層、平衡層、底層，以芯層對稱； 表層和底層為I至2層高或中等級浸潰單板，其紋理平行于板材長度方向； 平衡層為I層高或中低等級浸潰單板，其紋理垂直于板材長度方向； 芯層為若干張中或低等級涂膠單板，其紋理平行于板材長度方向； ②厚型單板層積材組坯方案: 從上到下依次為表層、芯層、底層、抗彎增強層，每層單板的紋理平行于板長方向； 表層和底層由I至3層中或低等級浸潰單板組成； 芯層由若干張低等級涂膠單板組成；抗彎增強層由I層高等級浸潰單板組成； f.熱壓:在壓力1.2-2.0MPa下對板坯熱壓，在板坯芯層溫度達到95°C左右條件下卸壓，然后堆放冷卻。
2.如權利要求1所述的生產方法，其特征是:單板動態彈性模量是以無損檢測方法測得。
3.如權利要求2所述的生產方法，其特征是:測得該單板密度P和應力波在該單板中的傳輸速度V，動態彈性模量根據MOE= P V2計算得出。
4.如權利要求1所述的生產方法，其特征是:根據每張單板的動態彈性模量Μ0Ε，得出單板MOE的累積分布函數；以單板MOE累積分布函數10%至90%之間的某一特定值f對應的MOEf把單板分為高低兩個等級；動態彈性模量MOE MOEf的單板為高等級單板，動態彈性模量MOE < MOEf的單板為低等級單板；或按類似方法將單板分為高、中、低三個等級。
【文檔編號】B32B37/02GK103433983SQ201310348237
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】王建和, 衛佩行, 徐英熙, 葛文枝 申請人:寧波中加低碳新技術研究院有限公司