專利名稱：一種人造板及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型人造板及其制造方法，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)用木質(zhì)定向重組板 材及其制造方法，屬于人造板制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人造板工業(yè)由于木材資源的可再生性，作為實體木材的替代品，具有結(jié)構(gòu)、性能可 設(shè)計性而且優(yōu)于天然木材等特點而一直保持著高速發(fā)展的勢頭，是國民經(jīng)濟發(fā)展中不可或 缺的組成部分，在家具制造、包裝、建筑和室內(nèi)外裝飾等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是，森林資 源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響了木材原料的供應(yīng)，成為木材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。加上各國對環(huán)境及 森林資源的保護(hù)，使木材原料價格不斷上漲，許多人造板企業(yè)因原料不足或原料價格過高 而無法順利生產(chǎn)。要保證人造板工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，必須在原料的創(chuàng)新(如使農(nóng)作物秸 稈類成為人造板生產(chǎn)原料)的同時，完善或創(chuàng)新現(xiàn)有的人造板生產(chǎn)技術(shù)，提高木質(zhì)材料的 綜合利用率，尤其是充分利用砍伐剩余物、木材加工剩余物、竹材和農(nóng)作物秸稈等生產(chǎn)人造 板?，F(xiàn)有的人造板制造技術(shù)，主要是利用速生木材、小徑材、枝丫材、木材加工業(yè)的邊 角廢料、竹材、農(nóng)作物秸稈等，借助各種機械方式加工成不同單元(單板、刨花、纖維、木束 等)，再輔助以膠粘劑(各種木材加工用膠粘劑，如PF、UF、MF、RF等)，最后通過一定的熱 壓工藝進(jìn)行復(fù)合重組而制成膠合板、刨花板、纖維板、多層復(fù)合板、各種重組木等人造板材。單板單元對原木質(zhì)量要求較高，隨著木材由利用天然林為主向利用人工林為主的 轉(zhuǎn)變，原木的徑級不斷減小，材質(zhì)不斷劣化，木材的單板化利用已經(jīng)漸漸地失去了競爭優(yōu) 勢。采用刨花和纖維結(jié)構(gòu)單元生產(chǎn)的刨花板和纖維板，是將木質(zhì)材料纖維天然排列的 順序全部打亂，再重新排列組合起來，產(chǎn)品失去了木材的天然紋理，并且部分物理力學(xué)性能 尤其是縱向力學(xué)性能、握釘力等降低，限制了其使用范圍。利用木束或木束簾結(jié)構(gòu)單元可制造性能優(yōu)越的木質(zhì)重組材料，這種材料的制造方 法是，首先從原木直接經(jīng)過一對或多對疏解輥疏解制成重組木的組成結(jié)構(gòu)單元即木束，然 后將木束通過浸膠、干燥、熱壓等工序制成重組木。這種方法在一定程度上保持木質(zhì)材料 本身的力學(xué)性能，但木材各部位材質(zhì)的不同，難免存在節(jié)子、腐朽等缺陷，在疏解的過程中， 這些缺陷容易引起折斷，從而降低了木束的出材率，而且木束截面大小、長短、形態(tài)、疏解程 度不一，在后續(xù)的施膠工序中會引起施膠不均；在干燥工序中會引起含水率分布不均；在 鋪裝工序中會由于堆積密度不同引起鋪裝不均，從而造成產(chǎn)品翹曲、變形、跳絲等一系列問 題。專利CN101357470(—種重組木及其制造方法，申請?zhí)?00810114331. 2)公開了一種重 組木的制作方法，通過先將原木進(jìn)行旋切制成單板或單板條，再對該單板進(jìn)行疏解形成點 和/或線狀裂紋的木束簾或木束，然后經(jīng)浸膠、干燥、熱壓成型重組木材。這種技術(shù)，解決了 木束不規(guī)則的問題，但采用了單板作為原料，在生產(chǎn)方面存在著大徑級原木缺乏等方面的 限制。
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因此，如何克服現(xiàn)有技術(shù)不足，尋得一種原料來源豐富、無須精加工，且工藝及設(shè) 備簡單、投資低，又能充分利用原料的方法制備高性能的結(jié)構(gòu)用人造板材，是我們從業(yè)人員 一直思考的熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料來源豐富、又能充分利用原料，工藝及設(shè)備簡單、投 資低，可制得高性能的結(jié)構(gòu)用人造板的制備方法，以該方法制得的人造板密度為0. 6-2. 5g/ cm3，靜曲強度(MOR)為30-75MPa，彈性模量MOE為4. 5_12GPa，握釘力1200-2500N，吸水厚 度膨脹率為8%以下，可作為建筑木梁、木柱、模板、車廂底板、裝飾材料、家具用材、地板等 用途，以及形狀不規(guī)則的模壓結(jié)構(gòu)材。本發(fā)明的人造板的制備方法，包括下述步驟把枝椏材、速生間伐小徑材、竹材、農(nóng)作物秸稈、木材加工邊角廢料、原木等原料放 入預(yù)蒸煮池內(nèi)進(jìn)行預(yù)蒸煮，使得原料軟化；再放入脫水機內(nèi)進(jìn)行脫水；脫水后原料放入爆 破罐中進(jìn)行爆破處理，原料瞬間爆破后噴放至接收容器；爆破后的原料通過壓搓設(shè)備壓搓 處理成松散網(wǎng)狀定厚片材單元，松散網(wǎng)狀定厚片材單元的纖維在長度方向不被破壞、在垂 直于纖維長度方向上纖維松散而交錯相連；將松散網(wǎng)狀定厚片材單元干燥至平衡含水率以 下，再進(jìn)行施膠、干燥、定向組坯；定向組坯后再熱壓成型即得(用于生產(chǎn)薄板)；或定向組 坯后再冷壓成型即得(用于生產(chǎn)厚板或形狀不規(guī)則的模壓結(jié)構(gòu)材)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以枝椏材、速生間伐小徑材、竹材、農(nóng)作物秸稈、木 材加工邊角廢料、原木等為原料，原料來源十分豐富，原料無須精加工，原料的利用率幾 乎100%。預(yù)蒸煮、脫水、爆破處理、施膠、干燥、定向組坯(鋪裝)、熱壓、冷壓成型等均 屬于現(xiàn)有技術(shù)。爆破處理是為了能夠使原料松散均勻，利于壓搓處理。制得的人造板密 度為0. 6-2. 5g/cm3,靜曲強度(MOR)為30_75MPa，彈性模量MOE為4. 5-12GPa,握釘力 1200-2500N,吸水厚度膨脹率為8%以下，為高性能的結(jié)構(gòu)用人造板，是一種結(jié)構(gòu)用木質(zhì)定 向重組板材。上述的制備方法，預(yù)蒸時，在45°C -99°C的堿性水中浸泡60-180分鐘，以使得原料 充分軟化。上述的制備方法，爆破處理時，在140-220°C、0. 5-2. 5MPa壓力下處理6_15分鐘， 然后瞬間爆破噴放至接收容器。在爆破罐內(nèi)，水熱作用使木材等原料塑化變軟，高壓蒸汽充 盈于細(xì)胞腔內(nèi)，瞬間降壓可使纖維原料通過爆破的方式均勻解纖，在這樣的溫度與壓力范 圍內(nèi)，由于水熱作用時間很短，木質(zhì)纖維的化學(xué)組分基本不變，從而可保證纖維具有良好的 力學(xué)性能。上述的制備方法，壓搓設(shè)備包括至少一對設(shè)有螺旋狀凸齒的擠壓輥；組成一對擠 壓輥的兩個擠壓輥上的凸齒螺旋方向相同；壓搓時，爆破后的原料沿纖維長度方向分別從 每對擠壓輥的兩個擠壓輥之間通過，如此用來調(diào)整網(wǎng)狀片材單元的厚度，并使片材單元均 質(zhì)化。壓搓設(shè)備將爆破后的原料處理成定厚的松散網(wǎng)狀片材單元，定厚的松散網(wǎng)狀片材單 元的纖維在長度方向不被破壞、在垂直于纖維長度方向上纖維松散而交錯相連。為了增強 對原料的壓搓效果，壓搓設(shè)備包括至少兩對設(shè)有螺旋狀凸齒的擠壓輥；爆破后的原料先通 過的一對擠壓輥的兩個擠壓輥之間的間隙大于后通過的另一對擠壓輥的兩個擠壓輥之間
4的間隙；先通過的一對擠壓輥與后通過的另一對擠壓輥的凸齒螺旋方向相反，并通過最后 一對擠壓輥對片材定厚。如此用來調(diào)整網(wǎng)狀片材單元的厚度，并使片材單元均質(zhì)化。上述的制備方法，松散網(wǎng)狀片材單元的厚度為0. 5_15mm。上述的制備方法，對熱壓成型后的板材進(jìn)行堆放養(yǎng)生。堆放養(yǎng)生的目的是使板材 各部位的含水率在一定的時間內(nèi)達(dá)到均勻并與外界環(huán)境濕度平衡，同時使板材內(nèi)的應(yīng)力得 到釋放，減少成型板材的變形、彎曲等缺陷，從而提高其質(zhì)量穩(wěn)定性。堆放養(yǎng)生技術(shù)為現(xiàn)有 成熟技術(shù)。施膠時選用酚醛樹脂及其改性樹脂、間苯二酚甲醛樹脂及其改性樹脂時采用熱 堆放養(yǎng)生；施膠時選用脲醛樹脂及其改性樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂及其改性樹脂時，采用 冷堆放養(yǎng)生。上述的制備方法，定向組坯時，把松散網(wǎng)狀片材單元定向鋪裝，并使板坯呈多層結(jié) 構(gòu)；相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向相平行、相垂直或者成一定角度。上述的制備 方法，在施膠前對松散網(wǎng)狀片材單元沿纖維方向縱向加工成長度IOcm以上，長度小于IOcm 的松散網(wǎng)狀片材單元收集后用于生產(chǎn)其他板材的芯部組坯用。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為壓搓設(shè)備中的一對擠壓輥的示意圖(圖4中的一對擠壓輥的右視圖)；圖3為壓搓設(shè)備中的相鄰兩對擠壓輥的示意圖(圖4中的相鄰兩對擠壓輥的俯視 圖)；圖4為壓搓設(shè)備的示意圖；圖5為相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向相平行的定向組坯示意圖；圖6為相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向相垂直的定向組坯示意圖；圖7為相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向成銳角的定向組坯示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體特征及技術(shù)手段。實施例取不同的原材料制作人造板(木質(zhì)定向重組板材)實施例1-3、7_9、13、14是生產(chǎn)薄人造板的實施例，它們的總體制造方法包括原料 預(yù)蒸、脫水、爆破、壓搓處理、截斷分選、干燥、施膠(浸膠或噴膠)、干燥、定向組坯(鋪裝)、 熱壓成型、堆放養(yǎng)生、裁邊、砂光、包裝入庫，參見圖1。參見圖1，實施例4-6、10-12是生產(chǎn)厚人造板的實施例，與生產(chǎn)薄人造板的區(qū)別在 于以冷壓成型代替了熱壓成型和堆放養(yǎng)生。將表1中不同的原料，放入預(yù)蒸煮池內(nèi)，經(jīng)過堿性水不同溫度下不同浸泡時間的 預(yù)蒸煮處理。然后進(jìn)入脫水機進(jìn)行脫水。從原料中擠脫下來的堿性水則重新收集后再泵入 預(yù)蒸池內(nèi)循環(huán)使用，整個預(yù)蒸工段只需補充清水，而不外排污水。預(yù)蒸煮處理后的原料進(jìn)入爆破罐中，在不同的溫度、壓力下處理不同的時間，然后 瞬間爆破噴放至接收容器。再將爆破后的原料通過由表面設(shè)有螺旋狀凸齒的四對擠壓輥組成的壓搓設(shè)備，將 原料壓搓成不同厚度的松散網(wǎng)狀片材單元，這種松散網(wǎng)狀片材單元的纖維在長度方向沒被破壞，且垂直于纖維方向上纖維松散而交錯相連。壓搓設(shè)備參見圖2-4，包括從左到右四對順序排列的擠壓輥1 (參見圖4)。參見圖 2，組成一對擠壓輥1的兩個擠壓輥11、12上下排列，其間留有可調(diào)節(jié)的間隙T，同一對擠壓 輥的兩個擠壓輥外周面均設(shè)有螺旋方向相同的螺旋狀凸齒2。參見圖4，從左到右，組成一 對擠壓輥的上下兩個擠壓輥的間隙T呈遞減；且相鄰兩對擠壓輥的螺旋狀凸齒2的螺紋旋 向相反(參見圖3)。壓搓時，爆破后的原料沿纖維長度方向從左到右分別從每對擠壓輥的 兩個擠壓輥之間通過，逐步被壓搓疏解，通過最后一對擠壓輥后形成固定厚度的松散網(wǎng)狀 片材單元，松散網(wǎng)狀片材單元的纖維在長度方向不被破壞、在垂直于纖維長度方向上纖維 松散而交錯相連。接著進(jìn)行截斷分選，即是將松散網(wǎng)狀片材單元沿纖維方向縱向加工成一定尺寸， 優(yōu)選長度IOcm以上，以便于后續(xù)組坯工序操作，長度小于IOcm的松散網(wǎng)狀片材單元收集后 用于生產(chǎn)其他板材的芯部組坯用。再將松散網(wǎng)狀片材單元干燥處理至平衡含水率以下，進(jìn)行施膠處理。所采用的膠 粘劑為常用木材加工用膠，如酚醛樹脂及其改性樹脂膠粘劑、間苯二酚甲醛樹脂及其改性 樹脂膠粘劑、脲醛樹脂及其改性樹脂膠粘劑或三聚氰胺甲醛樹脂及其改性樹脂膠粘劑等； 施膠采用噴膠或浸膠方式，浸膠方式也可采用普通浸膠、加壓浸膠或真空加壓浸膠等方法， 均為現(xiàn)有工藝。將長度IOcm以上的干燥后的松散網(wǎng)狀片材單元按一定的纖維方向進(jìn)行定向組 坯(鋪裝)。定向組坯可以是參見圖5，相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向夾角為 0° (纖維方向平行定向)；參見圖6，相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向相垂直(纖 維方向垂直定向)；參見圖7，相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向成大于0°且小于 90°的銳角(纖維方向銳角定向)。組坯后，對于生產(chǎn)薄人造板的實施例1-3、7_9、13、14，是將組坯后的坯料置于熱壓 設(shè)備中，采用表2中不同的(熱壓)壓力、熱壓溫度、(熱壓)保壓時間進(jìn)行熱壓膠合。熱 壓后的板坯根據(jù)所用的膠粘劑的種類不同分別采用冷堆放或熱堆放的形式進(jìn)行養(yǎng)生。選用 酚醛樹脂及其改性樹脂、間苯二酚甲醛樹脂及其改性樹脂時采用熱堆放養(yǎng)生；施膠時選用 脲醛樹脂及其改性樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂及其改性樹脂時，采用冷堆放養(yǎng)生。堆放養(yǎng)生 好的板坯經(jīng)過裁邊、砂光后，即可作為成品包裝入庫。組坯后，對于生產(chǎn)厚人造板的實施例4-6、10-12，是將組坯后的坯料置于冷壓設(shè)備 中，采用表2中不同(冷壓)壓力及(冷壓)保壓時間進(jìn)行膠合。冷壓成型后的板坯經(jīng)過 裁邊、砂光后，即可作為成品包裝入庫。本發(fā)明中，施膠、干燥、熱壓、養(yǎng)生、裁邊、砂光、包裝入庫等工序，均為現(xiàn)有工藝技 術(shù)。本發(fā)明的堿性水是指質(zhì)量百分比濃度為3-5%的氨水。纖維原料經(jīng)堿液處理后，在同樣 壓力下壓縮率比未經(jīng)處理的原料高，可以采用較低的壓力獲得較大的壓縮率，而且堿液處 理過的纖維原料壓制的板材強度有明顯提高。對不同的實施例，測定的性能參數(shù)見表2。本發(fā)明的優(yōu)點在于原料來源豐富、無須精加工，工藝及設(shè)備簡單、建廠投資成本 低。用該方法制造的板材，具有高強、高利用率、低成本的優(yōu)勢，可用作建筑木梁、木柱、模 板、車廂底板、裝飾材料、家具用材、地板等用途，以及形狀不規(guī)則的模壓結(jié)構(gòu)材等。
表 權(quán)利要求
一種人造板的制備方法，其特征是它包括下述步驟把枝椏材、速生間伐小徑材、竹材、農(nóng)作物秸稈、木材加工邊角廢料、原木等原料放入預(yù)蒸煮池內(nèi)進(jìn)行預(yù)蒸煮，使原料軟化；再放入脫水機內(nèi)進(jìn)行脫水；脫水后原料放入爆破罐中進(jìn)行爆破處理，將原料瞬間爆破噴放至接收容器；將爆破后的原料通過壓搓設(shè)備壓搓處理成松散網(wǎng)狀片材單元，松散網(wǎng)狀片材單元在纖維長度方向不被破壞、在垂直于纖維長度方向上纖維松散而交錯相連；將松散網(wǎng)狀片材單元干燥至平衡含水率以下，再進(jìn)行施膠、干燥、定向組坯；然后再熱壓成型或冷壓成型即得。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是預(yù)蒸時，在45°C_99°C的堿性水中浸泡 60-180 分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是爆破處理時，在140-22(TC、0.5-2. 5MPa 壓力下處理6-15分鐘，然后瞬間爆破噴放至接收容器。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是壓搓設(shè)備包括至少一對設(shè)有螺旋狀凸齒 的擠壓輥；組成一對擠壓輥的兩個擠壓輥上的凸齒螺旋方向相同；壓搓時，爆破后的原料 沿纖維長度方向分別從每對擠壓輥的兩個擠壓輥之間通過。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是壓搓設(shè)備包括至少兩對設(shè)有螺旋狀凸齒 的擠壓輥；爆破后的原料先通過的一對擠壓輥的兩個擠壓輥之間的間隙大于后通過的另一 對擠壓輥的兩個擠壓輥之間的間隙，先通過的一對擠壓輥與后通過的另一對擠壓輥的凸齒 螺旋方向相反。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是對熱壓成型后的板材進(jìn)行堆放養(yǎng)生。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是施膠時選用酚醛樹脂及其改性樹脂、間苯 二酚甲醛樹脂及其改性樹脂時采用熱堆放養(yǎng)生；施膠時選用脲醛樹脂及其改性樹脂或三聚 氰胺甲醛樹脂及其改性樹脂時，采用冷堆放養(yǎng)生。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是定向組坯時，把松散網(wǎng)狀片材單元定向鋪 裝，并使板坯呈多層結(jié)構(gòu)；相鄰的兩層松散網(wǎng)狀片材單元的纖維方向相平行、相垂直或者成 一定角度。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是在施膠前對松散網(wǎng)狀片材單元沿纖維方 向縱向加工成長度IOcm以上。
10.一種以權(quán)利要求1所述的制備方法制得的人造板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種原料來源豐富、又能充分利用原料，工藝及設(shè)備簡單、投資低，可制得高性能的結(jié)構(gòu)用人造板的制備方法，以該方法制得的人造板密度為0.6-2.5g/cm3，靜曲強度(MOR)為30-75MPa，彈性模量MOE為4.5-12GPa，握釘力1200-2500N，吸水厚度膨脹率為8％以下，可作為建筑木梁、木柱、模板、車廂底板、裝飾材料、家具用材、地板等用途，以及形狀不規(guī)則的模壓結(jié)構(gòu)材。本發(fā)明的制備方法，是把枝椏材、速生間伐小徑材、竹材、農(nóng)作物秸稈、木材加工邊角廢料、原木等原料進(jìn)行預(yù)蒸煮；再進(jìn)行脫水、爆破處理；將爆破后的原料通過壓搓設(shè)備壓搓處理成松散網(wǎng)狀定厚片材單元，松散網(wǎng)狀定厚片材單元的纖維在長度方向不被破壞、在垂直于纖維長度方向上纖維松散而交錯相連；將松散網(wǎng)狀片材定厚單元干燥至平衡含水率以下，再進(jìn)行施膠、干燥、定向組坯、熱壓成型(用于生產(chǎn)薄板)或冷壓成型(用于生產(chǎn)厚板及形狀不規(guī)則的模壓結(jié)構(gòu)材)即得。
文檔編號B27N3/04GK101934548SQ201010250879
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者周兆兵, 崔舉慶, 徐信武, 徐朝陽, 賈翀, 韓書廣, 黃潤州 申請人:南京林業(yè)大學(xué)