低密度“三明治”結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種木質(zhì)復合板材及其制備方法，具體涉及一種具有良好力學性能的 低密度復合板材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2013年我國人造板產(chǎn)量高達2. 86億m3,而我國有限的木材資源難以滿足國內(nèi)生 產(chǎn)對木材的需求，致使每年的木材消耗量缺口在1億Hl 3以上，并且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢， 這使得木材供需矛盾尤其突出。由于人造板的密度與其力學強度成正比，為了確保人造板 的力學性能和使用要求，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的人造板的密度通常在〇. 6~0. 8g/cm3之間，其 木質(zhì)原料成本占人造板生產(chǎn)成本的60%以上。因此，在保證其主要使用性能滿足要求的前 提下，如使人造板的密度降到〇. 5g/cm3以下，將使木材用量減少20~50%，從而能有效節(jié) 約木材，緩解我國木材供需矛盾，降低人造板原料成本，并使我國人造板工業(yè)保持健康持續(xù) 發(fā)展。
[0003] 近年來，人們采用了多種方法，以降低傳統(tǒng)人造板的密度。最為常見的方法是將 低密度材料（聚苯乙烯泡沫、珍珠巖等）與木質(zhì)纖維或木質(zhì)刨花復合。例如，在公開號為 "CN102020862A"關(guān)于"一種輕質(zhì)木塑復合材料及其制造方法"和公開號為"CN102504557B" 關(guān)于"一種低密度木塑復合刨花板及其制造方法"的發(fā)明專利中，分別描述了利用可發(fā)泡聚 苯乙烯（EPS)與木纖維或木質(zhì)刨花復合制備的密度為0. 35-0. 50g/cm3的木塑復合材料，由 于制備過程中需要使用價格昂貴的硅烷偶聯(lián)劑，增加成本；同時需要使用較高的熱壓溫度 (140-230°C )，熱壓溫度高不僅增加能耗，還會使發(fā)泡聚苯乙烯（其軟化點溫度為106°C左 右）形成的泡沫粒子在高溫下熔融變形乃至塌陷，難以保持低密度泡沫型態(tài)，不利于復合 材料的密度減少和力學性能的改善，由此所制備低密度復合材料的力學強度偏低，例如公 開號為"CN102020862A"專利中，制備密度小于0.45g/cm 3的復合板，其內(nèi)結(jié)合強度為最低 僅為0. 15MPa、靜曲強度最低僅為5MPa，使其產(chǎn)品的應用范圍收到了很大限制。在公開號為 "CN103624859A"中關(guān)于"膨脹珍珠巖低密度復合刨花板及其制造方法"的發(fā)明專利中，描述 的是制備了一種密度為〇. 45-0. 52g/cm3的膨脹珍珠巖復合刨花板，其內(nèi)結(jié)合強度最低僅為 0. 25MPa，靜曲強度最低也僅為11. 8MPa，力學強度偏低。
[0004] 另一種常見制備低密度木質(zhì)板材的方法是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計方法實現(xiàn)多層木質(zhì)結(jié)構(gòu) 的復合。例如，公開號為"CN103846981A"關(guān)于"一種輕質(zhì)復合板材"的發(fā)明專利中，描述的 由表面裝飾層，上夾層，上纖維層，芯層（正六邊形蜂窩板），下纖維層和下夾層六部分通過 結(jié)構(gòu)設(shè)計制備多層結(jié)構(gòu)復合材料；專利"CN201924778U"關(guān)于"復合輕質(zhì)難燃密度板門板" 的發(fā)明專利中，描述的由面板、背板和設(shè)置在面板與背板之間同向相互間隔排列的芯板、隔 條復合構(gòu)成的輕質(zhì)木質(zhì)復合材料，生產(chǎn)效率低，成本較高。由此可見，常見的通過結(jié)構(gòu)設(shè)計 方法制備輕質(zhì)（低密度）多層木質(zhì)復合板材的制備工藝過于繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的低密度木質(zhì)復合板材存在力學強度低、多層結(jié)構(gòu) 的木質(zhì)復合板材制備工藝復雜的技術(shù)問題，提供一種低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材 及其制備方法。
[0006] 低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材，該木質(zhì)復合板材從上到下由單板、100重量 份低密度木質(zhì)刨花、0. 5~10重量份可發(fā)泡聚苯乙烯、5~20重量份木材膠黏劑和單板熱 壓制成。
[0007] 所述低密度木質(zhì)刨花為密度小于0. 45g/cm3的木材制備的刨花碎料。
[0008] 所述可發(fā)泡聚苯乙烯的粒徑小于0. 5mm、發(fā)泡比為10~50。
[0009] 低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材制備方法如下：
[0010] 一、將低密度木質(zhì)刨花干燥至含水率為2~10% ;
[0011] 二、在100重量份含水率為2~10%的低密度木質(zhì)刨花中，噴施5-25重量份木材 膠黏劑后，加入〇. 5~10重量份的可發(fā)泡聚苯乙烯，并攪拌均勻混合，得混合物；
[0012] 三、將步驟二得到的混合物鋪裝，形成板胚，并在板胚上表面、下表面各放置一張 一面涂施木材膠黏劑的單板，形成"三明治"結(jié)構(gòu)板胚；
[0013] 四、將"三明治"結(jié)構(gòu)板胚放置在具有厚度規(guī)的熱壓機上，于110~135°C熱壓，熱 壓速率為0. 2~0. 5min/mm，即得低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材。
[0014] 上述的低密度木質(zhì)刨花為采用密度小于0. 45g/cm3木材制備而得到的木材刨花碎 料，常見的有楊木、杉木、桐木。我國具有較大種植面積的速生楊木和杉木，尤其適于制備本 發(fā)明的低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材。
[0015] 上述的可發(fā)泡聚苯乙烯，為一種發(fā)泡比為10~50的，在加熱條件下能夠自行發(fā)泡 的形成密度為0. 03~0. 05g/cm3聚苯乙烯泡沫顆粒的聚苯乙烯粒料，為了使聚苯乙烯粒子 能夠均勾掛附在施膠后的木質(zhì)刨花上，避免在刨花底部堆積，其粒徑應小于0. 5_，最好選 用粒徑在0. 05~0. 3mm的可發(fā)泡聚苯乙烯粒子。可發(fā)泡聚苯乙烯的用量過少，會使得復合 板材因為填充不足（即壓縮率過?。┒沽W性能降低；用量過大，使板材內(nèi)本身強度較低 的聚苯乙烯泡沫含量過高，不利于膠黏劑對木質(zhì)刨花的膠接，最終雖能有效降低密度、提高 壓縮率，但會使復合板材的內(nèi)結(jié)合強度明顯降低，甚至在熱壓時易出現(xiàn)鼓泡問題。因此可發(fā) 泡聚苯乙烯的用量以最終復合板總重量的3~7. 5%為最佳，由此既能有效降低板材密度， 又能確保板材的力學性能。
[0016] 上述的木材膠黏劑可以是異氰酸酯膠黏劑、脲醛樹脂膠黏劑、酚醛樹脂膠黏劑等， 但異氰酸酯膠黏劑存在成本高、需要脫模處理、施膠后的刨花不易吸掛可發(fā)泡聚苯乙烯粒 子等不足，酚醛樹脂則存在熱壓溫度要求高、易使發(fā)泡的聚苯乙烯泡沫發(fā)生熔融塌縮等不 足，因此最好選用脲醛樹脂膠黏劑，具有成本低、施膠后的刨花易鋪裝成型和易均勻吸掛聚 苯乙烯粒子（因為施膠量較大、施膠后的刨花含水率較高）的優(yōu)點。
[0017] 上述在"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材上下表面各貼附用單板，為楊木、椴木、柳 桉、樺木等木材旋切得到的單板；對于采用楊木、椴木等密度較小的輕質(zhì)木材單板，其厚度 以1~2mm為宜，而對于柳桉、樺木等密度較大的木材單板，其厚度以0. 5~Imm為宜，確保 所制備的"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材具有較低的密度，同時具有較好的力學強度。
[0018] 本發(fā)明的低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材，利用含量較少的發(fā)泡聚苯乙烯粒 料通過原位發(fā)泡填充低密度刨花之間內(nèi)的空隙，提高了木質(zhì)刨花的壓縮比，由此不僅使得 材料的密度降低，同時確保其內(nèi)結(jié)合強度；通過表面貼附單板，不僅使板材美化，呈現(xiàn)實木 板的外觀，還能有效提高木質(zhì)復合板材的靜曲強度。本發(fā)明制得的低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的 木質(zhì)復合板材，其密度在0. 40g/cm3~0. 48g/cm3之間、內(nèi)結(jié)合強度在0. 32~0. 40MPa之間、 靜曲強度在35~40MPa、導熱系數(shù)0. 044~0. 050W/m. k之間，力學性能上滿足國家A類刨 花板二等品力學性能指標，因此，所制備的"三明治"結(jié)構(gòu)木質(zhì)復合板，不僅可用作吸音板、 保溫墻板，還可應用于家具制造和室內(nèi)裝飾的非受力部件。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的 任意組合。
【具體實施方式】 [0020] 一：本實施方式低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材從上到下由單 板、100重量份低密度木質(zhì)刨花、0. 5~10重量份可發(fā)泡聚苯乙烯、5~20重量份木材膠黏 劑和單板熱壓制成。
【具體實施方式】 [0021] 二：本實施方式與一不同的是所述低密度木質(zhì)刨花為 密度小于〇. 45g/cm3的木材制備的刨花碎料。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0022] 三：本實施方式與一或二之一不同的是所述可發(fā)泡聚 苯乙烯的粒徑小于0. 5mm、發(fā)泡比為10~50。其它與一或二之一相同。
【具體實施方式】 [0023] 四：本實施方式與一至三之一不同的是所述木材膠 黏劑為脲醛樹脂膠黏劑，所述的單板為厚度為1~2mm楊木、厚度為1~2mm椴木、厚度為 0. 5~Imm柳桉或厚度為0. 5~Imm樺木旋切得到的單板。其它與一至三之 一相同。
【具體實施方式】 [0024] 五：本實施方式中低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材的制備方法 如下：
[0025] 一、將低密度木質(zhì)刨花干燥至含水率為2~10% ;
[0026] 二、在100重量份含水率為2~10%的低密度木質(zhì)刨花中，噴施5-25重量份木材 膠黏劑后，加入〇. 5~10重量份的可發(fā)泡聚苯乙烯，并攪拌均勻混合，得混合物；
[0027] 三、將步驟二得到的混合物鋪裝，形成板胚，并在板胚上表面、下表面各放置一張 一面涂施木材膠黏劑的單板，形成"三明治"結(jié)構(gòu)板胚；
[0028] 四、將"三明治"結(jié)構(gòu)板胚放置在具有厚度規(guī)的熱壓機上，于110~135°C熱壓，熱 壓速率為0. 2~0. 5min/mm，即得低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材。
【具體實施方式】 [0029] 六：本實施方式與四或五不同的是步驟一中所述低密 度木質(zhì)刨花為密度小于〇. 45g/cm3的木材制備的刨花碎料。其它與四或五相 同。
【具體實施方式】 [0030] 七：本實施方式與五至六之一不同的是步驟二中所述 可發(fā)泡聚苯乙稀的粒徑小于0. 5mm、發(fā)泡比為10~50。其它與五至六之一相 同。
【具體實施方式】 [0031] 八：本實施方式與五至七之一不同的是步驟二中所述 木材膠黏劑為脲醛樹脂膠黏劑。其它與五至七之一相同。
[0032]
【具體實施方式】九：本實施方式與【具體實施方式】五至八之一不同的是步驟三中所述 的單板為厚度為1~2mm楊木、厚度為1~2mm椴木、厚度為0. 5~Imm柳桉或厚度為0. 5~ Imm樺木旋切得到的單板。其它與【具體實施方式】五至八之一相同。
【具體實施方式】 [0033] 十：本實施方式與五至九之一不同的是步驟四中在 125°C熱壓。其它與五至九之一相同。
[0034] 采用下述實驗驗證本發(fā)明效果：
[0035] 實驗一：
[0036] 低密度"三明治"結(jié)構(gòu)的木質(zhì)復合板材制備方法如下：
[0037] 一、將低密度木質(zhì)刨花干燥至含水率為3~5%，所述木質(zhì)刨花為楊木刨花；
[0038] 二、在100重量份含水率為3~5%的低密度木質(zhì)刨花中，噴施22. 8重量份固體份 含量為52. 6%的脲醛樹脂膠黏劑后，加入5重量份