一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材及其制備方法與流程

本發明涉及材料
技術領域：
，具體涉及一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材及其制備方法。
背景技術：
：目前的市場上的家具裝飾用實木板材，采用單板、天然木皮、芯板等多層實木材料按一定的次序疊合，經上膠、壓合而制成，具有成本低廉、外觀優良、機械強度高等優點。木材經由高溫處理，成為介于木材和木炭之間的碳化木。尤其是表面碳化木，可以突顯表面凹凸的木紋，產生立體效果。應用方面集中在工藝品、裝修材料和水族罐制品。也稱為工藝炭化木、炭燒木。現有將碳化木附著在膠合板材的表面，以提高板材的觀賞性。在實際使用中，常規膠合木的結構，由膠粘劑層和為木材層板組合，在長期荷載作用下抗蠕變性能較差引發碳化木層變形、脫落，因此在膠合木構件的截面一般較大，膠合木顯得粗重而笨大，且材料浪費嚴重。同時，膠合木截面尺寸的確定往往是根據其剛度進行控制，在剛度符合設計要求的條件下，構件的強度均遠超設計值，這也造成了材料的嚴重浪費，并且構件輕巧性得不到充分體現，不利于木結構的推廣使用，為解決這一問題，現有的方法是通過在膠合木中配置高強FRP或鋼筋等非天然材料來增強，但該方法存在以下不足：粘結高強的FRP或鋼筋等非天然材料，需要特殊的膠粘劑進行粘結，這無疑使施工工藝復雜化，導致成本增加；高強的FRP或鋼筋等增強材料和木材的相容性差，產品在服役期間易與木材本體發生剝離，產品質量的可靠性差。技術實現要素：有鑒于此，本發明一種抗蠕變、尺寸穩定性強的碳化木板材。本發明的目的通過以下技術方案實現：一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，包括芯板，還包括設置在芯板一側或兩側的第一緩沖層以及覆蓋在第一緩沖層表面的至少一層碳化木層，所述芯板與第一緩沖層的接合的一面設有圓形的補強盲孔。本發明所述芯板可選用任意一種現有技術實現，其應當具有較大的密度、較高的強度，以支撐所述吸附層，例如現有技術的細木工板、歐松板等。由于芯板的設置，含有吸附層的實木板材機械性能得到提升而不易損壞，而吸附層的厚度也可進一步降低，改善所制得的板材的外觀。所述第一緩沖層可以選用密度較低的板材實現，如單板、木皮等，可以由多層材料疊合而成。第一緩沖層的作用是平衡碳化木層和芯板間的應力，避免二者發生層間分離。本發明特別在芯板與第一緩沖層的接合的一面設置補強盲孔，圓形的補強盲孔具有較強的結構穩定性，在壓合板材時補強盲孔收到軸向的壓力而擴增，壓合結束后，補強盲孔為了恢復形狀將產生一個指向其軸心的牽引力，避免芯板遭受外界施加的拉力而產生蠕變，確保芯板的尺寸穩定性、結構穩定性，避免碳化木層受芯板影響而脫落、開裂。進一步的，所述第一緩沖層與碳化木層的厚度之比為（0.2-2）:5；所述碳化木層由多層碳化木木皮疊合而成；所述碳化木木皮為平刨木皮或縱向斜刨木皮或橫向斜刨木皮；所述第一緩沖層的氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3。本發明中，碳化木層可以由單塊碳化木板構成，也可以由碳化木木皮形成。所述的碳化木木皮指的是以科技木皮或天然木皮為原料，以現有的碳化木工藝碳化后獲得。利用多層碳化木木皮疊成的碳化木層具有更好的延展性，不容易因板材內部收縮的應力而脫落、分離。第一緩沖層優選氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3的木質材料制成。進一步的，所述碳化木層由外至內依次包括一層平剖木皮、一層橫向斜刨木皮、和一層縱向斜刨木皮；平剖木皮、橫向斜刨木皮間木纖維的夾角為20-25°；橫向斜刨木皮、縱向斜刨木皮間的木纖維夾角為10-15°。本發明針對本發明板材內部收縮應力較大的特點進一步對碳化木層的結構進行了優化，進一步增強碳化木層在各個方向上的韌性，使之不容易被拉伸而斷裂；另一方面，交錯的纖維也有利于維持碳化木層的結構穩定性，不容易鼓泡、脫落。更進一步的，所述補強盲孔內設有與補強盲孔配合的彈性膠栓；所述碳化木層與第一緩沖層間、第一緩沖層與芯板間均設有彈性膠層。所述彈性膠栓和彈性膠層可選用具有彈性的膠質材料制成，如乳膠、橡膠和高分子聚合物樹脂等。在進行預應力加工時，彈性膠栓和彈性膠層在外界應力的作用下延展、變形，外界應力消失后，彈性膠栓和彈性膠層復位時將產生收縮的牽引力，使板材整體結構更加緊湊，結構穩定性更高而不容易變形。更進一步的，所述芯板的兩側均設有所述第一緩沖層；所述彈性膠層的厚度與第一緩沖層的厚度之比為1:30-1:50；所述補強盲孔的直徑為芯板厚度的0.9-1.1倍；所述補強盲孔的總面積占芯板的10%-15%。補強盲孔直徑過大、數量過多，容易降低芯板的強度，導致板材容易斷裂、承力性能下降。而補強盲孔數量過少，又難以提供足夠的內應力維持板材的形狀。經過驗證，上述參數的補強盲孔具有最優的效果。優選的，所述碳化木層和第一緩沖層之間還設有第二緩沖層；所述第二緩沖層上設有陣列排布的六邊形孔，六邊形孔的直徑與第二緩沖層的厚度一致；第二緩沖層氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3；第二緩沖層的厚度與第一緩沖層厚度之比為1:2—1:5；所述六邊形孔的直徑是第二緩沖層的1.2倍。六邊形孔在接收預應力處理時，同樣會產生軸向的形變，制成板材后，將為臨近的碳化木層和第一緩沖層提供收縮的牽引力，提高這兩層結構的抗蠕變性能。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑10-20份、PET50-70份、PA6610-15份、氨基甲酸酯0.1-0.5份、苯甲酸甲酯0.5-7份、亞氯酸鈉0.1-0.8份、硫酸銅0.01-0.15份。所述三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑（melamine-formaldehyderesin），三聚氰胺與甲醛反應所得到的聚合物。又稱蜜胺甲醛樹脂、蜜胺樹脂，可選用現有技術實現。PET為聚對苯二甲酸乙二醇酯，由對苯二甲酸二甲酯與乙二醇酯交換或以對苯二甲酸與乙二醇酯化先合成對苯二甲酸雙羥乙酯，然后再進行縮聚反應制得。PA66為尼龍66，可選用現有技術實現。氨基甲酸酯是氨基或胺基直接與甲酸酯的羰基相連的化合物。也可看成是碳酸的單酯單酰胺。苯甲酸甲酯，又名安息香酸甲酯，化學上可視為苯甲酸或苯甲酸酐或苯甲酰氯用甲醇醇解的產物。無色透明液體。能與甲醇、乙醇、乙醚混溶；不溶于水。亞氯酸鈉（Sodiumchlorite），為市售產品。添加了氨基甲酸酯和苯甲酸甲酯的本發明的彈性膠栓和彈性膠層定型后，其本身具有優秀的抗蠕變性能，有助于維持板材的形狀。而在亞氯酸鈉和硫酸銅的協效下，彈性膠栓和彈性膠層則可以與芯板、第一緩沖層、第二緩沖層和碳化木層的木纖維牢固結合，不容易翹曲、鼓泡、層間分離。本發明可選用普通的壓合法制成。特別的，本發明還提供一種制備具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材的方法，包括如下工序：S1.制備芯板、第一緩沖層、第二緩沖層和碳化木層；S2.在芯板的表面鉆出補強盲孔；S3.制備熱熔膠，將其灌入所述補強盲孔中，直至熱熔膠表面比芯板表面突出1-3mm，冷卻后獲得彈性膠栓；S4.在芯板表面涂覆熱熔膠，覆蓋第一緩沖層后進行第一次壓合；S5.在第一緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋第二緩沖層后進行第二次壓合；在第二緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋碳化木層后進行第三次壓合；S6.進行第四次壓合后獲得所述具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材。芯板、第一緩沖層、第二緩沖層和碳化木層均可選用任意一種現有技術制成。熱熔膠表面比芯板表面突出，在后續的壓合工序中突出部位將遭受熱力和壓力而被擠入補強盲孔中，提高補強盲孔的內應力。進一步的，所述第一次壓合是指采用平面模具以15-20MP壓力、150-200℃的條件壓合150-170min；所述第二次壓合是指采用平面模具以8-9MP壓力、150-200℃的條件壓合50-70min；所述第三次壓合是指采用平面模具以10-15MP壓力、150-200℃的條件壓合50-70min；所述第四次熱壓是指采用平面模具依次以20-35MP壓力、130-150℃的條件壓合50-70min，以20-35MP壓力、80-90℃的條件壓合30-40min，以35-45MP壓力、20-30℃的條件壓合100-200min。本發明對多次壓合的工藝進行優化，進一步提高本發明抗蠕變的性能。本發明提供的一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材及其制備方法，通過對板材的形狀和制備方法進行優化，利用預應力的原理增強板材內應力，使之不容易發生蠕變，提高板材的形狀穩定性，使碳化木板材的尺寸更加輕薄而強度提高，廣泛適用于家裝、建筑、家具制造等領域。附圖說明圖1是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的分解圖。圖3是本發明另一實施例的結構示意圖。圖4是本發明第二緩沖層的結構示意圖。圖5是本發明另一實施例的結構示意圖。圖6是本發明另一實施例的結構示意圖。具體實施方式為了便于本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發明作進一步詳細描述：實施例1本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，如圖1和圖2，包括芯板1，還包括設置在芯板1一側的第一緩沖層3以及覆蓋在第一緩沖層表面的一層碳化木層2，所述芯板1與第一緩沖層3的接合的一面設有圓形的補強盲孔11。本實施例中芯板優選為歐松板。第一緩沖層選用單板實現。進一步的，所述第一緩沖層與碳化木層的厚度之比,1:5；所述第一緩沖層的氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3。進一步的，所述碳化木層為現有的碳化木板。更進一步的，所述補強盲孔的直徑為芯板厚度的2倍；所述補強盲孔的總面積占芯板的30%。本發明利用現有技術制成。實施例2本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，如圖3，包括芯,1，還包括設置在芯板1兩側的第一緩沖層3以及覆蓋在第一緩沖層表面的一層碳化木層2，所述芯板與第一緩沖層的接合的一面設有圓形的補強盲孔11。所述芯板為細木工板。進一步的，所述第一緩沖層與碳化木層的厚度之比為2:5；所述碳化木層由多層碳化木木皮疊合而成；所述第一緩沖層為一層桉木制成的單板。進一步的，所述碳化木層由外至內依次包括一層平剖木皮、一層橫向斜刨木皮、和一層縱向斜刨木皮；平剖木皮、橫向斜刨木皮間木纖維的夾角為20°；橫向斜刨木皮、縱向斜刨木皮間的木纖維夾角為15°。更進一步的，所述補強盲孔內設有與補強盲孔配合的彈性膠栓4；所述碳化木層2與第一緩沖層間3、第一緩沖層與芯板1間均設有彈性膠層5。本實施例中，彈性膠栓和彈性膠層選用PA66材料制成。更進一步的，所述芯板的兩側均設有所述第一緩沖層；所述彈性膠層的厚度與第一緩沖層的厚度之比為1:50；所述補強盲孔的直徑為芯板厚度的0.9倍；所述補強盲孔的總面積占芯板的15%。優選的，所述碳化木層和第一緩沖層之間還設有第二緩沖層6；如圖4，所述第二緩沖層6上設有陣列排布的六邊形孔61，六邊形孔61的直徑與第二緩沖層的厚度一致；第二緩沖層氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3；第二緩沖層的厚度與第一緩沖層厚度之比為1:2；所述六邊形孔的直徑是第二緩沖層的1.2倍。實施例3本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，如圖5，包括芯,1，還包括設置在芯板1一側的第一緩沖層3以及覆蓋在第一緩沖層3表面的一層碳化木層2，所述芯板與第一緩沖層的接合的一面設有圓形的補強盲孔11。進一步的，所述第一緩沖層與碳化木層的厚度之比為0.2:5；所述碳化木層由多層碳化木木皮疊合而成；所述碳化木木皮為平刨木皮或縱向斜刨木皮或橫向斜刨木皮；所述第一緩沖層的氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3。進一步的，所述碳化木層由外至內依次包括一層平剖木皮、一層橫向斜刨木皮、和一層縱向斜刨木皮；平剖木皮、橫向斜刨木皮間木纖維的夾角為20°；橫向斜刨木皮、縱向斜刨木皮間的木纖維夾角為10°。更進一步的，所述補強盲孔內設有與補強盲孔配合的彈性膠栓4；所述碳化木層2與第一緩沖層3間、第一緩沖層3與芯板1間均設有彈性膠層5。更進一步的，所述彈性膠層的厚度與第一緩沖層的厚度之比為1:30；所述補強盲孔的直徑為芯板厚度的1.1倍；所述補強盲孔的總面積占芯板的10%。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑15份、PET59份、PA6613份、氨基甲酸酯0.2份、苯甲酸甲酯5份、亞氯酸鈉0.2份、硫酸銅0.08份。實施例4本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，如圖6，包括芯,1，還包括設置在芯板1一側的第一緩沖層3以及覆蓋在第一緩沖層3表面的2層碳化木層2，所述芯板1與第一緩沖層3的接合的一面設有圓形的補強盲孔11。進一步的，所述第一緩沖層與碳化木層的厚度之比為1.5:5；所述碳化木層由多層碳化木木皮疊合而成；所述碳化木木皮為平刨木皮或縱向斜刨木皮或橫向斜刨木皮；所述第一緩沖層為多層科技木皮疊合而成。進一步的，所述碳化木層由外至內依次包括一層平剖木皮、一層橫向斜刨木皮、和一層縱向斜刨木皮；平剖木皮、橫向斜刨木皮間木纖維的夾角為21°；橫向斜刨木皮、縱向斜刨木皮間的木纖維夾角為10°。更進一步的，所述補強盲孔11內設有與補強盲孔配合的彈性膠栓4；所述碳化木層與第一緩沖層間、第一緩沖層與芯板間均設有彈性膠層5。更進一步的，所述彈性膠層的厚度與第一緩沖層的厚度之比為1:40；所述補強盲孔的直徑為芯板厚度的1.1倍；所述補強盲孔的總面積占芯板的15%。優選的，所述碳化木層和第一緩沖層之間還設有第二緩沖層6；所述第二緩沖層上設有陣列排布的六邊形孔，六邊形孔的直徑與第二緩沖層的厚度一致；第二緩沖層氣干密度為0.35g/cm3—0.65g/cm3；第二緩沖層的厚度與第一緩沖層厚度之比為1:3；所述六邊形孔的直徑是第二緩沖層的1.2倍。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑15份、PET70份、PA6610份、氨基甲酸酯0.5份、苯甲酸甲酯0.5份、亞氯酸鈉0.8份、硫酸銅0.01份。本實施例還提供一種制備具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材的方法，包括如下工序：S1.制備芯板、第一緩沖層、第二緩沖層和碳化木層；S2.在芯板的表面鉆出補強盲孔；S3.制備熱熔膠，將其灌入所述補強盲孔中，直至熱熔膠表面比芯板表面突出1-3mm，冷卻后獲得彈性膠栓；S4.在芯板表面涂覆熱熔膠，覆蓋第一緩沖層后進行第一次壓合；S5.在第一緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋第二緩沖層后進行第二次壓合；在第二緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋碳化木層后進行第三次壓合；S6.進行第四次壓合后獲得所述具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材。進一步的，所述第一次壓合是指采用平面模具以18MP壓力、160℃的條件壓合160min；所述第二次壓合是指采用平面模具以9MP壓力、190℃的條件壓合60min；所述第三次壓合是指采用平面模具以12MP壓力、200℃的條件壓合50min；所述第四次熱壓是指采用平面模具依次以25MP壓力、120℃的條件壓合70min，以30MP壓力、90℃的條件壓合30min，以35MP壓力、30℃的條件壓合100min。實施例5本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，其結構與實施例4一致。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑20份、PET50份、PA6615份、氨基甲酸酯0.1份、苯甲酸甲酯7份、亞氯酸鈉0.1份、硫酸銅0.15份。本實施例還提供一種制備具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材的方法，包括如下工序：S1.制備芯板、第一緩沖層、第二緩沖層和碳化木層；S2.在芯板的表面鉆出補強盲孔；S3.制備熱熔膠，將其灌入所述補強盲孔中，直至熱熔膠表面比芯板表面突出1-3mm，冷卻后獲得彈性膠栓；S4.在芯板表面涂覆熱熔膠，覆蓋第一緩沖層后進行第一次壓合；S5.在第一緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋第二緩沖層后進行第二次壓合；在第二緩沖層表面涂覆熱熔膠，覆蓋碳化木層后進行第三次壓合；S6.進行第四次壓合后獲得所述具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材。進一步的，所述第一次壓合是指采用平面模具以15MP壓力、200℃的條件壓合150min；所述第二次壓合是指采用平面模具以9MP壓力、150℃的條件壓合70min；所述第三次壓合是指采用平面模具以10MP壓力、200℃的條件壓合50min；所述第四次熱壓是指采用平面模具依次以35MP壓力、130℃的條件壓合70min，以20MP壓力、90℃的條件壓合30min，以45MP壓力、20℃的條件壓合100-200min。實施例6本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，其結構與實施例3致。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑20份、PET70份、PA6615份、苯甲酸甲酯7份、亞氯酸鈉0.8份。實施例7本實施例提供一種具有抗蠕變變形性能的預應力碳化木板材，其結構與實施例3致。優選的，所述彈性膠栓和彈性膠層其原料按重量計包括三聚氰胺甲醛樹脂膠粘劑20份、PET70份、PA6615份、氨基甲酸酯0.5份、硫酸銅0.15份。將實施例2-7的彈性膠栓的兩端分別施加5000N的拉力，維持100日。測試其長度增長率。其結果如表1。表1.實驗組長度增長（%）實施例23.21實施例30.87實施例40.53實施例50.98實施例63.52實施例73.91采用國家標準GB/T24137-2009對上述產品進行測試，其結果如表2。表2.實驗組吸水膨脹率%抗彎曲強度，MPA尺寸穩定性，%彈性膠層膠合強度/MPa實施例10.6741.01.40.58實施例20.8343.71.50.32實施例30.4549.41.30.73實施例40.3155.81.10.89實施例50.2154.71.00.94實施例60.9138.21.90.43實施例70.9031.21.80.47耐用性測試。將對比例和實施例的產品粘貼在一墻面中，依次對其施加下述實驗條件：a.85℃，相對濕度90%，充入氧氣使空氣中氧氣體積達80%，1KW的氙燈老化箱處理1000小時，板邊施加5000N的拉力；b.45℃，相對濕度10%，2KW鈉燈照射1000小時，板邊施加5000N的拉力。記錄各實驗組裝飾板材的外觀，如表3所示。實驗組a測試b測試實施例1表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。實施例2表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。表面平整，有明顯鼓泡，邊緣層間有明顯分離、翹曲等變形。實施例3表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。實施例4表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。實施例5表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。表面光滑、平整，無鼓泡、開裂等不良問題，層間結合緊密，無分離、翹曲等變形。實施例6表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。表面平整，有明顯鼓泡，邊緣層間有明顯分離、翹曲等變形。實施例7表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。表面平整，有輕微鼓泡，邊緣層間有輕微分離、翹曲等變形。以上為本發明的其中具體實現方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3