專利名稱：一種制造膠合板/單板層積材的熱壓新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造膠合板及單板層積材(LVL)的熱壓新方法，屬于人造板制 造及自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱壓是人造板生產(chǎn)中最重要和最昂貴的工序之一。目前非單板類復(fù)合材料如定向刨 花板(0SB)和中密度纖維板(MDF) —般采用厚度(或位置)控制的熱壓工藝；而單 板類復(fù)合材料如膠合板和單板層積材(LVL)常規(guī)熱壓通常采用相對(duì)較低的恒定壓力控 制的熱壓工藝。采用該常規(guī)熱壓法壓制膠合板等產(chǎn)品時(shí)，熱壓時(shí)間長(zhǎng)短主要取決于板 坯中心層升溫至膠固化溫度的快慢，并且最佳熱壓壓力主要取決于樹(shù)種、板厚、單板 密度和含水率的均勻性，因此該常規(guī)熱壓法不但熱壓時(shí)間長(zhǎng)，而且存在板厚不勻、板 材壓縮過(guò)度或者厚度顯著損失及產(chǎn)品容易鼓泡等問(wèn)題，這對(duì)于有效提高木材利用率及 工廠經(jīng)濟(jì)效益極其不利。為克服膠合板和單板層積材的常規(guī)熱壓方法的上述不足，發(fā) 明此新的熱壓方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將兩種熱壓方式-壓力控制和厚度(或位置)控制工藝結(jié)合在一個(gè)熱壓周 期當(dāng)中。在第一階段，通常采用比常規(guī)熱壓壓力高0.1-1.0MPa的壓力來(lái)壓縮板坯。在
該壓力作用之下，通過(guò)快速克服單板表面的粗糙度以獲得單板之間的緊密接觸；由于 熱和水分對(duì)木材的軟化和蠕變的聯(lián)合作用使板坯厚度迅速降低。 一旦板材厚度達(dá)到目 標(biāo)，第二階段自動(dòng)啟動(dòng)液壓油缸維持壓板位置。在該階段，板坯內(nèi)部溫度持續(xù)上升以 使膠固化，同時(shí)溫濕軟化和應(yīng)力松弛的聯(lián)合作用導(dǎo)致熱壓壓力自動(dòng)下降，板材內(nèi)部應(yīng) 力也得以下降，這有助于形成足夠的膠合強(qiáng)度。相比第一階段，板材的滲透率基本不 變，這有利于內(nèi)部氣體排出，避免壓機(jī)張開(kāi)時(shí)形成鼓泡。 一旦板子厚度方向中心膠層 的溫度達(dá)到固化溫度(或熱壓一定時(shí)間后)> 卸壓階段開(kāi)始，由于此時(shí)熱壓壓力已較低， 該階段也可相應(yīng)縮短，直到完成整個(gè)熱壓過(guò)程。
有益效果
本發(fā)明可以在生產(chǎn)線上應(yīng)用，可有效提高木材利用率、縮短熱壓時(shí)間、保證產(chǎn)品 質(zhì)量、提高工廠經(jīng)濟(jì)效益。
與恒定壓力控制的常規(guī)熱壓方法相比，新熱壓方法對(duì)樹(shù)種、單板厚度、含水率和 密度變異性的敏感性大大降低，獲得的板厚準(zhǔn)確而均勾，大大簡(jiǎn)化了工廠的熱壓操作。 由于板間厚度偏差減少，可降低單板旋切厚度、降低滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的目標(biāo)板厚， 提高材料利用率。由于熱量從壓板可快速傳遞到內(nèi)層的單板和膠層，熱壓時(shí)間可以相 對(duì)縮短，壓機(jī)產(chǎn)量可相應(yīng)提高，同時(shí)在熱壓后期由于熱壓壓力降低，而板材厚度和滲 透率沒(méi)變，鼓泡可以得到最大程度的控制，降壓階段也可相應(yīng)縮短，從而進(jìn)一步縮短 了熱壓時(shí)間，提高熱壓機(jī)的生產(chǎn)效率。試驗(yàn)證明，新熱壓方法比常規(guī)熱壓方法可縮短 熱壓時(shí)間5 ~ 15 % ,為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1非單板類人造板常規(guī)熱壓方法
采用厚度(或位置)控制熱壓工藝，由于在熱壓機(jī)閉合過(guò)程中通常導(dǎo)致壓力急劇 增加，壓力可高致木材細(xì)胞壁皺折和/或破壞。該類材料熱壓通常要求較高的液壓油缸 壓力和昂貴的壓機(jī)。
圖2單板類人造板常規(guī)熱壓方法
膠合板和單板層積材通常采用相對(duì)較低的壓力進(jìn)行恒壓控制的熱壓工藝，該方法易于 執(zhí)行并且熱壓機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。
圖3膠合板和單板層積材新熱壓方法示意圖
新熱壓方法將壓力控制和厚度(或位置)控制方式結(jié)合在一個(gè)熱壓周期當(dāng)中。在 第一階段，通常采用比常規(guī)熱壓所用壓力高0.1-1.0MPa高的壓力來(lái)壓縮板坯，即壓力 控制模式；第二階段是板材厚度(壓板位置)控制模式， 一旦厚度方向中心膠層達(dá)到 膠固化溫度，即進(jìn)入降壓階段。
圖4新熱壓方法應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)熱壓曲線
對(duì)單層壓機(jī)，通常應(yīng)用工廠壓機(jī)所能提高的最大壓力加壓進(jìn)行壓力控制的第一階 段，該階段加壓時(shí)間根據(jù)樹(shù)種、單板、含水率、厚度和熱壓壓力而定；第二階段是厚 度(壓板位置)控制模式， 一旦厚度方向中心膠層達(dá)到固化溫度(或熱壓一定時(shí)間后)，
即進(jìn)入卸降壓階段。對(duì)多層壓機(jī)，應(yīng)安裝巿場(chǎng)上可購(gòu)買(mǎi)的壓縮控制單元來(lái)控制壓板的 位置，其他操作與單層壓機(jī)相同。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1:長(zhǎng)寬為83. 8cm x 61. Ocm扭葉松五層膠合板，名義厚度15. 5mm; *單板準(zhǔn)備旋切厚度3.175 mm;平均含水率為3. 5%、 5.5%; *膠種及施膠量酚醛樹(shù)脂膠(PF)，單面施膠量157g/m2; *壓機(jī)幅面為91cmx 91cm單層熱壓機(jī)；
命常規(guī)工藝(熱壓控制曲線類似附圖2):熱壓壓力1. 31MPa;熱壓溫度155 0 C;
令新工藝(熱壓控制曲線類似附圖3所示)熱壓壓力根據(jù)單板含水率不同分 別高出常規(guī)熱壓0. 3 -0.8MPa;熱壓溫度155° C;
對(duì)兩種工藝，當(dāng)板材厚度方向最中心膠層溫度為110° C時(shí)開(kāi)始卸壓，時(shí)間為30
秒；
*板材處理陳化48小時(shí)后切割試件測(cè)定膠合強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度； *結(jié)果分析
令與常規(guī)熱壓法相比，新熱壓法在單板為含水率為3. 5%和5. 5%時(shí)，平均熱壓 時(shí)間分別減少15.5%和9.5%,板子厚度均勻性顯著提高，并對(duì)板材膠合和彎曲 性能無(wú)不利影響。
實(shí)例2:長(zhǎng)寬為83. 8cm x 61. Ocm十三層扭葉松單板層積材，板材厚度37. 7或38. 0 mra; *單板準(zhǔn)備旋切厚度3. 175 mm;平均含水率為3. 5%、 5.5%、 9.0%; 攀膠種及施膠量酚醛樹(shù)脂膠(PF),單面施膠量171g/V; *壓機(jī)幅面為91cmx 91cm單層熱壓機(jī)；
令常規(guī)工藝(熱壓控制曲線類似附圖2):熱壓壓力1. 31MPa;熱壓溫度155
令新工藝(熱壓控制曲線類似附圖3):熱壓壓力根據(jù)單板含水率不同分別高 出常規(guī)熱壓0. 3 -0. 8MPa;熱壓溫度155° C;
對(duì)兩種工藝，當(dāng)板材厚度方向最中心膠層溫度為105° C時(shí)開(kāi)始卸壓，時(shí)間為
60秒；
*板材處理陳化48小時(shí)后切割試件測(cè)定膠合強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度； *結(jié)果分析
命與常規(guī)熱壓法相比，新熱壓法在單板為含水率為3.5%、 5. 5%和9. 0%時(shí)， 平均熱壓時(shí)間分別縮短5. 0%、 6.4%和6.5%，板子厚度均勻性顯著提高，采用 新工藝板材目標(biāo)厚度容易實(shí)現(xiàn)、熱壓后回彈僅為0.3-1.2%。應(yīng)用兩種方法壓 制的板材其彎曲性能和剪切強(qiáng)度無(wú)明顯差別；
實(shí)例3:長(zhǎng)寬為l"0mmx 2440mm五層膠合板，名義厚度15. 5咖；
*單板準(zhǔn)備3. 338mm厚的花旗松單板；含水率為3%;
*膠種及施膠量酚醛樹(shù)脂膠(PF)，單面施膠量157g/m2;
*預(yù)壓3分鐘
*壓機(jī)40層周期式熱壓機(jī)；
令常規(guī)工藝(熱壓控制曲線類似附圖2):共壓制40張，工藝為熱壓壓力
1.3證a;熱壓時(shí)間285秒；熱壓溫度140. 5° C; 命新工藝(該壓機(jī)上安裝有板材壓縮控制單元)共壓制40張，工藝為熱
壓壓力l."MPa (受該廠壓機(jī)液壓系統(tǒng)限制，壓力僅高出常規(guī)熱壓0. WMPa);
恒壓保壓時(shí)間240秒；總熱壓時(shí)間275秒；熱壓溫度140. 5° C;熱壓控制曲線
類似附圖4所示。
板材處理陳化48小時(shí)后切割試件測(cè)定膠合強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度； *結(jié)果分析
令與常規(guī)工藝壓制的板材比較，新工藝壓制的板材，其板內(nèi)厚度偏差與常規(guī) 法板相同；但其板間偏差比常規(guī)法壓制的板材小達(dá)30%;兩者的靜彎曲模量及 強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、木破率并沒(méi)有顯著差別；但新工藝熱壓時(shí)間比常規(guī)工藝降低 3.5%;若壓機(jī)能提供更高壓力，則熱壓時(shí)間縮短則可達(dá)5-15%;
令經(jīng)濟(jì)效益對(duì)進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)的該家工廠規(guī)模(年產(chǎn)量為8.8萬(wàn)m3),采用 新工藝壓制板材，保守估計(jì)生產(chǎn)能力能提升3% ，工廠每年可增加利潤(rùn)300, 000 美金；板材壓縮損失降低1. 5 - 3. 0% (以板厚9. 5m,每93 11!2單板成本為$125 為基準(zhǔn)計(jì)算)，則每年可至少節(jié)約美金150, 000 -"0，000元；鼓泡和分層減少 也可帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，因此，該規(guī)模的膠合板廠每年至少可節(jié)約美金"0, 000元。
權(quán)利要求
1.一種制造膠合板/單板層積材的熱壓新方法，其特征在于將兩種熱壓方式-壓力控制和厚度(或位置)控制工藝同時(shí)作用于一個(gè)熱壓周期，即先采用恒定壓力控制工藝，再用厚度控制工藝，結(jié)合單板在熱壓過(guò)程中的特性完成熱壓工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新方法，其特征在于在熱壓第一階段，采用比膠合板/單板層積材常規(guī)熱壓壓力高O. 1-l.OMPa的壓力，或者使用生產(chǎn)線現(xiàn)有壓機(jī)實(shí)際所能提供的最高壓力(壓力不可高致木材細(xì)胞壁皺折和/或破壞)來(lái)壓縮板坯，使單板之間快速形成緊密接觸，直到板材在蠕變和溫濕軟化作用下快速達(dá)到目標(biāo)厚度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新方法，其特征在于在板材目標(biāo)厚度達(dá)到后，第一階段(壓 力控制階段)結(jié)束，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)液壓油缸維持壓板位置從而進(jìn)入熱壓第二階段-厚度(位 置)控制階段。在該階段，板材厚度(壓板位置)固定不變，但熱壓壓力因應(yīng)力松弛而自動(dòng) 下降。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的新方法，其特征在于當(dāng)板子厚度方向中心膠層的溫度達(dá)到 預(yù)定的固化溫度后(或熱壓一定時(shí)間后)，卸壓階段開(kāi)始，直到快速完成整個(gè)熱壓過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造膠合板/單板層積材全新的熱壓新方法，以解決常規(guī)熱壓工藝存在的時(shí)間長(zhǎng)、木材利用率低、產(chǎn)品厚度不均、壓縮損失大、易鼓泡及熱壓工藝隨樹(shù)種、單板密度和含水率變化而變化等問(wèn)題。該方法同時(shí)將壓力控制和位置控制作用于一個(gè)熱壓周期，熱壓第一階段采用恒定壓力控制，所用壓力比常規(guī)熱壓壓力高0.1-1.0MPa，以加速熱量傳遞和板坯壓縮；當(dāng)板材達(dá)到目標(biāo)厚度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入第二階段，即位置控制階段，此時(shí)板材厚度不變而壓力自動(dòng)下降；當(dāng)板子中心膠層達(dá)到固化溫度時(shí)，即進(jìn)入卸壓階段。本發(fā)明可有效提高板材厚度均勻性和木材利用率，縮短熱壓時(shí)間，提高熱壓機(jī)的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化壓機(jī)操作以及提高熱壓工藝的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B27D1/04GK101367217SQ200710026170
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者王建和, 趙茂程, 金菊婉 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)