專利名稱：木材酚醛樹脂層積材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材酚醛樹脂層積材料和制造這種層積材料的方法，以及采用木材酚醛樹脂層積材料制造的球類運動中使用的球棒。
一般現(xiàn)有的球棒由棒柄和棒槌組成。當(dāng)使用者用球棒擊打球體時，棒槌與球體，或者與地面將發(fā)生撞擊或摩擦。特別是近年來門球運動的普及，使門球棒的需求量逐漸增高。在運動或游戲當(dāng)中，由于門球棒的棒槌經(jīng)常與地面產(chǎn)生撞擊或摩擦，隨著擊球次數(shù)逐漸增加，棒槌與地面相接觸部分和擊球部分的磨損愈來愈嚴(yán)重，最終導(dǎo)致門球棒完全報廢。因此，現(xiàn)有的門球棒使用壽命通常比較短，從而使得材料消耗量較高。用于制造門球棒的公知材料有浸膠尼龍布、硬質(zhì)橡膠、壓縮木和層積木。用上述材料制造的普通門球棒容重低、硬度小、彈性差、性脆、易裂、不耐磨，耐水性差。
為了克服上述缺陷，需要提出一種性能應(yīng)當(dāng)滿足使用者要求的材料，采用這種材料可以制造出令人滿意的門球棒。為此本專業(yè)技術(shù)人員已經(jīng)做出了許多嘗試。在中國專利局公開的CN-2111126U這篇專利文獻中，記載了一種門球棒，其中采用聚乙烯和尼龍制造高強度和高質(zhì)量的門球棒。這種門球棒的容重低，耐磨性和使用性能均不理想。
在另一篇中國專利CN-1056834A中公開了一種木質(zhì)層積材料。這種層積材料由經(jīng)過染色浸膠后的單板和浸油單板組成，其中5-10張染色浸膠單板為一組，在每組染色浸膠單板之間放置一層浸油單板。這種材料一般用于制造樂器、家具，或者作為裝飾材料。由于這種材料的硬度、耐磨性和容重均不理想，不是用于制造門球棒的好材料。
在一篇美國專利US-5，026，593中公開了一種木質(zhì)強化層積材料，其中在層狀單板之間設(shè)置了鋁合金層。這種材料適于制造建筑構(gòu)件，例如木質(zhì)橫梁和立柱。由于這種材料硬度低，耐磨性差、容重小，因此不是制造門球棒的理想材料。
為了克服上述缺陷，延長門球棒的使用壽命，關(guān)鍵因素是提高用于制造棒槌材料的硬度，增強其耐磨性，加大容重。
本發(fā)明的目的是提供一種使用壽命長，硬度高，耐磨性強、容重大的木質(zhì)層積材料，以便克服上述缺陷。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造所述木質(zhì)層積材料的方法。
本發(fā)明還有一個目的，就是利用本發(fā)明提供的木質(zhì)層積材料制造出一種球棒，使這種球棒具有令人滿意的效果。
本文中提供的木材酚醛樹脂層積材料具有木材紋理與板坯縱向大致相同的浸膠順紋單板，木材紋理與板坯橫向大致相同的浸膠順紋單板。沿著所述層積材料的厚度方向均勻分布地設(shè)有涂油浸膠單板，每層涂油浸膠單板設(shè)置在浸膠單板之間。所述層積材料的容重為1.32-1.5克/厘米3。端面布氏硬度為286-306MPa(DHB)。
還可以在浸膠單板之間設(shè)置由直徑為0.2-0.5毫米的金屬線材編織成的金屬網(wǎng)。
所述木材酚醛樹脂層積材料的表面部分是由1-10層浸膠順紋單板組成的順紋單板組。沿著所述層積材料的厚度方向設(shè)有4-20組浸膠順紋單板組。在每組順紋單板中有1-10層浸膠順紋單板。沿著所述積材料的厚度方向，均勻間隔地設(shè)有2-19層浸膠橫紋單板，以及3-19層涂油浸膠單板和2-8層金屬網(wǎng)。
在所述層積材料中，浸膠順紋單板，浸膠橫紋單板，涂油浸膠單板，以及金屬網(wǎng)的總層數(shù)為11-246層。
所述金屬網(wǎng)是鋼網(wǎng)或銅網(wǎng)，其規(guī)格25-30目。在本發(fā)明提供的一種方案中，將金屬網(wǎng)均勻隔地設(shè)置在所述層積材料的中心平面和一個底面之間的區(qū)域內(nèi)。通常采用這種層積材料制造門球棒槌。在制造門球棒的過程中，通常將具有金屬網(wǎng)的區(qū)域作為棒槌中遠離棒柄所在處的部分，即所述的區(qū)域是在棒槌中常與地面產(chǎn)生撞擊和摩擦的部分。換句話說，將木材酚醛樹脂層積材料制成棒槌時，所述金屬網(wǎng)均勻間隔地位于棒槌中心平面與遠離棒柄所在的側(cè)面圍成的區(qū)域內(nèi)。具有這種結(jié)構(gòu)的棒槌耐磨性高，彈性好，抗沖擊性強，使用性能優(yōu)良。
制造本發(fā)明的木材酚醛樹脂層積材料時，采用的單板可以是0.5-2.5毫米厚的旋切板或刨切板。浸漬單板的膠液是25-60%的水溶性酚醛膠溶液，單板的吸膠量為25-45%。為了在制造過程中防止木材酚醛樹脂層積材料產(chǎn)生縱向裂紋，沿著層積材料的厚度方向均勻間隔地設(shè)置了浸膠橫紋單板。為了克服水溶性酚醛膠木質(zhì)層積材料性脆的缺點，在所述木材酚醛樹脂層積材料中，沿著材料的厚度方向，均勻間隔地設(shè)置了表層涂有機油的浸膠單板。在層積材料中加入了這種涂敷著機油的浸膠單板后，不僅使制造出的層積材料脆性大大降低，韌性大幅度提高，而且耐水性進一步加強。
本發(fā)明提供的制造木材酚醛樹脂層積材料的方法包括以下加工步驟選材、剪切、浸膠、陳放、干燥、預(yù)壓、組坯和熱壓。
在選材工序中，采用厚度0.5-2.5毫米單板、材質(zhì)均勻、平整、顏色一致、無節(jié)疤、含水率5-8%，表面光潔。
在剪切工序中，用剪切裝置將板坯剪切為需要的尺寸。
在浸膠工序中，采用濃度25-60%的水溶性酚醛膠，恩氏粘度為60-80，PH＝7-9將單板垂直放入浸膠槽中。在常溫、常壓下浸漬8-20小時，使單板吸膠量達25-45%。
在陳放工序中，將吸膠量達到技術(shù)要求的浸膠單板從浸膠槽中取出，然后將所述浸膠單板放置到單板支架上，在常溫下滴膠30-50分鐘。
在干燥工序中，將單板懸掛于干燥室中，干燥室溫度60-80℃，干燥時間1-3小時。干燥后浸膠單板的含水率為3-6%。
在預(yù)壓工序中，將經(jīng)過干燥的浸膠單板20-200層分批順紋理組坯，在預(yù)壓裝置中進行預(yù)壓縮。預(yù)壓時的溫度控制在室溫，壓力為2-4MPa，預(yù)壓時間1-4分鐘。板坯經(jīng)過預(yù)壓縮后，其厚度尺寸減小，板面的平整度提高，便于進行后序加工。
在組坯工序中，取浸膠順紋單板4-200層。當(dāng)需要組坯的單板層數(shù)數(shù)多時，可以將1-10層單板組成一組。沿著所述層積材料的厚度方向設(shè)置4-20組浸膠順紋單板，還均勻間隔地設(shè)置2-19層浸膠橫紋單板，以及3-19層涂油浸膠單板和2-18層金屬網(wǎng)。
在熱壓工序中，在升壓階段采用階梯式增壓方式，即升壓、保壓、再升壓、再保壓、直到壓力達到12-17MPa。通常升壓階段，即0-t1這段時間為30-50分鐘。在升壓階段同時，使溫度保持持續(xù)上升，直到加熱溫度達到120-170℃。升溫階段，即0-t2時間一般為30-60分鐘。保壓時間按成板厚度計算為3-7分鐘/毫米。保壓階段之后，開始降壓降溫。以時采用的操作規(guī)范與現(xiàn)有技術(shù)相同。熱壓工序完成后，從熱壓裝置中取出成板。
本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明的木材酚醛樹脂層積材料制造的球棒。這種球棒材料的結(jié)構(gòu)已在前面描述。專業(yè)人員可以理解，本發(fā)明提供的木材酚醛樹脂層積材料不僅適用于制造所述的門球棒，也適于制造球類運動或游戲中使用的球棒，例如高爾夫球棒、曲棍球棒、棒球棒、冰球棒、馬球棒等類似的器材。采用本文中所述的木材酚醛樹脂層積材料制造這類體育器材時，都可以獲得耐磨性高，硬度大、韌性好，彈性強、容重大的優(yōu)點。
下面結(jié)合附圖，進一步詳細描述本發(fā)明的實施例。


圖1是本發(fā)明提供的一種木材酚醛樹脂層積材料的示意圖。
圖2是本發(fā)明提供的一種木材酚醛樹脂層積材料的另一個實施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明提供的一種制造木材酚醛樹脂層積材料的方法中采用的熱壓曲線圖。
圖4是采用本發(fā)明提供的木材酚醛樹脂層積材料制造出的門球棒的示意圖，其中局部剖視表示門球棒的棒槌由層積材料制成。
本發(fā)明提供了一種木材酚醛樹脂層積材料;還提供了一種制造所述木材酚醛樹脂層積材料的方法;以及采用所述木材酚醛樹脂層積材料制造的球棒，更具體地說，是一種門球棒。
本發(fā)明中提供的木材酚醛樹脂層積材料中具有四種平面層狀材料，即浸膠順紋單板(1)，浸膠橫紋單板(2)，涂膠浸膠單板(3)，以及金屬網(wǎng)(4)。
在優(yōu)選的實施例中，如圖1和2所示，浸膠順紋單板(1)的數(shù)量分別多于其他三種片狀材料的數(shù)量。浸膠順紋單板(1)成組地設(shè)置在木材酚醛樹脂層積材料中。由5層浸膠順紋單板(1)組成一個單板組。在本實施例中沒有14個單板組。在每個相鄰的浸膠順紋單板組之間設(shè)有一層涂油浸膠單板(3)。在本實施例中，涂敷在浸膠單板表面的是機油。13層涂油浸膠單板(3)均勻分布在單板組之間。沿著木材酚醛樹脂層積材料的厚度均勻分布地設(shè)置4層浸膠橫紋單板(2)。在所述層積材料的中心平面(X)與層積材料的底面(6)之間的區(qū)域內(nèi)均勻間隔地設(shè)置3層金屬網(wǎng)(4)。所述金屬網(wǎng)(4)由直徑0.3毫米的鋼絲編織而成，其規(guī)格為25-30目。
在另一個優(yōu)選的實施例中，如圖2所示，在木材酚醛樹脂層積材料中，包括了所述浸膠順紋單板(1)，浸膠橫紋單板(2)，涂層(5)至底層(6)，片狀材料的排列是第1-5、7-9、11、13-17、19、21-23、25-27、29、31、33-35、37、39、41、43-48層是浸膠順紋單板(1);第6、12、18、24、36、42層是涂油浸膠單板(3);第10、20、28、38層是浸膠橫紋單板(2);第32、40層是由直徑0.3毫米的鋼絲編織成的金屬網(wǎng)(4)，其規(guī)格為25-30目。
本發(fā)明提供的制造木材酚醛樹脂層積材料的方法包括以下工序選材、剪切、浸膠、陳放、干燥、預(yù)壓、組坯和熱壓。下面分步驟對本發(fā)明提供的制造木材酚醛樹脂層積材料的方法進行詳細描述。
一、選材工序采用厚度為1.12毫米的旋切板或刨切板，樹種為白樺，材質(zhì)均勻、平整、顏色一致、無節(jié)疤、表面光潔，含水率5-8%。
二、剪切工序采用剪切裝置，例如剪板機，將板坯剪切為需要的尺寸，例如30cm×30cm。
三、浸膠工序采用濃度為50%的水溶性酚醛膠，恩氏粘度為69，PH＝7.8，加水稀釋至濃度35%，將單板垂直放入浸膠槽中，在常溫、常壓下浸漬14小時，使單板吸膠量大約為35%。
四、陳放工序當(dāng)單板的吸膠量符合要求，即吸膠量大約為35%時，將單板從浸膠槽中取出，放置到單板支架上，在常溫條件下滴膠35分鐘。
五、干燥工序單板經(jīng)過陳放一段時間后，涂敷在單板上的膠液基本上不再下滴，此時將浸膠后的單板懸掛于干燥室內(nèi)，在70-75℃條件下，干燥2小時，使單板含水率達到3-6%。
六、預(yù)壓工序?qū)⒔?jīng)過干燥的浸膠單板80層分批順紋理組坯，在預(yù)壓裝置中進行預(yù)壓，溫度為室溫，壓力為3MPa，預(yù)壓時間2分鐘。
七、組坯工序取浸膠順紋單板(1)數(shù)量70層，每5層為一組，共分為14組。在每個相鄰的浸膠順紋單板組之間設(shè)置一層涂油浸膠單板(3)，涂敷在浸膠單板表面的可以是機油。涂油浸膠單板(3)的數(shù)量一共是13層。沿著板坯厚度方向，均勻間隔地設(shè)置4層浸膠橫紋單板。在所述層積材料中心平面(x)與層積材料的底面(6)之間的區(qū)域內(nèi)均勻間隔地設(shè)置3層金屬網(wǎng)(4)。所述金屬網(wǎng)(4)由直徑0.3毫米的鋼絲編織而成，其規(guī)格為25-30目，上述組坯形式如圖1所示。
另一種可以選擇地組坯方式如圖2所示，從層積材料的頂層(5)至底層(6)，片狀材料的排列是第1-5、7-9、11、13-17、19、21-23、25-27、29、31、33-35、37、39、41、43-48層是浸膠順紋單板(1);第6、12、18、24、36、42層是涂油浸膠單板(3);第10、20、28、38層是浸膠橫紋單板(2);第32、40層是由直徑0.3毫米的鋼絲編織成的金屬網(wǎng)(4)，其規(guī)格為25-30目。
八、熱壓工序?qū)⒔M坯完畢的板坯置于熱壓機中。在圖3中曲線，(p)表示在整個熱壓周期中壓力(p)的變化情況。在升壓階段采用階梯式增壓方式，即升壓、保壓、再升壓、再保壓，直到壓力達到15MPa，正如圖3所示，壓力(p)曲線在O-t1這段時間表示出壓力(p)與時間(t)的特殊關(guān)系。通常這段時間為45分鐘。在本實施例中，采用6次升壓，使壓力從大氣壓力升至15MPa。每次升壓之間的時間間隔，即保壓時間為7分鐘。在t1-t3這段時間使壓力保持在15MPa。這段時間根據(jù)成板厚度，按2-6分鐘/毫米確定，在本實施例中，成板厚50毫米，故確定保壓時間為200分鐘。t3-t4這段時間是降壓階段，在這段時間內(nèi)壓力(p)曲線具有的特征與現(xiàn)有技術(shù)中使用的熱壓曲線中的特征大致相同。t4-t5這段時間表示壓力(p)曲線降低卸板。一般冷卻階段，即t3-t5這段時間大約為50分鐘。
在圖3中T曲線表示在整個熱壓周期中溫度的變化情況。在升壓階段，0-t1這段時間，溫度同時保持勻速上升，由室溫升至接近最高溫度150℃。當(dāng)時間達到t1時刻，壓力(p)達到最高值，此時溫度仍然保持上升趨勢。當(dāng)時間達到t2，溫度上升至最高點150℃。通常時間t1-t2為10分鐘。t2-t3時間為保溫階段，在這段時間，將溫度保持在大約150℃，其時間大約為190分鐘。t3-t5時間為冷卻階段，此時溫度由最高溫降至室溫。
在本發(fā)明中提供的另一種方案是采用木材酚醛樹脂層積材料制造球類運動中使用的球棒，例如高爾夫球棒、曲棍球棒、棒球棒、冰球棒、馬球棒。在優(yōu)選的實施例中特別提供了一種門球棒，其包括棒柄(10)和棒槌(20)。由本發(fā)明提供的木材酚醛樹脂層積材料制造的棒槌(20)包括木材紋理與棒槌(20)的縱向軸線大致相同的浸膠順紋單板(1)，在順紋單板(1)之間設(shè)有木材紋理與棒槌(20)的縱向軸線大致成橫向的浸膠橫紋單板(2)，涂油浸膠單板(3)，以及金屬網(wǎng)(4)。在所述制造棒槌(20)的木材酚醛樹脂層積材料的表層是由1-10層浸膠順紋單板(1)組成的順紋單板組。沿著所述層積材料的厚度方向設(shè)有8-20組浸膠順紋單板組，在每組順紋單板中有1-10層浸膠順紋單板(1)。在相鄰的浸膠單板之間設(shè)有一層涂油浸膠單板(3)。沿著所述層積材料的厚度方向，均勻分布地設(shè)有7-19層涂油浸膠單板(3)。在相鄰的浸膠單板之間可以設(shè)置一層浸膠橫紋單板(2)。沿著所述材料的厚度方向，均勻分布地設(shè)有4-19層浸膠橫紋單板(2)。在相鄰的浸膠單板之間還設(shè)有一層金屬網(wǎng)(4)。沿著所述層積材料的厚度方向，相互間隔開地設(shè)有2-8層金屬網(wǎng)(4)。在優(yōu)選的實施例中，金屬網(wǎng)(4)均勻間隔地設(shè)置在棒槌中心平面(x)遠離棒柄(10)所在的側(cè)面(6)圍成的區(qū)域內(nèi)。
上面參照附圖對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行了進一步詳細描述。這些描述的內(nèi)容不是對本發(fā)明進行限定。屬于本發(fā)明構(gòu)思的各種修改或變換的方案都記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種木材酚醛樹脂層積材料，其中具有木材紋理與板壞縱向大致相同的浸膠順紋單板(1)，木材紋理與板坯橫向大致相同的浸膠橫紋單板(2)，其特征是沿著所述木材酚醛樹脂層積材料的厚度方向均勻分布地設(shè)有成組的浸膠順紋單板(1)，每組浸膠順紋單板(1)包括1～10層單板，在每組浸膠順紋單板(1)之間設(shè)有一層涂油浸膠單板(3)，所述層積材料的容重為1.32～1.5克/厘米3，端面布氏硬度285～306MPa。
2.按照權(quán)利要求1所述的木材酚醛樹脂層積材料，其特征是在浸膠單板之間設(shè)有直徑為0.2～0.5毫米的金屬線材編織成的金屬網(wǎng)(4)。
3.按照權(quán)利要求2所述的木材酚醛樹脂層積材料，其特征是所述木材酚醛樹脂層積材料的表面部分是由浸膠順紋單板(1)組成的順紋單板組，沿著所述層積材料厚度方向設(shè)有4～20組浸膠順紋單板組，還均勻間隔地設(shè)有2～19層浸膠橫紋單板(2)，以及3～19層涂油浸膠單板(3)和2～8層金屬網(wǎng)(4)。
4.按照權(quán)利要求2或3所術(shù)的木材酚醛樹脂層積材料，其特征在所述層積材料中，浸膠順紋單板(1)，浸膠橫紋單板(2)，涂油浸膠單板(3)，以及金屬網(wǎng)(4)的總層數(shù)為11～246層，所述金屬網(wǎng)(4)是鋼網(wǎng)或銅網(wǎng)，其規(guī)格25～30目。
5.按照權(quán)利要求1～3之一所述的木材酚醛樹層積材料，其特征是在所述層積材料中，浸漬單板的膠液是25～60%的水溶性酚醛膠溶液。
6.按照權(quán)利要求2或3所述的木材酚醛樹脂層積材料，其特征是金屬網(wǎng)(4)均勻分布在所述層積材料中心平面(x)和底面(6)之間的區(qū)域內(nèi)。
7.一種制造木材酚醛樹脂層積材料的方法，其加工步驟包括選材、剪切、浸膠、陣放、干燥、預(yù)壓、組坯和熱壓，其特征是在組坯工序中，將涂油浸膠單板均勻間隔地設(shè)置在浸膠單板之間，同時均勻間隔地設(shè)置浸膠橫紋單板(2)，在所述層積材料的頂面或底在至少設(shè)置一層浸膠順紋單板(1);在熱壓工序中，在升壓階段采用階梯式增壓方式，即升壓，保壓，再升壓，再保壓直到壓力達到12～17MPa;在升壓階段，同時使溫度保持持續(xù)上升，直到加熱溫度達到120～170℃，保壓時間按成板厚度計算為3～7分鐘/毫米。
8.按照權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征是在選材工序中，采用厚度0.5～2.5毫米單板，含水率5～8%。
9.按照權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在是在浸膠工序中，采用濃度25～60%的水溶性酚醛膠，恩氏粘度為60～80，PH＝7～9，將單板垂直放入浸膠槽中，在常溫、常壓下浸漬8～20小時，使單板吸膠量達25～45%。
10.按照權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征是在干燥工序，將單板懸掛于干燥室中，干燥溫度60～80℃，干燥時間1～3小時，干燥后浸膠單板的含水率為3～6%。
11.按照權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征是在組坯工序中，沿著所述木材酚醛樹脂層積的厚度方向均勻分布地設(shè)有成組的浸膠順紋單板(1)，每組浸膠順紋單板(1)包括1～10層單板，共設(shè)置4～20組浸膠順紋單板，還均勻間隔地設(shè)置2～19層浸膠橫紋單板(12)，以及3～19層涂油膠單板(3)和2～8層金屬網(wǎng)(4)。
12.一種采用權(quán)利要求1所述木材酚醛樹脂層積材料制造的球類運動中使用的球棒，所述球棒包括棒柄和棒槌，其特征是棒槌中包括浸膠順紋單板(1)，浸橫紋單板(2)、涂油浸膠單板(3)，棒槌的容重為1.32～1.5克/厘米3，端面布氏硬度286～306MPa。
13.按照權(quán)利要求12所述的球棒，其特征是所述球棒是門球棒。
14.按照權(quán)利要求12所述的球棒，其特征是在浸膠單板之間均勻間隔地設(shè)有2～8層金屬網(wǎng)(4)。
15.按照權(quán)利要求12所述的球棒，其特征是所述的門球棒的棒槌中設(shè)置的金屬網(wǎng)(4)都位于棒槌(20)的中心平面(x)和遠離棒柄(10)所在的側(cè)面圍成的區(qū)域內(nèi)，在這個區(qū)域內(nèi)，每層金屬網(wǎng)(4)都相互之間以大致相等的距離間隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木材酚醛樹脂層積材料，其包括浸膠順紋單板，浸膠橫紋單板，涂油浸膠單板，可以在浸膠單板之間設(shè)置金屬網(wǎng)。還涉及一種制造所述層積材料的方法，其中熱壓工序采用階梯式升壓，持續(xù)升溫方式。采用所述層積材料制造的球棒，特別是門球棒槌的容重是1.32～1.5克/厘米
文檔編號B27D1/04GK1085149SQ9310506
公開日1994年4月13日 申請日期1993年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月19日
發(fā)明者韋益民, 王體科, 張亞池 申請人:北京林業(yè)大學(xué)