一種采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法
【專利摘要】本發(fā)明是采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，工藝步驟為：1）面層板可直接采用優(yōu)質(zhì)薄楊木單板或速生材單板；2）中低密度的芯板；3）高密度耐腐底層面板的制作，將1張薄單板與2張酚醛樹脂浸脂處理的薄單板熱壓而成具有高密度耐腐性能的底層面板；4）芯層板開出應(yīng)力釋放槽，以平衡密度梯度對膠合界面應(yīng)力集中引起的變形，從而防止板材翹曲變形；5）將上述三層板進行涂膠后壓制成板。優(yōu)點：通過對復(fù)合界面應(yīng)力集中的應(yīng)力槽設(shè)計，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)不對稱而內(nèi)部應(yīng)力對稱，降低了高檔車廂底板對稱結(jié)構(gòu)用材產(chǎn)品生產(chǎn)成本，克服了底板耐腐性不足并且底板安裝無需加鋼制襯板，減輕了車廂底板的自重，實現(xiàn)車輛輕量化。
【專利說明】一種采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，屬于木材加工行業(yè)中的人造板制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]木基復(fù)合材料的發(fā)展要求產(chǎn)品在原料及功能上進行集成和復(fù)合，以滿足產(chǎn)品在應(yīng)用條件下多方位的性能要求和原材料匹配的經(jīng)濟性。這是目前國內(nèi)外木質(zhì)復(fù)合材料領(lǐng)域研究中關(guān)注的主要發(fā)展趨勢之一。隨著我國高檔客車的迅速發(fā)展，對底層地板的要求也越來越高。一方面地板表面需要保持很好的表面性能，以便與高檔地板革形成良好的二次膠合，滿足二次裝飾貼面的需要；另一方面，面對地面的一側(cè)室外用板面則需要滿足耐磨，耐雨水沖涮等運行中的室外惡劣濕熱環(huán)境，同時，底板整體力學(xué)性能還需達到車廂底板的力學(xué)性能要求，這種結(jié)構(gòu)和功能不對稱的需求，使木基復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上需要創(chuàng)新性的設(shè)計，本發(fā)明針對這種需求研究設(shè)計了一種新型非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出的是一種采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其目的是將楊木或速生材通過密度梯度分布設(shè)計和界面應(yīng)力平衡技術(shù)制造的一種適用于高檔客車或動車等車廂用的可進行二次貼地板革的斷面結(jié)構(gòu)不對稱的木基復(fù)合材。用酚醛樹脂處理后制成高耐磨，耐老化高密度底層，以低密度楊木單板壓制成低密度面層材料，經(jīng)過應(yīng)力平衡設(shè)計制造出適用于高檔客車，動車等車廂用可進行二次地板革貼面的高檔非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，包括如下工藝步驟:
O面層可直接采用優(yōu)質(zhì)薄楊木單板或速生材單板，厚度為0.5-1.0mm，面板無缺陷，或者表面為普通楊木單板的復(fù)合面層；
2)中低密度的芯板，由厚度為1.厚的單板，具有密度漸變梯度的并且開有應(yīng)力槽的芯層0.55±0.05g/cm3,0.65±0.05g/cm3,0.75±0.05g/cm3三種經(jīng)濕熱壓縮密度化處理的楊木單板，每個密度的單板各取2-3層，涂酚醛樹脂膠，按密度從低到高排布組坯，熱壓制成；結(jié)構(gòu)見圖1 ;亦可采用楊木與其它速生材單板如桉木單板\馬尾松單板或其它密度比楊木大的速生材單板，按上述密度梯度組壞制成芯板.3)高密度耐腐底層面板的制作，將I張薄單板與2張酚醛樹脂浸脂處理的薄單板熱壓而成具有高密度耐腐性能的底層面板，未處理的薄單板一面砂光，與芯層板復(fù)合；見圖2 ；
4)芯層板膠合界面開出應(yīng)力槽，以利于與高密度底層面板的膠接及應(yīng)力平衡，在芯層板密度高的那一個面上開出深度不超過一層單板厚度、寬度小于3mm的溝槽，該溝槽垂直纖維方向，溝槽數(shù)量為單板長度方向上5-15個/m ;見圖3 ；
5)將上述三層板進行涂膠，低壓熱壓或者冷壓壓制，制成非對稱結(jié)構(gòu)的車廂底板。[0005]本發(fā)明的優(yōu)點:設(shè)計了不同功能和密度的三層表層、芯層、底層在滿足板材整體密度要求和功能的設(shè)計的同時，通過對復(fù)合界面集中的應(yīng)力面上應(yīng)力槽的設(shè)計，在達到結(jié)構(gòu)力學(xué)和功能要求的前提下，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)不對稱而內(nèi)部應(yīng)力對稱，保持板材的尺寸穩(wěn)定性，不翹曲變形，也解決了對稱設(shè)計不利于二次貼面和成本過高的問題，此方法降低了高檔車廂底板對稱結(jié)構(gòu)用材產(chǎn)品成本過高，克服了底板耐腐性不足并且減少了底板需要加鋼制襯板的問題，減少了車廂底板的自重，為車輛輕量化提供了新的技術(shù)空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是具有密度梯度的芯層板的結(jié)構(gòu)形式示意圖。
[0007]圖2是浸潰單板組坯底層板的結(jié)構(gòu)形式示意圖。
[0008]圖3是芯層板與底層板膠合界面上為減緩應(yīng)力集中，消除變形的應(yīng)力緩沖槽示意圖。
[0009]圖4是復(fù)合后板材的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中的I是面層板、2是芯層板、3是底層面板、4是應(yīng)力平衡槽。
【具體實施方式】
[0011]采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，包括如下工藝步驟:
O面層板直接采用優(yōu)質(zhì)薄楊木單板或速生材單板，厚度為0.5-1.0mm，面板無缺陷，或者表面為普通楊木單板的復(fù)合面層；
2)中低密度的芯層板，由厚度為1.厚的單板，具有密度漸變梯度的并且開有應(yīng)力槽的芯層0.55±0.05g/cm3,0.65±0.05g/cm3,0.75±0.05g/cm3三種經(jīng)濕熱壓縮密度化處理的楊木單板，每個密度的各取2-3層，涂酚醛樹脂膠，按密度從低到高排布組坯，熱壓制成；
3)高密度耐腐底層面板的制作，將I張薄單板與酚醛樹脂浸脂處理的2張薄單板熱壓而成的具有高密度耐腐性能的底層面板，末處理的薄單板的那一面砂光，與芯層板復(fù)合；
4)芯層板進行膠合界面應(yīng)力平衡處理，也就是開出應(yīng)力平衡槽，以利于與高密度底層面板的膠接及應(yīng)力平衡，在芯層板密度高的那一個面上開出深度不超過一層單板厚度、寬度小于3_的溝槽，該溝槽垂直纖維方向，溝槽數(shù)量為單板長度方向上5-15個/m ;根據(jù)板材縱橫比調(diào)整溝槽數(shù)量，或開槽方向，也可開成斜槽；
5)將上述三層板進行涂膠，低壓熱壓或者冷壓壓制，制成非對稱結(jié)構(gòu)的車廂底板。
[0012]所述的步驟I)中的面層板具有表面二次貼面性能的低密度木質(zhì)單板。
[0013]所述的步驟2)中的芯層板是經(jīng)濕熱壓縮密度化處理單板各取2張，涂酚醛樹脂膠，按密度從低到高排布組坯，并經(jīng)熱壓制成；所述的濕熱壓縮密度化處理是將單板在30°C，90%達到含水率平衡后，送入密閉蒸汽加壓裝置密實化，根據(jù)密度增長百分比設(shè)定熱處理壓力，即氣干密度每增加一個百分點，壓力增加為增加百分點的0.1倍左右，例如:需將單板由0.45提升至IJ 0.55則需壓力為:密度增長22.22%，則熱壓壓力為2.2-2.5MPa，溫度為110-120°C，當(dāng)密度增長百分比大于30%時，密實化后單板必須等熱板冷卻至60-90°C定型后出板，以防止單板內(nèi)部水分蒸汽壓過高爆板。
[0014]所述的步驟2)中芯層各層單板涂酚醛樹脂膠是指固含量為46-52%，涂膠量120-150g/m2，所述的熱壓壓力 1.5-2.5MPa，溫度:135_140°C，時間:1.0-1.2min/mm。
[0015]所述的步驟3)中高密度底層板的熱壓壓力4.0-7.0MPa，溫度:135_140°C，時間:1.0-1.2min/mm,末浸膠單板的涂膠量為110_130g/m2。
[0016]所述的步驟5)三層板進行涂膠，用熱壓合成工藝:面層\芯層\底層三層板進行涂膠，涂膠量120-150g/m2，低壓1.1-1.5MPa，熱壓溫度:溫度:135_150°C。
[0017]所述的步驟5)也可用冷壓合成工藝:面層、芯層、底層冷壓壓制工藝，間苯二酚一苯酚一甲苯樹脂膠粘劑，涂膠量為110-150g/m2，壓力0.8-1.2MPa，常溫加壓24h，陳放72小時。[0018]所述的具有高密度耐腐的防護底層面板，是指經(jīng)過低分子量，即平均分子量400-1000酚醛樹脂強化細胞壁作用的浸潰處理，并且還需與單面涂有；平均分子量2000左右的常規(guī)酚醛樹脂的楊木單板層壓而成，未浸潰單板面進行二次膠合前砂光，以利于與芯板的應(yīng)力槽面復(fù)合。
[0019]實施例1:普通表層的非對稱結(jié)構(gòu) 成品板材尺寸:1.22X2.44m
面層板材料:可以采用單層的楊木單板厚度0.5±0.1mm
芯層板的制備:將厚度為1.75mm,密度為0.5,0.6,0.7g/cm3的濕熱處理后得到的楊木單板涂膠，單面施膠量150g/m2，組坯方式單板可兩兩相互交錯布置，熱壓壓力1.1MPa，時間
1.1 min/mm η
[0020]芯層板的應(yīng)力平衡處理:將熱壓制出來的芯層板用重物壓住，送調(diào)濕調(diào)質(zhì)間，在25°C，濕度40%，80%，65%交變濕熱條件下平衡7_10天后取出，在密度高的一面上開深度
0.3-0.5mm,寬度3mm的溝槽，溝槽間隔距離5-10cm(根據(jù)實際壓出的板的梯度重新調(diào)整)，溝槽垂直纖維方向，也可根據(jù)產(chǎn)品最終縱橫向強度的配比改成斜切槽，以免過分降低縱向強度。試樣開好溝槽后砂光以備用。
[0021]高密度底層面板:厚度為0.5mm楊木單板，經(jīng)l%NaOH浸潰軟化5分鐘并水洗，再用分子量分布為400-1000的酌醒樹脂浸潰加壓，浸潰壓力2.0-3.0MPa,時間30min。浸潰后的單板浙干，干燥到含水率率5-8%，然后將I層未處理的厚0.5-1.0mm薄單板，單面涂普通膠合板用酚醛樹脂，分子量在2000左右，涂膠量180g/m2單面，置于3層交錯排列的浸潰處理后的單板上組坯，采用高壓高溫制成一面光，一面毛的底層板，毛面的單板再經(jīng)過粗砂砂光后，便于涂膠與芯層板復(fù)合，底層板整體密度控制在0.9-1.2g/cm3。
[0022]采用結(jié)構(gòu)板用酚醛膠，將表層薄單板涂膠，底層板砂光面涂膠，按密度由小到大依次組坯，即表板，芯板(應(yīng)力槽向下，對著高密度底層)，高密度底層組坯，熱壓壓力1.1MPa,溫度135-145°C，制成所需的梯度結(jié)構(gòu)車廂底板，成品厚度控制在12-18±0.35mm。
[0023]車廂底板的物理力學(xué)性能如下:
尺寸:1220X2440X12-18mm 板的平均密度:0.65-0.85g/cm3 MOR//:≥ 80MPa
MORj-:≥ 20MPa MOE//:≥ 7000MPa MOEj-:≥ 2500MPa。[0024]實施例2:強化表層的非對稱結(jié)構(gòu)
在對表面硬度和強度要求更高的場合，可以采用加強的面層制作方法:
表層I層普通楊木單板+1層醛醛浸潰處理的單板+1層普通楊木單板，高壓熱膠合而成的薄層，厚度可根據(jù)產(chǎn)品厚度設(shè)計，通常均用0.5-1_單板。
[0025]芯層板的制作同實施例1 底層板的制作同實施例1 復(fù)合工藝同同實施例1。
[0026]實施例3:—次熱壓成型工藝
將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)板所需的酚醛浸潰處理好的單板，將表層楊木1.0mm單板I張，芯層不同密度的速生材2_厚單板6張(也可與密實化處理的單板混合組坯)，需要與底層板界面膠合的那一面單板預(yù)先開出應(yīng)力槽，槽深0.8mm，間距8cm.然后將芯層所有需涂膠的膠合面涂好間苯二酚甲醛樹脂后，與底層低分子酚醛樹脂浸潰的0.8mm厚的3層楊木按照圖4組坯，送入熱壓機進行有厚度規(guī)的高壓快速熱固化，壓力2.0-3.0MPa,溫度130_150°C，時間 0.8min/mm。
【權(quán)利要求】
1.采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是包括如下工藝步驟: 1)面層板直接采用優(yōu)質(zhì)薄楊木單板或速生材單板，厚度為0.5-1.0mm，面板無缺陷，或者表面為普通楊木單板的復(fù)合面層； 2)中低密度的芯層板，由厚度為1.5mm-2mm厚的單板，具有密度漸變梯度的芯層0.55±0.05g/cm3,0.65±0.05g/cm3,0.75±0.05g/cm3三種經(jīng)濕熱壓縮密度化處理的楊木單板或者相應(yīng)密度的的速生材單板，每個密度的單板各取2-3層，涂酚醛樹脂膠，按密度從低到高排布組坯，熱壓制成； 3)高密度耐腐底層面板的制作，將I張薄單板與2-3張酚醛樹脂浸脂處理過的薄單板熱壓而成具有高密度耐腐性能的底層面板，未處理的薄單板一面砂光，與芯層板復(fù)合； 4)芯層板開出應(yīng)力平衡槽，以利于與高密度底層面板的膠接及應(yīng)力平衡，在芯層板密度高的面上開出深度不超過一層單板厚度、寬度小于3mm的溝槽，該溝槽垂直纖維方向，溝槽數(shù)量為單板長度方向5-15個/m;根據(jù)板材縱橫比調(diào)整溝槽數(shù)量，或開槽方向，或可開成斜槽； 5)將上述三層板進行涂膠，熱壓或者冷壓，制成非對稱結(jié)構(gòu)的車廂底板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟I)中的面層板具有表面二次貼面性能的低密度木質(zhì)單板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟2)中的芯層板經(jīng)濕熱壓縮密度化處理，每個密度的單板各取2層，涂酚醛樹脂膠，按密度從低到高排布組坯，并經(jīng)熱壓制成；所述的濕熱壓縮密度化處理是將單板在30°C，90%RH條件下使含水率平衡，然后送入密閉蒸汽加壓裝置下密實化，根據(jù)密度增長百分比設(shè)定熱處理壓力，即密度每增加一個百分點，壓力為增加百分點的0.1倍多點，如:需將單板由0.45提升到 0.55則需壓力為:密度增長22.22%，則熱壓壓力為2.22-2.5MPa，溫度為110-120°C，當(dāng)密度增長百分比大于30%時，密實化后單板必須等熱板冷卻至60-90°C定型后出板，以防止單板內(nèi)部水分蒸汽壓過高爆板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟2)中芯層各層單板所涂酚醛樹脂膠是指固含量為46-52%，涂膠量120-150g/m2，所述的熱壓壓力 1.5-2.5MPa，溫度:135_140°C，時間:1.0-1.2min/mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟3)中，高密度底層板單板浸膠增重率30%以上，浸膠干燥后含水率5-8%，熱壓壓力4.0-7.0MPa，溫度:135_140°C，時間:1.0-1.2min/mm，所需的未浸膠I層單板的涂膠量為 180-230g/m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟5)三層板進行涂膠，用熱壓合成工藝:面層\芯層\底層三層板進行涂膠，涂膠量 120-150g/m2，低壓 1.1-1.5MPa，熱壓溫度:溫度:135_150°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的步驟5)或用冷壓合成工藝:面層、芯層、底層冷壓壓制工藝，間苯二酚一苯酚一甲醛樹脂膠粘劑，涂膠量為110-150g/m2，壓力0.8-1.2MPa，常溫加壓時間24h，陳放72小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用楊木或速生單板制造非對稱結(jié)構(gòu)車廂底板的方法，其特征是所述的具有高密度耐腐的防護底層面板，是指經(jīng)過低分子量，即平均分子量400-1000的酚醛樹脂強化細胞壁作用的浸潰處理，并且還需與單面涂有平均分子量2000左右的常規(guī)酚醛樹脂的楊木單板同時層壓而成，未浸潰單板面進行二次膠合前砂光，以利于與芯層的應(yīng)力槽面復(fù)合。
【文檔編號】B32B37/02GK103586944SQ201310543455
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】關(guān)明杰, 王炳忠, 雍宬, 肖飛 申請人:南京林業(yè)大學(xué), 連云港南方木業(yè)有限公司