JP6876339B2

JP6876339B2 - 高周波非接着性圧密技術に基づく砕木圧密材料及び方法

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Inventors: 凱王
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Description

本発明は、木板加工技術分野に属し、特に高周波非接着性圧密技術に基づく電熱複合材料及び方法に関するものである。

製品の生産過程で、予め計画して設計された生産原料の中には、加工過程で消費しきれなく、また、当該製品の完成品の加工に利用できない数量が合理的である余剰廃棄物、スタンプ材やスクラップは、一般に有効に活用されなかったために廃棄され、大量の無駄になるが、プラスターボードは、木材やその他の木質セルロース材料で作製したスタンプ材に接着剤を熱力と圧力で接着して人工板を作製し、砕木の利用できない問題を解決し、しかしながら、プラスターボードは、吸水膨脹率が高くて、一定量のホルムアルデヒドを含有するものであるが、現在砕木をホルムアルデヒドフリーで吸水膨脹率の低い材料に仕上げる技術が急務となっている。

上記技術的課題を解決するために、本発明は、高周波（高調波）非接着性圧密技術に基づく砕木圧密材料の製造方法を提供する。当該方法で製造した圧密材料は、吸水膨脹率が低く、ホルムアルデヒドがない。

本発明の具体的な技術的解決手段は、以下のとおりである。

本発明は、高周波でヒートシールされた少なくとも２枚の圧密木板層と、隣接する２枚の前記圧密木板層の間に設置された圧密砕木層とを含む高周波非接着性圧密技術に基づく砕木圧密材料を提供する。

本発明の圧密砕木層と圧密板層に用いられる原料は、いずれもポプラ、リンデン、マツを含むが、それに限定されるものではない。

さらに、圧密砕木層は砕木ブロック及び／又は砕木粒子を含み、前記砕木ブロックの長さは１５ｃｍ以内であり、前記砕木粒子の粒径は２ｃｍ以内である。

本発明は、さらに高周波非接着性圧密技術に基づく砕木圧密材料の製造方法を提供する。その製造方法は以下のステップを含む。

ａ．積層処理：２枚または２枚以上の木板を直接圧力方向に積層放置し、隣接する２枚の前記木板の間に砕木とＰＶＢの中間膜を敷設し、積層木板を作製する。

ｂ．加熱加圧処理：前記積層木板を８０−１００℃に加熱し、８−１０ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に予め設定された圧縮率に従って加圧処理を行い、６−１０ｍｉｎ保温加圧する。

ｃ．硬化処理：加熱加圧処理された木板を木板温度１８０−２２０℃に高周波加熱し、５−８ｍｉｎ保温し、硬化処理を行い、硬化木板を作製する。

ｄ．降温処理：硬化処理された木板表面を３０−４０℃に冷却する。

ｅ．養生処理：降温処理された木板を１５−２０日放置し、高周波による混合材の非接着性圧密材料を得る。

本発明において、以上の方法で製造した圧密材料は、木材のスクラップを十分に有効に利用でき、圧密材料の木板層の吸水膨張率を顕著に低下させることができる。

さらに、ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、さらに隣接する２枚の木板の間に木枠を設置することを含み、前記木枠の長さと幅は、いずれも前記木板の長さと幅よりも大きくなく、前記砕木とＰＶＢ中間膜は、いずれも前記木枠内に配置される。

本発明は、木枠を設置することにより、すべての砕木ブロックを木枠に嵌め込むことができ、圧密過程で２枚の木板の間から砕木ブロックが押し出されることを回避するために固定的な役割を果たすことができる。

さらに、ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、各層において第１の木板、第１のＰＶＢ中間膜、砕木、第２のＰＶＢ中間膜、第２の木板の順に重ねる。前記第１のＰＶＢ中間膜と第２のＰＶＢ中間膜をいずれも砕木に接触させる。

さらに、ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、各層において第１の木板、砕木、第２の木板の順に重ねる。そのうち敷設前に砕木をＰＶＢの中間膜チップと可塑性樹脂粒子と均一に十分に混合させ、前記ＰＶＢ中間膜チップの幅は２ｃｍを超えない。

ステップａにおいて前記隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設し、前記砕木敷設は、具体的には、以下の方法を含む。

（１）隣接する２枚の木板の間に規則的及び／又は不規則な長さ１５ｃｍ以下の砕木ブロックを敷設する。

（２）隣接する２枚の木板の間に粒径２ｃｍ以下の砕木粒子を敷設する。

（３）隣接する２枚の木板の間の周囲領域に砕木ブロック、中間領域に砕木粒子を敷設し、前記砕木ブロックと砕木粒子の重量比は１−２０：１−２０であり、前記砕木ブロックの長さは１５ｃｍ以下、前記砕木粒子の粒径は２ｃｍ以下である。

さらに、加熱加圧処理と硬化処理の間には、さらに加熱加圧処理された木材を木材温度１６０−１７０℃に高周波加熱し、８−１０ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に第２の圧縮率に従って加圧処理を行い、４−６ｍｉｎ保温加圧し、前記第１の圧縮率を２０％−３０％とし、前記第２の圧縮率を５０％−６０％とする昇温圧縮処理を含む。

加熱加圧処理後に、さらに木材を昇温圧縮処理し、加熱して木材中のリグニン、セルロースとヘミセルロースを十分に溶解させ、流れ、固定成形し、３つの成分を十分に融合させ、分子間に互いに拡散し、加圧後の３つの成分の融合物質が木質紋様孔を強固に閉鎖し、吸水膨脹率を低減させる役割を果たす。

さらに、前処理木板と前記前処理砕木ブロックの質量比は４−５：３−４である。

本発明は、前処理木板と前処理砕木ブロックの質量比を限定することで、最終製品の各層の密度をより均一にすることができる。

さらに、降温処理は、具体的には、硬化木板を５−１５℃／ｍｉｎの速度で７０℃−８０℃に水冷し、また乾燥窖内に放置し、乾燥媒体の乾式球温度と湿式球温度の差を２−３℃よりも低くなるように抑えて４−６ｈ保持し、さらに硬化木板を２０−３０℃の風で３０℃−４０℃に風冷し、前記水冷の水流速を０．５−１．１ｍ／ｓとし、前記風冷の風速を５．４−８．８ｍ／ｓとする。

木板は砕木ブロックよりも１枚少ないため、積層処理の場合、最上層と最下層をいずれも砕木ブロックになるようにし、それは高周波加熱されにくいため、保温時間にわたって木板と砕木ブロックを熱均一にし、さらに接着強度を高める。

さらに、ステップａの前記積層処理では、木板が砕木ブロックよりも１枚少なく、積層処理と前記加熱加圧処理前にさらに前処理を含み、前記前処理では前記砕木ブロックを６０℃−７０℃に加熱する。

砕木ブロックを前処理することで、木板と砕木ブロックの昇温時の温度差を縮め、砕木ブロックを速やかに昇温し、さらに接着強度を高めることができる。

さらに、ステップａの前記木板と砕木ブロックの厚さの比は１：１−１００：１である。

本発明は、木板と砕木ブロックの厚さを限定することで、さらに木板と砕木ブロックの昇温時の温度差を縮め、長時間加熱による焦げ付きを回避することができる。

さらに、加熱加圧処理と前記硬化処理の間には、さらに加熱加圧処理された木材を木材温度１３０−１４０℃に高周波加熱し、含水率４−５％に保温する昇温圧縮処理を含む。。

当該ステップは下押さえ板と最下層の圧密木の間にスクリーンを設置することで実現され、圧密中に発生する水分はスクリーンを通して流出し、含水率が４％−５％以下となり、本発明では昇温圧縮処理により圧密材料の吸湿回復率を顕著に低下させることができる。

さらに、ステップｄの前記降温処理では、具体的に以下のステップを含む。

ｄ１．水冷技術で硬化木板を表面温度１３０℃−１４０℃に降温し、水流速を３−５ｍ／ｓとする。

ｄ２．風冷技術で水冷後の硬化木板を表面温度７０℃−９０℃に降温し、風冷温度を５０℃−６０℃とし、風冷方向と砕木ブロック側壁との間の角度を６０°−９０°とする。

本発明は降温処理ステップを具体的に限定することで、圧密材料の吸湿膨張率を顕著に低下させることができる。

さらに、ＰＶＢ中間膜は、厚さ０．７−０．９ｍｍ、粘度１８．５−１９．５Ｐａ・ｓ、弾性率８−９０×１０^６Ｐａであり、前記木板と前記ＰＶＢ中間膜の接触面の面積比は１：２−２：１である。

ここで、ＰＶＢ膜は、当該技術の効果を実現可能ないずれかのＴＶＢ膜を採用してもよい。本発明は熱可塑性樹脂膜をＰＶＢ中間膜に具体的に限定することで、圧密材料の各性能指標をさらに高めることができる。

本発明に係る製造方法で製造した高周波非接着性圧密技術に基づく砕木圧密材料は、接着強度が大きく、吸湿回復率が小さく、浸水回復率が小さいという特徴を有する。

圧密木と砕木を高周波非接着性圧密技術で同時に圧密した砕木圧密材料の実物図である。砕木を高周波非接着性圧密技術で単独に圧密した砕木圧密材料の構造概略図である。まず砕木を高周波技術で前処理し、また圧密木と高周波でヒートシールされた砕木圧密材料の構造概略図である。圧密木と砕木を高周波非接着性圧密技術で同時に圧密した砕木圧密材料の構造概略図である。圧密木と砕木を高周波非接着性圧密技術で同時に圧密した砕木圧密材料の構造概略図である。

そのうち、１は第１の圧密木板層、２は圧密砕木層、３は第２の圧密木板層であり、図２の圧密砕木層には複数の規則的な砕木ブロックが含まれ、図３の圧密砕木層には複数の不規則な砕木ブロックが含まれ、図４の圧密砕木層には周囲に設置された砕木ブロックと中間領域における砕木粒子が含まれ、図５の圧密砕木層には砕木粒子が含まれ、２枚の圧密木板層の中間には木枠が設けられ、砕木粒子が木枠に配置される。

本実施例は砕木圧密材料を提供し、当該砕木圧密材料の製造方法は以下のステップを含む。

ｂ．加熱加圧処理：前記積層木板を１００℃に加熱し、８ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に予め設定された圧縮率に従って加圧処理を行い、６ｍｉｎ保温加圧する。

ｃ．硬化処理：加熱加圧処理された木板を木板温度１８０℃に高周波加熱し、５ｍｉｎ保温し、硬化処理を行い、硬化木板を作製する。

ｄ．降温処理：硬化処理された木板表面を７０℃に冷却する。

ｅ．養生処理：降温処理された木板を１５日間で放置し、高周波による混合材の無接着圧縮材料を得る。

ＰＶＢ膜は、砕木ブロックと木板の面積と同じで、木板の長さと幅がそれぞれ０．５ｍと０．２ｍであり、木板はカナダカエデを採用し、厚さが１０ｃｍで、含水量が１２％で、砕木ブロックの材質はマツ材で、厚さが５ｃｍである。

ＰＶＢ中間膜は、厚さ０．７ｍｍ、粘度１８．５Ｐａ・ｓ、弾性率８０×１０^６ＰａのＰＶＢであり、前記木板と前記ＰＶＢ中間膜の接触面の面積比は１：２である。

本発明のＰＶＢ膜は、上海美邦塑膠有限公司から購入したものである。

本実施例は砕木圧密材料を提供し、当該砕木圧密材料の製造方法は実施例１のすべてのステップを含み、その相違点は、加熱加圧処理と硬化処理の間には、さらに、加熱加圧処理された木材を木材温度１６０℃に高周波加熱し、８ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に第２の圧縮率に従って加圧処理を行い、４ｍｉｎ保温加圧し、前記第１の圧縮率を２０％とし、前記第２の圧縮率を５０％とする昇温圧縮処理を含むことである。

本実施例は砕木圧密材料を提供し、当該砕木圧密材料の製造方法は実施例１のすべてのステップを含む。その相違点は、降温処理では、具体的には、硬化木板を５℃／ｍｉｎの速度で７０℃に水冷し、乾燥窖内に放置し、乾燥媒体の乾式球温度と湿式球温度差を２℃よりも低くなるように抑えて４ｈ保持し、また硬化木板を２０℃の風で３０℃に風冷し、前記水冷の水流速を０．５ｍ／ｓ、前記風冷の風速を５．４ｍ／ｓとすることである。

（試験例１）ホルムアルデヒド排出
試験１−３群で製造した長さ、幅、高さをそれぞれ２ｍ、１ｍ、０．３ｍとした圧密材料とプラスターボード（山東臨沂宏沢板材工場から購入し）を１０ｃｍ^２部屋内に置き、温度を８０℃に調整し、密閉して１５日放置した後に、ホルムアルデヒド測定器（済南創輝電子科技有限公司から購入し）を用いて木材中のホルムアルデヒド排出量を測定し、ここで、試験１−３群は実施例３の方法で製造してなり、隣接する２枚の板の間に敷設した砕木とＰＶＢ中間膜を積層処理する場合、各層において第１の木板、第１のＰＶＢ中間膜、砕木、第２のＰＶＢ中間膜、第２の木板の順に重ね、前記第１のＰＶＢ中間膜と第２のＰＶＢ中間膜をいずれも砕木に接触させる。

試験結果は、ＰＶＢ膜の複合圧密材料にホルムアルデヒドがしない。

（試験例２）吸水膨張率テスト
実施例４−５と比較例１−２のパラメータを表２に示し、その他の示されていないパラメータは、実施例３と同一である。各実施例３−５と比較例１−２で製造した圧密材料を定温定湿の試験箱に置き、質量を一定（各圧密材料を計量し、２４ｈ後に２回目計量し、２回目計量した質量差が圧密材料の質量の１％未満であれば質量が一定とみなされる）とした後、各圧密材料の中心の厚さを測定し、各圧密材料をｐＨ７±１、温度２０±２℃の水槽に浸漬し、圧密材料は、水平面に垂直であり、その上面を水面よりも低く、圧密材料の下面と水槽底部との距離を１０ｃｍとし、各圧密材料同士は接触しないようにし、２４ｈ浸漬し、各圧密材料を取り出して表面水浸漬を除去し、３０ｍｉｎ以内に各圧密材料の中心の厚さを測定し、吸水膨張率Ｔ（％）を計算し、Ｔは木材膨張前後の厚さの差と圧密前後の厚さの差の比である。結果を表２に示す。

試験結果により、試験例４−６の吸水膨張率はいずれも比較例１と比較例２よりも小さく、本発明は元の方法を基に昇温圧縮ステップを追加し、圧密材料の吸水膨張率を顕著に低下させることが確定される。

（試験例３）性能指標考察
実施例７−１１と比較例３−４は実施例３の方法で製造し、各実施例と比較例の砕木のタイプ、寸法及びＰＶＢ中間膜の処理方式と砕木の並べ方を表３に示す。比較例５は一般のプラスターボード（山東臨沂宏沢板材工場より購入し）を採用し、実施例７−１１と比較例３−５の圧密材料を常温常圧条件下で１年放置した後の縦紋耐圧、縦紋引張、曲げ強度、縦紋剪断、横紋剪断と含水率の差をそれぞれ測定し、含水率の差は１年放置した後の含水率と当時測定した含水率の差である。各群はそれぞれ５つの平行なサンプルを作成し、結果を平均値として評価し、考察結果を表４に示す。

注：ここでＰＶＢ中間膜を処理しておかないと１枚のＰＶＢ中間膜であり、ＰＶＢ中間膜の破片とはＰＶＢ中間膜を幅１．５ｃｍの短冊状に裁断するものであり、可塑性樹脂粒子の成分はＰＶＢ中間膜の成分と同じで、球状で、粒径０．５ｃｍである。各実施例に係るＰＶＢ膜、ＰＶＡ膜とＰＶＢ中間膜破片＋可塑性樹脂粒子の重量が同一で、いずれも５ｇである。

表４からわかるように、本発明で提供された圧密材料の各性能は、いずれも比較例３−５よりも優れており、本発明で提供された圧密材料を１年放置した後の含水率の差は、比較例３−５材料よりも顕著に低く、砕木ブロックの積層方式とＰＶＢ中間膜の放置方式を限定することにより、圧密材料の吸湿抵抗力を顕著に向上させることが確定される。

（試験例４）各層の密度均等度試験
実施例３の方法に基づき実施例１２−１４と比較例６の圧密材料を製造し、実施例１２−１４と比較例６の木板と砕木ブロックの質量比を表５に示し、実施例１２−１４と比較例６はいずれも３層（すなわち木板−砕木ブロック−木板）を圧密して作製し、圧密後に各圧密材料の木板層と砕木ブロック層を切り離し、各層の密度を測定し、測定の結果を表５に示す。

表５からわかるように、本発明は、前処理木板と前記前処理砕木ブロックの密度比を具体的に限定することで、圧密材料の各層の密度の均等度を顕著に向上させることができる。

（試験例５）吸湿膨張率試験
実施例１５−１６と比較例７−８はいずれも実施例３の方法を用いて製造してなる。具体的なパラメータの変化を表６に示し、その他の示されていないパラメータは実施例３と同一であり、各群の圧密材料を相対湿度９０％の条件下で１５０日放置し、吸湿膨張率を測定し、吸湿膨張率とは圧密材料の膨張前後の厚さの差と膨張前の厚さの比、すなわち吸湿膨張率であり、測定の結果を表７に示す。

Claims

砕木圧密材料の製造方法であって、
ａ．積層処理：２枚以上の木板を直接受力方向に積層放置し、隣接する２枚の前記木板の間に砕木とＰＶＢの中間膜を敷設し、積層木板を作製するステップと、
ｂ．加熱加圧処理：前記積層木板を８０−１００℃に加熱し、８−１０ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に予め設定された圧縮率に従って加圧処理を行い、６−１０ｍｉｎ保温加圧するステップと、
ｃ．硬化処理：加熱加圧処理された木板を木板温度１８０−２２０℃に高周波加熱し、５−８ｍｉｎ保温し、硬化処理を行い、硬化木板を作製するステップと、
ｄ．降温処理：硬化処理された木板表面を３０−４０℃に冷却するステップと、
ｅ．養生処理：降温処理された木板を１５−２０日放置し、高周波による砕木圧密材料を得るステップとを含み、
前記砕木圧密材料は、高周波でヒートシールされた少なくとも２枚の圧密木板層と、隣接する２枚の前記圧密木板層の間に設置された圧密砕木層とを含み、
前記圧密砕木層は砕木ブロック及び／又は砕木粒子を含み、前記砕木ブロックの長さは１５ｃｍ以下であり、前記砕木粒子の粒径は２ｃｍ以下であることを特徴とする砕木圧密材料の製造方法。
ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、さらに隣接する２枚の木板の間に木枠を設置することを含み、前記木枠の長さと幅は、いずれも前記木板の長さと幅よりも大きくなく、前記砕木とＰＶＢ中間膜は、いずれも前記木枠内に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、各層において第１の木板、第１のＰＶＢ中間膜、砕木、第２のＰＶＢ中間膜、第２の木板の順に重ね、前記第１のＰＶＢ中間膜と第２のＰＶＢ中間膜をいずれも砕木に接触させる、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
ステップａの前記積層処理では、隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設する場合に、前記ＰＶＢ中間膜とはＰＶＢ中間膜の破片、各層において第１の木板、砕木、第２の木板の順に重ね、そのうち敷設前に砕木を前記ＰＶＢ中間膜の破片と可塑性樹脂粒子と均一に十分に混合させ、前記ＰＶＢ中間膜の破片の幅は２ｃｍ以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
ステップａにおいて前記隣接する２枚の木板の間に砕木とＰＶＢ中間膜を敷設し、前記砕木敷設は、具体的には、
隣接する２枚の木板の間に規則的及び／又は不規則な長さ１５ｃｍ以下の砕木ブロックを敷設することと、
隣接する２枚の木板の間に粒径が２ｃｍ以下の砕木粒子を敷設することと、
隣接する２枚の木板の間の周囲領域に砕木ブロック、中間領域に砕木粒子を敷設し、前記砕木ブロックと砕木粒子の重量比は１−２０：１−２０であり、前記砕木ブロックの長さは１５ｃｍ以下、前記砕木粒子の粒径は２ｃｍ以下とすることとを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
前記加熱加圧処理と硬化処理の間には、さらに、加熱加圧処理された木材を木材温度１６０−１７０℃に高周波加熱し、８−１０ｍｉｎ保温し、前記直接受力方向に第２の圧縮率に従って加圧処理を行い、４−６ｍｉｎ保温加圧し、前記第１の圧縮率を２０％−３０％とし、前記第２の圧縮率を５０％−６０％とした昇温圧縮処理を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の砕木圧密材料の製造方法。
前記前処理木板と前記前処理砕木ブロックの質量比が４−５：３−４である、ことを特徴とする請求項1に記載の砕木圧密材料の製造方法。
前記降温処理では、具体的には、硬化木板を５−１５℃／ｍｉｎの速度で７０℃−８０℃ に水冷し、乾燥窖内に置き、乾燥媒体の乾式球温度と湿式球温度の差を２−３℃よりも低くなるように抑えて４−６ｈ保持し、また硬化木板を２０−３０℃の風で３０℃−４０℃ に風冷し、前記水冷の水流速を０．５ｍ／ｓ−１．１ｍ／ｓとし、前記風冷の風速を５．４−８．８ｍ／ｓとした、ことを特徴とする請求項1に記載の砕木圧密材料の製造方法。