木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出的是一種木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]人造板生產(chǎn)用主要原料包括木材和膠黏劑。膠黏劑的用量不僅影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，如膠合強(qiáng)度和游離甲醛釋放量等，而且也顯著影響著生產(chǎn)成本。據(jù)測算，膠黏劑成本約占生產(chǎn)總成本的1/4?1/3左右。可見，從經(jīng)濟(jì)角度而言，實(shí)際生產(chǎn)中在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能減少膠黏劑用量。
[0003]目前，占我國人造板總產(chǎn)量60%以上的單板類人造板產(chǎn)品，如膠合板、建筑模板、單板層積材和多層實(shí)木復(fù)合地板基材等，均采用輥筒涂膠的方式對單板進(jìn)行施膠，雙面施膠量約為240?400g/m2(視不同膠種而定，如脲醛樹脂膠和酚醛樹脂膠)。隨著化工原料價(jià)格的不斷上漲以及對人造板甲醛釋放限量的要求越來越高，大幅度減少膠黏劑用量是降低單板類人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量(特別是產(chǎn)品的游離甲醛釋放量)行之有效的辦法。
[0004]木材膠合是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，促進(jìn)膠黏劑在木材表面的潤濕以及提高木材表面的反應(yīng)活性是實(shí)現(xiàn)高效膠合的有效途徑。多年來，木材工業(yè)界眾多科研人員在該研究領(lǐng)域作出了不懈努力，研究了多種可以改善木材表面潤濕性，提高表面活性的物理和化學(xué)方法，以達(dá)到提高界面膠合性能的目的。上個(gè)世紀(jì)七八十年代，許多科研人員研究了運(yùn)用化學(xué)方法對木材表面進(jìn)行改性以提高其膠合性能。如用改變木材表面的酸度來提高木材與脲醛或酚醛樹脂膠的膠合性能，但是采用化學(xué)方法對木材表面進(jìn)行改性需在木材表面添加化學(xué)藥劑，由于木材是多孔性材料，改性處理時(shí)添加的化學(xué)藥劑不僅會在木材表面擴(kuò)散，而且會向木材內(nèi)部滲透，因而，可能會造成對木材基體的損傷，反而會導(dǎo)致復(fù)合材料性能的下降。此外，化學(xué)改性法還有可能存在環(huán)境污染的問題，因而，上述方法僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，并未應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。此外，科研人員還開發(fā)了砂磨表面加工、激光蝕刻、電暈處理、火焰處理以及等離子處理等物理方法對木材表面進(jìn)行改性，以提高其膠合性能。其中等離子體技術(shù)作為一種高效、可控、環(huán)保的材料表面改性技術(shù)近年來在木材工業(yè)中的應(yīng)用備受關(guān)注。由氣體放電產(chǎn)生的電子、離子、原子、分子以及光子等高能量活性粒子的氣態(tài)復(fù)合體一一等離子體(Plasma)與物質(zhì)的相互作用中會產(chǎn)生不可估量的效應(yīng)，可能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)所不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。等離子體中活性粒子的能量約從幾個(gè)eV到幾十eV，大于高分子材料中典型的化學(xué)鍵解離能，因此等離子體的能量足以引起高分子材料表面化學(xué)鍵的斷裂或重組，從而改善高分子材料的親水性、疏水性、吸附性、粘合性、阻燃性、防腐性、生物適應(yīng)性和防止增塑劑滲析等性能。
[0005]已有的研究結(jié)果表明木材表面經(jīng)等離子體處理后會形成納米尺度的刻痕，并且會木材表面引入大量的極性基團(tuán)，顯著提高了木材表面的反應(yīng)活性，可大幅度提高膠黏劑在木材表面的潤濕性。膠黏劑在木材表面良好的浸潤性可以促進(jìn)膠黏劑與木材表面的緊密接觸，從而形成良好的膠合。尤其是若膠黏劑能滲入木材細(xì)胞壁，與細(xì)胞壁物質(zhì)緊密接觸，可能形成納米力學(xué)嵌合或與細(xì)胞壁中聚合物成分形成化學(xué)連接，形成互相滲透的聚合物網(wǎng)絡(luò)，有利于提高由于表面機(jī)械加工而受到損傷的界面層木材細(xì)胞的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)增加膠黏劑和木材的界面結(jié)合性能。等離子體中高能粒子在木材表面的轟擊可在木材細(xì)胞壁表面形成納米尺度的刻痕，為膠黏劑能滲入木材細(xì)胞壁創(chuàng)造了有利條件。如果改變傳統(tǒng)的輥筒涂膠方法，采用霧化噴膠的方法，充分發(fā)揮經(jīng)等離子體改性后單板表面的高潤濕性使膠液自動(dòng)快速流展，在木材表面形成均勻連續(xù)的薄膠層，則可實(shí)現(xiàn)木質(zhì)材料表面微量施膠的高效膠合(即膠黏劑用量較傳統(tǒng)涂膠方式用量可下降30?70%，產(chǎn)品仍然能獲得良好的膠合性能)?？梢?，開發(fā)木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，應(yīng)用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，利于單板類人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅度降低，產(chǎn)品品質(zhì)顯著提升，促進(jìn)我國木材加工傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展，具有廣闊的市場前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出的是一種木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，其目的在于針對現(xiàn)有單板類人造板產(chǎn)品采用傳統(tǒng)輥筒涂膠方式膠黏劑耗量大的不足，通過常壓低溫等離子體改性處理，在木質(zhì)單板表面構(gòu)建具有納米尺度刻痕和高反應(yīng)活性的表面層，同時(shí)采用適應(yīng)這種表面結(jié)構(gòu)和特性霧化微量施膠方式，實(shí)現(xiàn)微量施膠(膠黏劑用量較傳統(tǒng)涂膠方式用量下降30?70%)方式制備生產(chǎn)成本低、膠合強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好和甲醛釋放量低(甚至無甲醛釋放，采用本專利技術(shù)使昂貴的不含甲醛的異氰酸酯膠用于單板類人造板產(chǎn)品生產(chǎn)成為可能)的高品質(zhì)單板類人造板產(chǎn)品。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置包括設(shè)備框架、木質(zhì)薄板傳輸組件、動(dòng)力組件、低溫等離子體處理組件、超聲氣旋噴膠組件和控制器組件;其中所述木質(zhì)薄板傳輸組件包括沿進(jìn)料方向依次設(shè)置于設(shè)備框架上的木質(zhì)薄板進(jìn)料傳輸帶、木質(zhì)薄板進(jìn)料感應(yīng)裝置、木質(zhì)薄板進(jìn)料壓輥、木質(zhì)薄板出料壓輥、木質(zhì)薄板出料感應(yīng)裝置和木質(zhì)薄板出料傳輸輥組;動(dòng)力組件位于木質(zhì)薄板傳輸組件下方并安裝在設(shè)備框架上，用于驅(qū)動(dòng)木質(zhì)薄板傳輸組件；低溫等離子處理組件包括至少一對差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極、低溫等離子發(fā)生器、低溫等離子體電源以及低溫等離子體冷卻排臭氧裝置，其中成對的差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極之間具有間隙且相互平行，所述差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極與所述木質(zhì)薄板進(jìn)料壓輥平行地固定在設(shè)備框架上，且位于木質(zhì)薄板進(jìn)料壓輥和木質(zhì)薄板出料壓輥之間，以便于木質(zhì)薄板經(jīng)過上述電極之間進(jìn)行低溫等離子體處理，所述差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極與低溫等離子體發(fā)生器以及低溫等離子體電源通過高絕緣線纜可靠連接，低溫等離子體發(fā)生器與低溫等離子體電源固定在設(shè)備框架上，低溫等離子體冷卻排臭裝置包括外部冷卻排臭氧裝置和電極內(nèi)部冷卻裝置，冷卻排臭裝置對低溫等離子處理區(qū)域冷卻排臭氧;超聲氣旋噴膠組件包括超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴支撐支架、超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴、膠量控制閥、管路清洗閥、膠黏劑貯存裝置、膠黏劑收集裝置和噴膠除味裝置，噴嘴支撐支架固定在設(shè)備框架上，并位于木質(zhì)薄板出料壓輥與木質(zhì)薄板出料傳輸輥組之間，多個(gè)超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴可調(diào)節(jié)平行對稱地設(shè)置于噴嘴支撐支架上，膠量控制閥和管路清洗閥固定在噴嘴支撐支架側(cè)面，并通過管路與超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴連接，膠黏劑貯存裝置固定在噴嘴支撐支架的上部，膠黏劑收集裝置固定在噴嘴支撐支架的下部，噴膠除味裝置固定在噴嘴支撐支架的側(cè)板上，通過波紋管與風(fēng)機(jī)連接;控制器組件包括觸摸屏操控平臺，觸摸屏操控平臺安裝在設(shè)備框架側(cè)面。
[0008]上述的木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，木質(zhì)薄板進(jìn)料壓輥的結(jié)構(gòu)是由一對表面光滑的金屬壓輥和可以調(diào)節(jié)壓輥壓力的螺栓組成，用于輔助進(jìn)料傳輸帶傳輸木質(zhì)薄板懸空通過低溫等離子體處理區(qū)域，使其雙面同時(shí)進(jìn)行低溫等離子體改性處理。
[0009]上述的木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，所述木質(zhì)薄板進(jìn)、出料感應(yīng)裝置由可調(diào)節(jié)式反射型光電傳感器及護(hù)罩支架組成，并且由電氣控制柜的PLC控制，用于自動(dòng)控制低溫等離子體電源和超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴的啟動(dòng)與關(guān)閉，以節(jié)省生產(chǎn)過程中的電能和物料消耗，當(dāng)被處理木質(zhì)薄板前端完全遮擋進(jìn)料感應(yīng)裝置，低溫等離子體電源開啟，差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極放電，同時(shí)超聲氣旋協(xié)同作用噴嘴開啟，開始噴膠工作，當(dāng)被處理木質(zhì)薄板末端完全離開出料感應(yīng)裝置后，停止噴膠工作，差分激勵(lì)雙介質(zhì)阻擋放電電極停止放電。
[0010]上述的木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，木質(zhì)薄板出料壓輥是由一對硅膠輥和可調(diào)節(jié)壓輥壓力的調(diào)壓裝置組成，用于傳輸木質(zhì)薄板離開低溫等離子體處理區(qū)域進(jìn)入噴膠區(qū)域。
[0011]上述的木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和微量施膠一體化裝置，動(dòng)力組件包括變速齒輪箱、動(dòng)力馬達(dá)、傳輸鏈條和變頻調(diào)節(jié)器，變頻調(diào)節(jié)器控制動(dòng)力馬達(dá)，動(dòng)力馬達(dá)輸出的動(dòng)力通過變速齒輪箱和傳輸鏈條驅(qū)動(dòng)木質(zhì)薄板進(jìn)料傳輸帶和木質(zhì)薄板出料傳輸輥組，并可調(diào)整傳輸速度。
[0012]上述的木質(zhì)薄板低溫等離子體改性和